本發(fā)明具體涉及一種艙外維修工具試驗(yàn)方法，適用于載人航天器艙外維修工具的地面試驗(yàn)，屬于載人航天飛行器領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在軌維修是延長(zhǎng)載人航天器壽命和保障可靠性安全性的必要手段，同時(shí)也是在軌活動(dòng)中難度最高的任務(wù)之一。俄羅斯和平號(hào)空間站在軌運(yùn)營(yíng)期間執(zhí)行了74次艙外維修維護(hù)任務(wù)，截至2016年國(guó)際空間站完成了384次出艙維修維護(hù)活動(dòng)，我國(guó)正在研制天宮號(hào)空間站，設(shè)計(jì)在軌壽命10年以上，是我國(guó)首個(gè)長(zhǎng)期在軌飛行的大型載人航天器。

艙外維修時(shí)航天員穿著艙外航天服，艙外航天服內(nèi)外壓差使航天服手套靈活度降低，航天員手部感知能力降低，操作力變大，并且失重狀態(tài)下維修工具容易飛走，抓握難度增加，為確保艙外維修工具能夠適應(yīng)失重和手套內(nèi)外壓差帶來(lái)的影響，提高艙外維修操作任務(wù)的成功率，艙外維修工具在研制過(guò)程中需要進(jìn)行充分的地面試驗(yàn)驗(yàn)證。

艙外維修工具的驗(yàn)證方法主要包括常壓手套試驗(yàn)法、手套箱試驗(yàn)法和中性浮力水槽試驗(yàn)法。常壓手套試驗(yàn)法在一個(gè)大氣壓條件下，由試驗(yàn)人員穿戴航天服手套直接對(duì)工具進(jìn)行取放、使用等操作，該方法無(wú)法模擬手套在內(nèi)外壓差作用下的膨脹狀態(tài)，忽略了手套膨脹對(duì)操作的影響，因此試驗(yàn)誤差較大；手套箱試驗(yàn)法則利用法蘭將艙外航天服手套固定在一個(gè)小型透明箱體內(nèi)，用抽氣泵將手套箱內(nèi)壓力降低，模擬航天服手套內(nèi)外壓差，試驗(yàn)人員通過(guò)箱體上的航天服手套對(duì)放在箱內(nèi)的維修工具進(jìn)行試驗(yàn)，手套箱只能對(duì)小型工具進(jìn)行抓握、旋轉(zhuǎn)等簡(jiǎn)單操作試驗(yàn)，無(wú)法結(jié)合維修產(chǎn)品進(jìn)行拆卸、安裝試驗(yàn)，因此對(duì)艙外維修工具進(jìn)行全面的試驗(yàn)和評(píng)價(jià)是一項(xiàng)亟待解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問(wèn)題是：提供一種艙外維修工具試驗(yàn)方法，通過(guò)在具有法蘭接口的真空罐上加裝含肘部的航天服手套，并將維修產(chǎn)品固定在真空罐內(nèi)的四自由度伺服機(jī)構(gòu)上，進(jìn)行艙外維修工具試驗(yàn)，解決常壓試驗(yàn)和手套箱試驗(yàn)無(wú)法同時(shí)結(jié)合維修產(chǎn)品和模擬航天服手套內(nèi)外壓差，進(jìn)行艙外維修工具拆卸、安裝操作試驗(yàn)的問(wèn)題。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種艙外維修工具試驗(yàn)方法，該試驗(yàn)方法基于載人航天器艙外維修地面模擬系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，步驟如下：

(1)艙外航天服手套安裝到真空罐艙門(mén)的法蘭接口上；

(2)將維修設(shè)備模擬件安裝在伺服機(jī)構(gòu)上，將維修設(shè)備模擬件上的維修接口柔性連接到伺服機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)臺(tái)框架上；所述維修接口包括機(jī)械接口和電氣接口；

