Космические манипуляторы
Московский
Авиационный Институт
(Национальный
исследовательский университет)
Технология
изготовления деталей
Реферат
на тему:
Космические
манипуляторы
Выполнил ст. гр. 06-314
Зверев М.А.
Проверил:
Береговой В.Г.
Москва
2013
Манипуляторы
модулей ДОК «Мир»
На долговременном орбитальном комплексе
(станции) (ДОК) «Мир» в составе модулей использовались манипуляторы, как на
сменных модулях, так и на базовом блоке. Эти манипуляторы отличались по своим
задачам и исполнению.
На модулях «Квант-2», «Спектр», «Кристалл» и
«Природа» на их внешних поверхностях вблизи основного стыковочного узла был
смонтирован манипулятор. Основная задача этого М заключалась в том, чтобы после
стыковки с базовым блоком (к продольному стыковочному узлу ПхО) произвести
перестыковку модуля на другой стыковочный узел, ось которого лежала в
плоскостях стабилизации I-III.
II-IV.
Этот же манипулятор использовался для перестыковки модулей в процессе
эксплуатации комплекса. Для этих операций на внешней сферической поверхности ПхО
между плоскостями стабилизации под сферическим углом 450 были
установлены 2 специальных стыковочных узла, к которым и пристыковывался
манипулятор модуля. После стыковки с этим узлом модуль отстыковывался от
продольного стыковочного узла и перемещался к ближайшему свободному
«перпендикулярному» стыковочному узлу, условно к I-
II или III-IV.
Этот манипулятор следует отнести к классу транспортных (транспортирующих),
работающих по программе «точка-точка».
Манипуляторы
базового блока («Стрела»)
К классу транспортирующих манипуляторов можно
отнести и «грузовую систему» «Стрела», установленную на базовом блоке
комплекса. Данная система предназначалась для транспортировки грузов из модулей
на поверхность базового блока. После того, как была сформирована конструкция
ДОК в виде «звезды», все выходные люки ПхО оказались заняты и необходимое
оборудование можно было, доставлять только из вторых торцевых люков модулей.
Для облегчения работы экипажа на поверхности ДОК и были установлены две
«Стрелы», на II и IV
плоскостях стабилизации на местах крепления головного обтекателя. На Рис.1.
перечислены работы, при выполнении которых потребовалась помощь данного
манипулятора.
Рис.1.
Схема и фотография «Стрелы» представлены на
Рис.1.
Рис.1.
Рис.1.
Отечественные механические
манипуляторы «Стрела», выполненные в виде телескопической штанги
разворачиваемой вокруг двух осей, используют на МКС для перемещения космонавтов
по внешней поверхности станции. Краны установлены на модуле "Пирс"
<#"654688.files/image004.gif"> <#"654688.files/image005.gif">
Декстр выглядит как безголовое туловище,
оснащенное двумя крайне подвижными руками длиной в 3,35 м. Трёх с половиной
метровый корпус имеет ось вращения в «талии». Корпус с одного конца оборудован
захватывающим приспособлением, за который его может ухватить Канадарм 2 и
перенести SPDM к любому орбитальному заменяемому элементу (англ. ORU) на
станции. С другого конца корпуса имеется исполнительный орган робота,
фактически идентичный органу Канадрам», так что SPDM может быть закреплён на
захватывающих приспособлениях МКС или может использоваться для того чтобы
расширять функциональность Кандарм2.
Обе руки SPDM имеют семь суставов, что даёт им
такую же гибкость, как у Канадарм 2, в сочетании с большей точностью. В конце
каждой руки находится система, названная Orbital Replacement Unit/Tool
Changeout Mechanism (OTCM) (по русским: Орбитальный заменяемый элемент/Механизм
замены инструментов. В неё входят встроенные цепкие захваты, выдвижная головка,
монохромная телевизионная камера, подсветка, и разделяемый соединитель, который
обеспечивает питание, обмен данными и видеонаблюдение за полезным грузом.
Внизу корпуса Декстра находится пара
ориентируемых телекамер цветного изображения с подсветкой, платформа для
хранения ORU и кобура для инструментов. Кобура оборудована тремя различными
инструментами, используемыми для решения различных задач на МКС.
Манипулятор
Канадарм
был роботом-манипулятором, изначально
предназначенным для использования на борту космического корабля. Canadarm был
введён в эксплуатацию в 1975 году и впервые запущен в 1981 году, он был важным
техническим развитием в истории пилотируемых космических полетов. Canadarm
продемонстрировал потенциальные возможности применения робототехнических
устройств в пространстве, а также прочно вошёл в инжиниринг в космических
исследованиях. Несколько итераций устройства были изготовлены для использования
на борту различных миссий.состоит из длинных петель - рук, контролируемых
robotically из кабины. Canadarm официально известен, как поворотная
дистанционная система манипулятора (SRM),и она предназначена для астронавтов
для перемещения полезной нагрузки в или из космического корабля. Она также
может быть использована и для других задач, начиная от ремонта телескопа ”
Хаббл ” для сборки Международной Космической Станции (МКС). Второе поколение
устройств, ” Canadarm-2″, было установлено на МКС.
Опытно-конструкторские работы по различным
аспектам космических полетов, могут заключить договор с агентствами, такими как
Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического Пространства
(НАСА). В то время как агентства, часто предпочитают работать с отечественными
компаниями, международное сотрудничество - это не редкость, как показало
использование Canadarm. НАСА заказала устройство, которое можно использовать
для управления Трансферт для полезных нагрузок и потенциально использовать для
других видов деятельности в космосе, когда требуется, захватить и
манипулировать объектами. На протяжении всего их развертывания, различные
модели Canadarm никогда не подводили, хотя он были уничтожены в 2003 г, в.
