1.本发明涉及一种舱外载荷装配方法，具体涉及一种人机协同空间站舱外大型载荷装配方法，属于载人航天、在轨装配技术领域。
背景技术：
2.空间站是开展空间科学研究与技术应用验证的重要基础设施，具有规模大、设计寿命长的特点，有效的在轨维护措施是关系到空间站能否长期在轨安全运行的关键。空间站在轨维护涉及到不同尺度、重量载荷的更换，通常有航天员装配、空间机械臂装配或空间机械臂携带航天员完成装配等工作方式。但是，当载荷质量较大时，其惯性越大，航天员难以通过人力改变载荷的运动状态，无法独自完成转移、装配任务；另外，当载荷体积较大时，空间机械臂因手眼视觉被目标载荷物遮挡而无法正常工作，导致空间站大尺度、大质量载荷的转移、装配任务成为难题。
3.综上所述，现有空间机械臂因手眼视觉被目标载荷物遮挡等原因，存在无法对空间站舱外的大型载荷进行装配的问题。
技术实现要素：
4.本发明的目的是为了解决现有空间机械臂因手眼视觉被目标载荷物遮挡等原因，存在无法对空间站舱外的大型载荷进行装配的问题。进而提供一种人机协同空间站舱外载荷装配方法。
5.本发明的技术方案是：一种人机协同空间站舱外载荷装配方法，包括以下步骤：
6.步骤一：将空间机械臂与目标载荷进行对接，并将目标载荷转移至装配操作点；
7.步骤二：航天员转移至装配操作工位，并在空间站舱体上或舱壁表面的脚限位器上完成航天员的足部固定；
8.步骤三：将空间机械臂切换至零力随动控制模式；
9.步骤四：航天员拖拽目标载荷完成与空间站舱体的外表面对接接口的对接；
10.步骤五：航天员完成目标载荷与空间站舱体的表面接口固定；
11.步骤六：空间机械臂与目标载荷脱离，至此，完成了人机协同空间站舱外载的荷装配。
12.进一步地，步骤一中的空间机械臂的首端安装在空间站舱体上，空间机械臂的末端设有载荷对接接口。
13.进一步地，步骤一中的空间机械臂在遥控命令下或自主完成与目标载荷的对接，并将目标载荷转移至装配操作点。
14.进一步地，步骤二中的航天员通过攀爬或在空间机械臂的辅助下转移至目标载荷的装配操作工位处。
15.进一步地，步骤三中的空间机械臂由步骤一中的刚性模式切换成零力随动模式，此时，航天员拖住目标载荷运动。
16.进一步地，步骤六中空间机械臂在遥控命令下，或自主完成与目标载荷的分离。
17.进一步地，步骤六中的空间机械臂在遥控命令下复位。
18.进一步地，步骤六中航天员解开足部固定，返回空间站舱体内。
19.本发明与现有技术相比具有以下效果：
20.1、本发明提供了一种人机协同空间站舱外载荷装配的方法，通过航天员和空间机械臂协作的方式完成大型舱外载荷的转移和装配任务。
21.2、本发明的目的在于实现安全(主要体现在航天员通过对足部进行固定，使得航天员在实际对接过程中保证安全，而且目标载荷也能够实现安全对接)、高效(主要体现在节省了因手眼视觉被目标载荷物遮挡而造成的多次调试，甚至导致无法实现装配而浪费大量时间以及人力、物力)的空间站舱外大型载荷装配，解决航天员和空间机械臂无法独立完成的空间站大型舱外载荷装配，或无法通过空间机械臂携带航天员完成大型舱外载荷装配的难题。同时，本发明还具有载荷与舱体间接触应力小、安全性高等优点。
22.3、本发明提出的人机协同空间站舱外载荷装配方法，通过航天员与机械臂交互，为空间站大型目标载荷的转移和装配提供了新思路。同时，人机协同交互的载荷装配方法降低了空间机械臂的控制技术要求，且精度更高，同时能够有效减小载荷与舱体装配对接过程的接触应力，安全性高。
附图说明
23.图1是本发明人机协同空间站舱外载荷装配方法的实现流程。
24.图2是本发明在空间机械臂与目标载荷对接之前的状态示意图。
25.图3是本发明在空间机械臂与目标载荷对接初始状态示意图。
26.图4是本发明在空间机械臂将目标载荷转移至工作点示意图。
27.图5是本发明航天员运动到工作点的过程示意图。
28.图6是本发明航天员完成足部固定示意图。
29.图7是本发明在空间机械臂零力模式下航天员拖拽载荷装配初始状态。
30.图8是本发明在空间机械臂零力模式下航天员拖拽载荷装配完成对接状态。
31.图9是本发明在空间机械臂与目标载荷分离状态示意图。
32.图10是本发明目标载荷安装后的状态示意图。
具体实施方式
33.具体实施方式一：结合图1至图10说明本实施方式，本实施方式包括以下步骤：
34.步骤一：将空间机械臂3与目标载荷2进行对接，并将目标载荷2转移至装配操作点；
35.步骤二：航天员1转移至装配操作工位，并在空间站舱体4上或舱壁表面的脚限位器上完成航天员1的足部固定，为开展装配操作提供身体支撑；
36.步骤三：将空间机械臂3切换至零力随动控制模式；
37.步骤四：航天员1拖拽目标载荷2完成与空间站舱体4的外表面对接接口5的对接；
38.步骤五：航天员1完成目标载荷2与空间站舱体4的表面接口固定；