(3)將待試驗(yàn)的艙外維修工具放入真空罐內(nèi)，且鄰近航天服手套，待試驗(yàn)的艙外維修工具柔性連接真空罐；

(4)通過(guò)控制臺(tái)控制伺服機(jī)構(gòu)工作，令維修設(shè)備模擬件向遠(yuǎn)離航天服手套的方向移動(dòng)；

(5)關(guān)閉真空罐的艙門(mén)，進(jìn)行壓差模擬，使得航天服手套內(nèi)外壓差與在軌實(shí)際情況一致；

(6)根據(jù)試驗(yàn)工況要求，伺服機(jī)構(gòu)調(diào)整所述維修設(shè)備模擬件與航天服手套的相對(duì)位置；

(7)當(dāng)所述維修設(shè)備模擬件與航天服手套的相對(duì)位置與在軌時(shí)的實(shí)際位置相同時(shí)，通過(guò)航天服手套抓取待試驗(yàn)的艙外維修工具，對(duì)所述維修接口進(jìn)行操作實(shí)驗(yàn)

一種載人航天器艙外維修地面模擬系統(tǒng)，包括伺服機(jī)構(gòu)、控制臺(tái)、真空罐、觀察窗、航天服手套和支架導(dǎo)軌；

真空罐上設(shè)置有觀察窗和航天服手套，航天服手套伸入到所述真空罐內(nèi)部，且與真空罐之間密封連接；支架導(dǎo)軌和伺服機(jī)構(gòu)均位于真空罐內(nèi)部，支架導(dǎo)軌固定在真空罐底部，伺服機(jī)構(gòu)安裝在支架導(dǎo)軌上；維修設(shè)備模擬件安裝在伺服機(jī)構(gòu)上，在控制臺(tái)的控制下具有四個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度。

所述四個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度是指真空罐軸向、鉛垂向、水平面內(nèi)垂直于真空罐軸向、滾轉(zhuǎn)。

所述伺服機(jī)構(gòu)包括底座、立柱、滑板和轉(zhuǎn)臺(tái)；

底座固定在支架導(dǎo)軌上，立柱垂直安裝在底座上，且沿真空罐軸向移動(dòng)；滑板垂直安裝在立柱上且滑板沿立柱移動(dòng)；轉(zhuǎn)臺(tái)與滑板連接，轉(zhuǎn)臺(tái)沿滑板移動(dòng)，維修設(shè)備模擬件固定在轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)盤(pán)上。

底座包括底座框架、底座導(dǎo)軌、絲杠和交流伺服電機(jī)；

底座框架固定在支架導(dǎo)軌上，兩個(gè)底座導(dǎo)軌沿真空罐的軸向，平行安裝在底座框架上，絲杠和交流伺服電機(jī)安裝在底座框架內(nèi)部，絲杠采用螺旋升降機(jī)的結(jié)構(gòu)型式，交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)立柱沿底座導(dǎo)軌移動(dòng)。

立柱包括立柱框架、立柱導(dǎo)軌、滑塊、第二交流伺服電機(jī)、第二絲杠和螺母座；

兩個(gè)相互平行的立柱導(dǎo)軌安裝在立柱框架上，且立柱導(dǎo)軌的安裝方向?yàn)殂U垂向，立柱框架與底座導(dǎo)軌之間采用滑塊連接，通過(guò)滑塊支撐和限位；螺母座與底座上的絲杠相配合，用于帶動(dòng)立柱沿底座導(dǎo)軌移動(dòng)；第二交流伺服電機(jī)和第二絲杠安裝在立柱框架內(nèi)部，第二交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)第二絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)滑板沿立柱導(dǎo)軌移動(dòng)。

滑板包括滑板框架、滑板導(dǎo)軌、第二滑塊、第三交流伺服電機(jī)、第三絲杠和第二螺母座；

滑板框架通過(guò)第二滑塊安裝在立柱導(dǎo)軌上，滑板框架的安裝方向與立柱導(dǎo)軌垂直，并且滑板框架的安裝方向還垂直于真空罐軸向；在滑板框架上安裝有兩個(gè)相互平行的滑板導(dǎo)軌，滑板導(dǎo)軌與立柱導(dǎo)軌垂直，且兩個(gè)滑板導(dǎo)軌所在的平面為鉛垂面；