результате стихийных бедствий.
Впервые Canadarm использовался на борту шатла
Колумбия в ходе миссии STS-2 в 1981 году. За время эксплуатации манипулятор
Канадарм участвовал в 50 миссиях и совершил 7000 оборотов вокруг Земли,
отработав без единого отказа. Манипулятор использовался для захвата телескопа
Хаббл, перемещения и выгрузки более 200 т компонентов МКС и перемещения
астронавтов.
Манипулятор располагался в грузовом отсеке
шатла, управление осуществлялось дистанционно из кабины. Имеет 6 степеней
свободы. Механизм захвата по принципу работы напоминает диафрагму фотоаппарата.
Характеристики:
Длина - 15,2 м (50 футов);
Диаметр - 38 см (15 дюймов);
Собственный вес - 410 кг (900 фунтов);
Вес в составе общей системы - 450 кг
Дистанционно-Управляемый Манипулятор (ДУМ) (RMS)
«CANADARM» устанавливался на
МТКК «Space
Shuttle». Возможно
установление двух рук ДУМ. Одновременно может работать только одна рука.
Основное назначение ДУМ (RMS)
- транспортные операции:
доставка объектов из ОПГ, размещение объектов в
ОПГ, перемещение космонавтов, закреплённых в «Выносном Рабочем Месте» (ВРМ) к
объекту в ОПГ;
обеспечение проведения технологических операций:
поддержание, закрепление, размещение инструмента
и человека.
RMS
Canadarm разработан и
изготовлен фирмой “Spar
Aerospace”. Разработка и
изготовление первого образца - 70 млн. дол. Последующие 3 «руки» были
изготовлены за 60 млн. дол. Всего изготовлено 5 (руки 201, 202, 301, 302 и 303)
и переданы NASA. Рука 302 потеряна при катастрофе Challenger. Срок службы - 10
лет, 100 полётов.
Схема манипулятора RMS
Canadarm представлена на
Рис.2.
Рис.2.
Конструкция
Белое покрытие конструкции, работающее как
термостатирующее оборудование для поддержания необходимой температуры
оборудования в условиях вакуума, предотвращает повышение температуры руки под
солнечными лучами и проектирует от космического холода, когда рука находится в
тени.
Length
|
15.2
m (50 ft.)
|
Diameter
|
38
cm (15 in.)
|
Weight
on Earth
|
410
kg (905 lbs.)
|
Speed
of movement
|
- unloaded: 60 cm a second - loaded: 6 cm a
second
|
Upper and lower arm booms
|
Carbon
composite material
|
Wrist
joint
|
Three degrees of movement (pitch/yaw/roll)
|
Elbow
joint
|
One degree of movement (pitch)
|
Shoulder
joint
|
Two degrees of movement (pitch/yaw)
|
Translational
hand controller
|
Right, up, down forward, and backward movement
of the arm
|
Rotational
hand controller
|
Controls the pitch, roll, and yaw of the arm
|
Эксплуатация
Впервые Canadarm использовался на
борту шаттла Колумбия в ходе миссии STS-2
<#"654688.files/image008.gif">
После аварии Space Shuttle
"Columbia" (полёт STS-107
<#"654688.files/image009.gif">
Европейский манипулятор ERA.
Рис.3.
Манипулятор
“KIBO”
Схема японского модуля МКС JEM
представлена на Рис.4. Физические параметры модуля представлены в Таблице 3.
Японский экспериментальный блок
"Кибо", что значит надежда, является первой орбитальной лабораторий
Японии. "Кибо" состоит из четырех модулей:
Научная лаборатория (РМ):
Это центральная часть блока, которая позволит
проводить все виды экспериментов в условиях невесомости. Внутри модуля
установлено 10 экспериментальных блоков. Сам модуль имеет размеры автобуса.
Экспериментальный багажный модуль (ELM-PS):
Он играет роль хранилища оборудования, в котором
находятся перемещаемые контейнеры. Их можно перевозить на "космическом
челноке".
Внешний грузовой блок (EF):
Он постоянно находится в открытом космосе.
Использоваться он будет для утилизации отходов. В нем находятся заменяемые
мусорные контейнеры, которые при наполнении выбрасываются.
Рука-манипулятор (JEM RMS):
Она будет обслуживать внешний грузовой блок.
Основная часть руки переносит тяжелые объекты, а для деликатной работы
используется малая съемная рука. Рука-манипулятор оснащена видеокамерой,
которая позволяет точно управлять движениями руки.
Так же ко всем модулям будут прикреплены
багажные блоки малых размеров.
Рис.4.
Физические параметры:
Таблица 3.
Параметры
|
РМ
|
ELM-PS
|
форма:
|
Цилиндрическая
|
Цилиндрическая
|
внешний
диаметр
|
4,4
м.
|
4,4
м.
|
внутренний
диаметр
|
4,2
м.
|
4,2
м.
|
длина
|
11,2
м.
|
4,2
м.
|
масса
|
15,9
т.
|
4,2
т.
|
Число
эксп. Блоков
|
23
|
8
|
мощность
элем. Питания
|
25
кВт. 120 В.
|
-
|
вместимость
чел.
|
Норм.-2;
max.-4
|
-
|
период
функционирования
|
10
лет.
|
10
лет.
|
Литература
1 http://www.myrobot.ru
http://www.dailytechinfo.org
http://ru.wikipedia.org
4
<http://ixof.ru>