39.步骤六：空间机械臂3与目标载荷2脱离，至此，完成了人机协同空间站舱外载的荷
装配。
40.具体实施方式二：结合图1至图10说明本实施方式，本实施方式的步骤一中的空间机械臂3的首端安装在空间站舱体4上，空间机械臂3的末端设有载荷对接接口。
41.如此设置，便于空间机械臂3的首端是固定的，另外一端是活动的，用于灵活控制空间机械臂3的移动。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
42.具体实施方式三：结合图3说明本实施方式，本实施方式的步骤一中的空间机械臂3在遥控命令下或自主完成与目标载荷2的对接，并将目标载荷2转移至装配操作点。
43.如此设置，空间机械臂3工作模式的切换简单，当空间机械臂3为刚性工作模式的情况下时，便于进行目标载荷2的转运，而当空间机械臂3为零力工作模式时，处于灵活的工作状态，便于航天员进行任意角度和位置的拖拽。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。
44.具体实施方式四：结合图4和图5说明本实施方式，本实施方式的步骤二中的航天员1通过攀爬或在空间机械臂等其他装置的辅助下转移至目标载荷2的装配操作工位处。
45.如此设置，由于空间站舱体4上具有扶手，而且装配操作点离航天员的距离并不远，因此，航天员采用攀爬的方式效率高，此时航天员身体上也带有辅助航天员出舱的机械臂，配合安全绳的使用，能够保证航天员的安全。
46.其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。
47.具体实施方式五：结合图7说明本实施方式，本实施方式的步骤三中的空间机械臂3由步骤一中的刚性模式切换成零力随动模式，此时，航天员1拖住目标载荷2运动。
48.如此设置，便于航天员拖拽目标载荷2运动。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。
49.具体实施方式六：结合图9说明本实施方式，本实施方式的步骤六中空间机械臂3在遥控命令下，或自主完成与目标载荷2的分离。如此设置，便于装配后实现与目标载荷2的分离，航天员采用按钮即可操作。其它组成和连接关系与具体实施方式一至五中任意一项相同。
50.具体实施方式七：结合图9和图10说明本实施方式，本实施方式的步骤六中的空间机械臂3在遥控命令下复位。
51.如此设置，便于下一个动作的开始。其它组成和连接关系与具体实施方式一至六中任意一项相同。
52.具体实施方式八：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的步骤六中航天员1解开足部固定，返回空间站舱体4内。
53.结合图1至图10说明本发明的工作原理：
54.s1、空间机械臂与目标载荷对接，并将目标载荷转移至装配操作点附近；
55.本例中如图2、图3所示，目标载荷2在航天员1的辅助下在起始点处与空间机械臂3完成对接，在预设指令或遥控命令的作用下，空间机械臂3将目标载荷2转移到装配操作点附近，以便开展后续工作。
56.s2、航天员转移至装配操作工位，并在空间站舱体上或舱壁表面的脚限位器上完成航天员足部固定；
57.本例中如图4、图5、图6所示，在目标载荷2被转移到转配操作点附近后，航天员1通
过攀爬或在空间机械臂等其他装置辅助下到达载荷安装操作工位，并在空间站舱体4上或其他辅助装置上完成航天员足部固定，为手部拖拽载荷和固定载荷提供支撑；
58.s3、空间机械臂切换至零力随动控制模式；
59.本例中如图7所示，航天员1通过控制器将空间机械臂3切换至零力随动控制模式，此模式下机械臂的刚度可变，可在外力的作用下任意改变构型。
60.s4、航天员拖拽载荷完成与舱体表面接口对接；
61.本例中如图8所示，航天员1拖拽目标载荷2到舱体表面接口5附近，进行对接过程。
62.s5、航天员完成载荷与舱体表面接口固定；
63.本例中如图9所示，航天员1完成目标载荷2与舱体表面接口5的对接工作。
64.s6、机械臂与载荷脱离。
65.本例中如图9、图10所示，在目标载荷2与舱体表面接口5对接完成后，空间机械臂3在航天员1的辅助下与目标载荷2脱离，在遥控命令或预设指令作用下回到初始位置，宇航员1解开足部固定返回舱内，至此，完成舱外载荷装配任务。
66.虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明的，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其他变化，以及应用到本发明未提及的领域中，当然，这些依据本发明精神所做的变化都应包含在本发明所要求保护的范围内。