第二螺母座與立柱上的第二絲杠相配合，用于帶動(dòng)滑板沿立柱導(dǎo)軌移動(dòng)；第三交流伺服電機(jī)和第三絲杠安裝在滑板框架內(nèi)部，第三交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)第三絲杠，進(jìn)而帶動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)沿滑板導(dǎo)軌移動(dòng)。

轉(zhuǎn)臺(tái)包括轉(zhuǎn)臺(tái)框架、轉(zhuǎn)盤(pán)、第三滑塊、第四交流伺服電機(jī)和第三螺母座；

轉(zhuǎn)臺(tái)框架通過(guò)第三滑塊與滑板導(dǎo)軌連接，轉(zhuǎn)臺(tái)框架內(nèi)部安裝有第四交流伺服電機(jī)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)盤(pán)上設(shè)有十字凹槽，凹槽橫截面為倒“t”形，用于固定維修設(shè)備模擬件；第三螺母座與第三絲杠配合，進(jìn)而帶動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)框架沿滑板導(dǎo)軌移動(dòng)。

還包括攝像機(jī)，安裝在真空罐內(nèi)的頂部。

所述真空罐內(nèi)部與外部的壓力差與航天服手套的內(nèi)外壓差相同。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：

(1)滿(mǎn)足了模擬航天服手套內(nèi)外壓差以及維修產(chǎn)品與航天員之間的相對(duì)位置的要求，提高艙外維修工具地面試驗(yàn)的有效性；

(2)將艙外維修工具、維修接口柔性連接，避免了地面試驗(yàn)中工具、接口滑落損壞試驗(yàn)設(shè)備；

(3)使用攝像機(jī)記錄試驗(yàn)過(guò)程，參試人員評(píng)價(jià)前進(jìn)行錄像回放，提高了試驗(yàn)評(píng)價(jià)的客觀性和準(zhǔn)確性；

(4)本發(fā)明通過(guò)伺服機(jī)構(gòu)帶動(dòng)維修試驗(yàn)設(shè)備移動(dòng)，可在地面1g環(huán)境下模擬在軌維修時(shí)航天員與設(shè)備之間的相對(duì)位置關(guān)系，確保試驗(yàn)狀態(tài)與在軌狀態(tài)的一致性，提高維修試驗(yàn)結(jié)果有效性；

(5)試驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)控制臺(tái)手控盒可以實(shí)時(shí)調(diào)整維修試驗(yàn)設(shè)備位置，模擬航天員在軌維修大型設(shè)備期間不同工作點(diǎn)的維修環(huán)境，無(wú)需試驗(yàn)人員頻繁移動(dòng)位置，提高了試驗(yàn)的連貫性和試驗(yàn)效率，為大量維修設(shè)備試驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)；

(6)可以結(jié)合空間模擬器和航天服手套，模擬艙外操作時(shí)手套內(nèi)外壓差，提高維修操作試驗(yàn)準(zhǔn)確性，同時(shí)試驗(yàn)設(shè)備可以使用結(jié)構(gòu)件、質(zhì)模件等，無(wú)需生產(chǎn)水下試驗(yàn)件，降低了成本。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明艙外維修工具試驗(yàn)方法流程框圖；

圖2為本發(fā)明地面模擬系統(tǒng)組成示意圖；

圖3為本發(fā)明伺服機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明底座結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明立柱結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖5(a)是立柱正視圖，圖5(b)是立柱立體圖；

圖6為本發(fā)明滑板結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖6(a)是滑板俯視圖，圖6(b)是滑板立體圖；

圖7為本發(fā)明轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖7(a)是轉(zhuǎn)臺(tái)正視圖，圖7(b)是轉(zhuǎn)臺(tái)側(cè)視圖，圖7(c)是轉(zhuǎn)臺(tái)俯視圖；

圖8為本發(fā)明控制臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，為本發(fā)明的艙外維修工具試驗(yàn)方法的流程框圖，具體實(shí)施步驟如下：

