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我国空间太阳电池帆板一直采用手工贴装的操作方法,操作工艺落后,太阳帆板贴装质量不可控,贴装中,胶液经常大量溢出太阳电池,污染太阳电池表面,且太阳电池碎片率较高,制造成本居高不下,太阳电池组件的贴装位置精度、布贴压力和胶层厚度均不可控。这种手工贴装的操作方法已无法适应新一代太阳电池轻型化和薄型化的发展趋势。空间太阳电池帆板自动贴装机器人的研制优化了我国太阳帆板的加工工艺,提高了我国太阳帆板的加工品质,解决了胶液大量溢出太阳电池的问题,电池碎片率几乎为零,有效地控制了太阳帆板的贴装制造成本,且对太阳电池组件的贴装位置精度、布贴压力数值和胶层厚度大小均给出了有效的控制方法和控制模型。作者在参与研制国内第一台空间太阳电池帆板自动贴装机器人的基础上,深入研究了太阳电池组件的抓取稳定性、涂胶过程的质量控制以及布贴加压过程的质量控制等关键问题,主要完成了以下工作:
1.在深入研究太阳帆板自动贴装方法的基础上,成功研制出太阳帆板自动贴装机器人,该机器人主要由涂胶机构、布贴机构、控制系统和气动系统几大部分组成。由于机器人的主要操作都是在气动系统作用下完成的,因此文章分析了系统的主要运动过程和主要气动过程,建立了系统的运动学模型和动力学模型。
2.由于太阳电池组件的贴装过程完全是在机器人抓取作用下完成的,因此文章分析了机器人抓取太阳电池组件的稳定性问题。首先分析了造成机器人抓取太阳电池组件失败的主要原因,继而分析了机器人在不同运动状态下抓持太阳电池组件的稳定性问题,并分析了吸盘负压系统的响应问题,以及由于太阳电池组件的制造精度误差和吸盘空间姿态误差所引起的吸盘负压系统的泄漏问题,并给出了当吸盘负压系统发生泄漏时,要保证机器人稳定抓取太阳电池组件所必须具备的条件。并对太阳电池组件抓取过程的原理方法进行了实验验证。
3.文章提出了太阳帆板自动贴装过程的有效涂胶方法和有效涂胶轨迹,研究了应用太阳帆板自动贴装机器人进行涂胶操作的时序问题,并基于粘性流体力学理论,建立了涂胶过程管内胶体流动的数学模型,确定了影响机器人涂胶质量的因素及函数关系,给出了机器人胶线轨迹参数和胶层厚度的确定方法及数学模型。根据论文的研究可以得到任意涂胶时序下机器人合适的涂胶参数。理论研究基础上,作者还进行了大量实验研究,数据对比结果表明了涂胶过程质量控制模型的有效性。
4.提出了机器人的自动布贴加压方法,深入研究了机器人自动布贴加压过程中布贴胶体在太阳电池与太阳基板间的流动问题。通过研究布贴胶体的流动过程,提出了沿太阳电池不同区域方向,涂胶区域边界下的不同确定方法,给出了布贴加压过程中胶体大量溢出太阳电池问题的解决方法,并给出了太阳电池自动布贴过程的加压模型,确定了布贴加压条件。