(一)艙外航天服手套安裝到真空罐艙門(mén)的法蘭接口上；打開(kāi)真空罐艙門(mén)，并鎖定艙門(mén)，防止操作過(guò)程中艙門(mén)轉(zhuǎn)動(dòng)，使用內(nèi)六角扳手拆卸真空罐上兩個(gè)用于安裝艙外航天服手套的法蘭蓋，將艙外航天服手套穿過(guò)法蘭，安裝到法蘭上，并加蓋法蘭蓋，緊固法蘭蓋。安裝過(guò)程中需要區(qū)分航天服手套左右手，將左手套安裝到左側(cè)法蘭接口，將右手安裝到右側(cè)法蘭接口。

(二)通過(guò)緊固螺釘將待維修產(chǎn)品安裝到轉(zhuǎn)接工裝上，根據(jù)工裝上安裝孔位置，調(diào)整伺服機(jī)構(gòu)十字凹槽內(nèi)螺母的位置，利用螺釘將轉(zhuǎn)接工裝安裝到伺服機(jī)構(gòu)上，緊固工裝，將維修設(shè)備模擬件安裝在伺服機(jī)構(gòu)上；將維修設(shè)備模擬件上的維修接口柔性連接到伺服機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)臺(tái)框架上，防止試驗(yàn)過(guò)程中維修接口掉落，損傷試驗(yàn)設(shè)備，維修接口包括機(jī)械接口和電氣接口；

(三)將待試驗(yàn)的艙外維修工具放入真空罐內(nèi)，且鄰近航天服手套，待試驗(yàn)的艙外維修工具柔性連接真空罐，連接位置不影響維修操作，艙外維修工具位置與手套齊平，防止操作過(guò)程中工具掉落損壞試驗(yàn)設(shè)備；

(四)將伺服機(jī)構(gòu)控制臺(tái)電纜安裝到位，清空伺服機(jī)構(gòu)附近人員，防止伺服機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中威脅試驗(yàn)人員安全，啟動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)電源，通過(guò)控制臺(tái)控制伺服機(jī)構(gòu)工作，令維修設(shè)備模擬件向遠(yuǎn)離航天服手套的方向移動(dòng)；

(五)打開(kāi)真空罐照明燈和攝像機(jī)，確保照明燈和攝像機(jī)工作正常，關(guān)閉真空罐的艙門(mén)；打開(kāi)真空罐抽氣泵組的供電、供氣、供水閥門(mén)，抽氣泵組包括螺桿泵、羅茨泵；打開(kāi)管路放空閥，放空管路后關(guān)閉；通過(guò)控制柜設(shè)置壓力目標(biāo)值，打開(kāi)抽氣泵組角閥，啟動(dòng)螺桿泵，當(dāng)真空罐內(nèi)部的壓力接近目標(biāo)壓力時(shí)，開(kāi)啟羅茨泵；真空罐內(nèi)部的壓力降低至壓力目標(biāo)值，并自動(dòng)保持；

(六)試驗(yàn)人員將云梯放置到真空罐前的維修操作試驗(yàn)工位，根據(jù)試驗(yàn)工況對(duì)相對(duì)位置的要求，利用伺服機(jī)構(gòu)控制臺(tái)，將伺服機(jī)構(gòu)調(diào)整到設(shè)定的位置，使設(shè)備與參試人員相對(duì)位置滿(mǎn)足要求；

(七)當(dāng)所述維修設(shè)備模擬件與航天服手套的相對(duì)位置與在軌時(shí)的實(shí)際位置相同時(shí)，試驗(yàn)人員佩戴防汗手套，雙手伸入航天服手套，通過(guò)真空罐觀察窗觀察罐內(nèi)情況，使用所述艙外維修工具對(duì)維修接口進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)、拆卸、安裝、緊固操作，完成維修操作試驗(yàn)，并記錄試驗(yàn)過(guò)程。

本發(fā)明基于載人航天器艙外維修地面模擬系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中的載人航天器艙外維修地面模擬系統(tǒng)不能盡如人意，使用不便(如背景技術(shù)中所述，地面實(shí)物驗(yàn)證法和中性浮力水槽試驗(yàn)法)。

如圖2所示，本發(fā)明提出了一種嶄新的載人航天器艙外維修地面模擬系統(tǒng)，包括伺服機(jī)構(gòu)1、控制臺(tái)2、真空罐3、觀察窗4、航天服手套5和支架導(dǎo)軌6，上述六個(gè)部分組成一個(gè)模擬系統(tǒng)。

通過(guò)模擬系統(tǒng)，將維修設(shè)備模擬件7安裝在伺服機(jī)構(gòu)1上，并放入真空罐內(nèi)，降低真空罐3內(nèi)部壓力，使真空罐3內(nèi)部與外部的壓力差與航天服手套5的內(nèi)外壓差相同，并保持真空罐3內(nèi)部壓力穩(wěn)定，通過(guò)該方法可以模擬航天員在太空?qǐng)?zhí)行艙外維修任務(wù)時(shí)航天服手套對(duì)維修操作的影響，從而提高地面試驗(yàn)的準(zhǔn)確性；同時(shí)通過(guò)控制臺(tái)2驅(qū)動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)1，帶動(dòng)維修設(shè)備模擬件7移動(dòng)，模擬試驗(yàn)人員與維修設(shè)備模擬件任意相對(duì)位置，通過(guò)該方法可以驗(yàn)證艙外航天員與維修設(shè)備之間的相對(duì)位置是否支持維修操作，從而優(yōu)化設(shè)備布局。

真空罐3上設(shè)置有觀察窗4和航天服手套5，航天服手套5伸入到所述真空罐3內(nèi)部，且與真空罐3之間密封連接；地面試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)人員將雙手伸入航天服手套5內(nèi)，通過(guò)航天服手套5操作維修設(shè)備模擬件7，同時(shí)通過(guò)觀察窗4對(duì)維修操作過(guò)程進(jìn)行觀察；支架導(dǎo)軌6和伺服機(jī)構(gòu)1均位于真空罐3內(nèi)部，支架導(dǎo)軌6固定在真空罐3底部，伺服機(jī)構(gòu)1安裝在支架導(dǎo)軌6上；維修設(shè)備模擬件7安裝在伺服機(jī)構(gòu)1上，在控制臺(tái)2的控制下具有四個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度。

四個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度是指真空罐3軸向、鉛垂向、水平面內(nèi)垂直于真空罐3軸向、滾轉(zhuǎn)。如圖3所示，y方向即是真空罐3軸向，z方向即是鉛垂向，x方向即是水平面內(nèi)垂直于真空罐3軸向的方向；x方向、y方向和z方向兩兩垂直，且滿(mǎn)足右手定律。

如圖3所示，所述伺服機(jī)構(gòu)1包括底座11、立柱12、滑板13和轉(zhuǎn)臺(tái)14；底座11固定在支架導(dǎo)軌6上，立柱12垂直安裝在底座11上，且沿真空罐3軸向移動(dòng)；滑板13垂直安裝在立柱12上且滑板13沿立柱12移動(dòng)；轉(zhuǎn)臺(tái)14與滑板13連接，轉(zhuǎn)臺(tái)14沿滑板13移動(dòng)，維修設(shè)備模擬件7固定在轉(zhuǎn)臺(tái)14的轉(zhuǎn)盤(pán)上，轉(zhuǎn)盤(pán)可以沿自身中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)維修設(shè)備模擬件7滾轉(zhuǎn)。

如圖4所示，底座11包括底座框架111、底座導(dǎo)軌112、絲杠113和交流伺服電機(jī)114；

底座框架111固定在支架導(dǎo)軌6上，底座框架111采用內(nèi)凹形結(jié)構(gòu)，凹陷空間用于安裝絲杠113和交流伺服電機(jī)114，兩個(gè)底座導(dǎo)軌112沿真空罐3的軸向，平行安裝在底座框架111上，用于支撐和限位立柱12沿導(dǎo)軌方向移動(dòng)，絲杠113和交流伺服電機(jī)114安裝在底座框架111內(nèi)部，且垂直高度均低于底座導(dǎo)軌112，避免立柱運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與絲杠113和交流伺服電機(jī)114發(fā)生碰撞和卡滯，絲杠113采用螺旋升降機(jī)的結(jié)構(gòu)型式，交流伺服電機(jī)114驅(qū)動(dòng)絲杠113轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)立柱12沿底座導(dǎo)軌112移動(dòng)，交流伺服電機(jī)114帶抱閘功能，移動(dòng)距離連續(xù)可調(diào)，且可保持在任意位置。

如圖5(a)、5(b)所示，立柱12包括立柱框架121、立柱導(dǎo)軌122、滑塊123、第二交流伺服電機(jī)124、第二絲杠125和螺母座126；

立柱框架121采用直角三角形加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，確保立柱結(jié)構(gòu)剛度能夠承載滑板13、轉(zhuǎn)臺(tái)14和維修設(shè)備模擬件7的重量，立柱框架121鏤空降低重量，兩個(gè)相互平行的立柱導(dǎo)軌122安裝在立柱框架121上，且立柱導(dǎo)軌122的安裝方向?yàn)殂U垂向，用于限位滑板13沿鉛垂向移動(dòng)；立柱框架121與底座導(dǎo)軌112之間采用滑塊123連接，通過(guò)滑塊123支撐和限位；螺母座126與底座11上的絲杠113相配合，底座11上的交流伺服電機(jī)114轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)絲杠113轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠113上的螺紋驅(qū)動(dòng)螺母座126移動(dòng)，從而帶動(dòng)立柱12沿底座導(dǎo)軌112移動(dòng)；第二交流伺服電機(jī)124和第二絲杠125安裝在立柱框架121內(nèi)部，第二交流伺服電機(jī)124有抱閘功能，第二交流伺服電機(jī)124驅(qū)動(dòng)第二絲杠125轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)滑板13沿立柱導(dǎo)軌122移動(dòng)。

如圖6(a)、6(b)所示，滑板13包括滑板框架131、滑板導(dǎo)軌132、第二滑塊133、第三交流伺服電機(jī)134、第三絲杠135和第二螺母座136；

滑板框架131通過(guò)第二滑塊133安裝在立柱導(dǎo)軌122上，滑板框架131的安裝方向與立柱導(dǎo)軌122垂直，并且滑板框架131的安裝方向還垂直于真空罐3軸向，滑板框架131可沿立柱導(dǎo)軌122移動(dòng)；在滑板框架131上安裝有兩個(gè)相互平行的滑板導(dǎo)軌132，滑板導(dǎo)軌132與立柱導(dǎo)軌122垂直，且兩個(gè)滑板導(dǎo)軌132所在的平面為鉛垂面，滑板導(dǎo)軌132用于限位轉(zhuǎn)臺(tái)14；

第二螺母座136與立柱12上的第二絲杠125相配合，立柱12上的交流伺服電機(jī)124轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)絲杠125轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠125上的螺紋驅(qū)動(dòng)螺母座136移動(dòng)，從而帶動(dòng)滑板13沿立柱導(dǎo)軌122移動(dòng)，交流伺服電機(jī)124抱閘，則螺母座136停止移動(dòng)，從而滑板13停止移動(dòng)，并保持在停止的位置；第三交流伺服電機(jī)134和第三絲杠135安裝在滑板框架131內(nèi)部，第三交流伺服電機(jī)134有抱閘功能，第三交流伺服電機(jī)134驅(qū)動(dòng)第三絲杠135，進(jìn)而帶動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)14沿滑板導(dǎo)軌132移動(dòng)。

如圖7(a)、7(b)、7(c)所示，轉(zhuǎn)臺(tái)14包括轉(zhuǎn)臺(tái)框架141、轉(zhuǎn)盤(pán)142、第三滑塊143、第四交流伺服電機(jī)144和第三螺母座145；

轉(zhuǎn)臺(tái)框架141通過(guò)第三滑塊143與滑板導(dǎo)軌132連接，轉(zhuǎn)臺(tái)框架141內(nèi)部安裝有第四交流伺服電機(jī)144，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)142旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)盤(pán)142上設(shè)有十字凹槽，凹槽橫截面為倒“t”形，用于固定維修設(shè)備模擬件7，轉(zhuǎn)盤(pán)142轉(zhuǎn)動(dòng)，則帶動(dòng)維修設(shè)備模擬件7滾轉(zhuǎn)；第三螺母座145與第三絲杠135配合，進(jìn)而帶動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)框架141沿滑板導(dǎo)軌132移動(dòng)。

如圖2所示，本發(fā)明還包括攝像機(jī)9，安裝在真空罐3內(nèi)的頂部，可以拍攝地面試驗(yàn)過(guò)程，用于試驗(yàn)結(jié)果分析。

所述真空罐3內(nèi)部與外部的壓力差與航天服手套5的內(nèi)外壓差相同，真空罐3內(nèi)部壓力可以根據(jù)不同航天服的設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整。

如圖2和圖8所示，控制臺(tái)2包括手控盒21、鍵盤(pán)22、鼠標(biāo)23、顯示屏24、急停按鈕25和電控箱26，電控箱26內(nèi)包括電源、測(cè)控計(jì)算機(jī)以及功率放大驅(qū)動(dòng)部分；控制臺(tái)2放置在真空罐3附近，便于試驗(yàn)過(guò)程中臨時(shí)調(diào)整伺服機(jī)構(gòu)1，試驗(yàn)人員可以使用手控盒21、鍵盤(pán)22、鼠標(biāo)23控制伺服機(jī)構(gòu)1。

工作原理：

艙外維修工具試驗(yàn)，需要將艙外維修工具、維修設(shè)備模擬件和伺服機(jī)構(gòu)放入真空罐內(nèi)，維修設(shè)備模擬件上安裝了維修工具操作的接口。試驗(yàn)方法的第一步是將左右手艙外航天服手套安裝到真空罐艙門(mén)的法蘭接口上；第二步是將維修設(shè)備模擬件安裝到伺服機(jī)構(gòu)上，將維修設(shè)備模擬件上的維修接口柔性連接到伺服機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)臺(tái)框架上；第三步是將待試驗(yàn)的艙外維修工具柔性連接到真空罐頂部；第四步是啟動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)，并控制伺服機(jī)構(gòu)工作，令維修設(shè)備模擬件向遠(yuǎn)離航天服手套的方向移動(dòng)，防止真空罐抽氣時(shí)航天服手套膨脹與伺服機(jī)構(gòu)碰撞損壞；第五步是將真空罐抽氣至指定壓力，并保持；第六步是將云梯放置到維修操作試驗(yàn)工位，將伺服機(jī)構(gòu)調(diào)整到設(shè)定的位置，使設(shè)備與參試人員相對(duì)位置滿(mǎn)足要求；第七步是試驗(yàn)人員伸入航天服手套，完成試驗(yàn)。

本試驗(yàn)方法基于載人航天器艙外維修地面模擬系統(tǒng)，利用該模擬系統(tǒng)進(jìn)行艙外維修地面試驗(yàn)時(shí)，需要將本系統(tǒng)伺服機(jī)構(gòu)1和維修設(shè)備模擬件7共同放入真空罐3中。首先將伺服機(jī)構(gòu)1固定在真空罐3內(nèi)部的支架導(dǎo)軌6上，固定時(shí)需根據(jù)試驗(yàn)件尺寸適當(dāng)調(diào)整伺服機(jī)構(gòu)1的位置，確保試驗(yàn)過(guò)程中伺服機(jī)構(gòu)1的部件運(yùn)動(dòng)不會(huì)碰撞真空罐3；安裝控制臺(tái)電纜8，啟動(dòng)控制臺(tái)2，利用手控盒21控制伺服機(jī)構(gòu)1運(yùn)動(dòng)，確保伺服機(jī)構(gòu)1工作正常；將維修設(shè)備模擬件7和工裝組合體安裝到轉(zhuǎn)盤(pán)142上；安裝航天服手套5，啟動(dòng)攝像機(jī)9，確保攝像機(jī)9工作正常，關(guān)閉真空罐3的大門(mén)，降低真空罐3內(nèi)部壓力到指定壓力；試驗(yàn)人員進(jìn)入工位，雙手伸入航天服手套5，試驗(yàn)輔助人員調(diào)整伺服機(jī)構(gòu)1，使設(shè)備位置和姿態(tài)與在軌狀態(tài)一致，試驗(yàn)操作人員通過(guò)航天服手套5和觀察窗4對(duì)維修設(shè)備進(jìn)行操作試驗(yàn)；輔助人員記錄試驗(yàn)過(guò)程和試驗(yàn)結(jié)果。

實(shí)施例：

按照本試驗(yàn)方法的步驟，如圖1所示，對(duì)4種載人航天器艙外維修工具進(jìn)行試驗(yàn)，利用真空罐控制系統(tǒng)，打開(kāi)真空罐艙門(mén)，使用m6內(nèi)六角扳手將艙外航天服手套安裝到真空罐上，通過(guò)四個(gè)m10螺釘將維修設(shè)備模擬件安裝到伺服機(jī)構(gòu)上，利用尼龍繩將維修設(shè)備模擬件上的維修接口柔性連接到伺服機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)臺(tái)框架上，防止試驗(yàn)過(guò)程中維修接口掉落，損傷試驗(yàn)設(shè)備，維修接口包括機(jī)械轉(zhuǎn)接頭、m5松不脫緊固裝置、j599電連接器、j14t電連接器和j36a電連接器；用尼龍繩將艙外維修工具柔性連接真空罐頂部，艙外維修工具位置與手套齊平；安裝伺服機(jī)構(gòu)控制臺(tái)電纜，啟動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)電源，通過(guò)控制臺(tái)控制伺服機(jī)構(gòu)向遠(yuǎn)離航天服手套的方向移動(dòng)400mm；打開(kāi)真空罐照明燈和攝像機(jī)，照明燈和攝像機(jī)工作正常，閉真空罐的艙門(mén)，打開(kāi)真空罐抽氣泵組，啟動(dòng)抽氣，當(dāng)真空罐內(nèi)部的壓力距離目標(biāo)壓力小于3kpa時(shí)，開(kāi)啟羅茨泵，真空罐內(nèi)部的壓力降低至壓力目標(biāo)值，并自動(dòng)保持；試驗(yàn)人員將四層云梯放置到操作試驗(yàn)工位，利用伺服機(jī)構(gòu)控制臺(tái)，將伺服機(jī)構(gòu)調(diào)整到設(shè)定的位置；試驗(yàn)人員完成對(duì)準(zhǔn)、拆卸、安裝、緊固操作試驗(yàn)。

本試驗(yàn)方法使用的載人航天器艙外維修地面模擬系統(tǒng)如圖2所示，真空罐3采用圓柱形臥式結(jié)構(gòu)，主體材料為0cr18ni9ti，內(nèi)徑為2000mm，直段長(zhǎng)2000mm；真空罐3設(shè)計(jì)有兩個(gè)大門(mén)，一側(cè)大門(mén)上留有試驗(yàn)人員維修操作用的操作大法蘭，大法蘭尺寸為直徑1000mm，大法蘭安裝兩個(gè)航天服手套5和一個(gè)觀察窗4，航天服手套5的操作孔的直徑為200mm，間距400mm，觀察窗4中心與2個(gè)航天服手套操作孔中心連線(xiàn)的垂直距離為280mm，試驗(yàn)人員通過(guò)觀察窗4可以看到整個(gè)操作界面，真空罐3內(nèi)安裝2根導(dǎo)軌，間距700mm，導(dǎo)軌承重1.2t。

伺服機(jī)構(gòu)1，鉛垂向行程300mm，真空罐軸向行程1200mm，水平面內(nèi)垂直于真空罐軸向行程800mm，移動(dòng)速度0.3～1.5m/min，滾轉(zhuǎn)方向角度行程-360°～+360°，轉(zhuǎn)速1r/min，精度0.5°。

試驗(yàn)結(jié)果如表1所示，試驗(yàn)結(jié)果表明本方法可以避免地面試驗(yàn)中工具、接口滑落，試驗(yàn)攝像記錄完整有效，基于載人航天器艙外維修地面模擬系統(tǒng)，可以模擬艙外航天服手套壓差，且模擬的內(nèi)外壓差可調(diào)，同時(shí)模擬不同的相對(duì)位置，試驗(yàn)無(wú)需生產(chǎn)水下試驗(yàn)件，降低了成本。

表1

本發(fā)明中未說(shuō)明部分屬于本領(lǐng)域的公知技術(shù)。