[發明專利]一種導軌擺臂式位置機構

有效

• 申請號: 201210169149.3
• 申請日: 2012-05-25
• 公開（公告）號: CN102689301A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 孫京;董禮港;楊帥;殷參;范洪濤;王國欣;張鼐;曾婷;譚旭;藥星宇;李永宣;劉碩
• 申請（專利權）人: 北京衛星制造廠
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J17/02
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 范曉毅

技術領域

本發明涉及一種導軌擺臂式位置機構，屬于深空探測技術領域和航天器機構技術領域。

背景技術

美國先后在Surveyor(勘測者)月球探測任務、Viking(海盜)和Phoenix(鳳凰)火星探測任務中使用淺層土壤取樣裝置對星體土壤進行取樣作業。這三種取樣裝置的位置機構都具有一些不足之處，例如：Surveyor取樣裝置的伸縮臂鉸鏈過多，結構較復雜，剛度較低，導致鏟子對土壤的作用力也較??；Viking取樣裝置的伸縮臂結構較復雜，靈活性不足，工作范圍有限，收攏后的體積仍較大；Phoenix取樣裝置的四自由度兩級空間機械臂傳力路徑較長，剛度較低，對土壤的作用力較小，控制技術難度也比較大。以上任務中取樣裝置位置機構存在的不足之處都會對星體淺層土壤取樣任務的可靠性造成不良影響。

發明內容

本發明的上述目的在于克服現有技術的上述不足，提供一種導軌擺臂式位置機構，該位置機構剛度高，靈活性好，控制方式非常簡單，可用于完成目前常用的四自由度兩級空間機械臂的任務，具有廣闊的應用范圍，地外星體淺層土壤取樣裝置就是其典型應用之一。

本發明的上述目的主要是通過如下技術方案予以實現的：

一種導軌擺臂式位置機構，包括導軌、運動單元、擺臂關節、擺臂和末端關節，其中導軌與運動單元連接，且運動單元可以沿導軌上下移動，擺臂關節包括水平部分和豎直部分，在運動單元內置的第一驅動單元的驅動作用下，擺臂關節繞豎直部分的軸線轉動，從而帶動擺臂繞豎直部分的軸線轉動，水平部分與擺臂連接，在擺臂關節內置的第二驅動單元的驅動作用下，水平部分繞自身軸線轉動并帶動擺臂繞水平部分的軸線轉動，末端關節嵌入在擺臂遠離擺臂關節的另一端，末端關節用于連接末端執行機構，并驅動末端執行機構繞末端關節(9)的軸線轉動。

在上述導軌擺臂式位置機構中，運動單元沿導軌上下移動的實現方式有通過齒輪齒條傳動機構、同步帶傳動機構、絲杠傳動機構或鋼絲繩纏繞加載機構。

在上述導軌擺臂式位置機構中，擺臂關節在運動單元內置的第一驅動單元的驅動作用下，繞豎直部分的軸線轉動，并帶動擺臂繞豎直部分的軸線轉動的角度范圍大于120°。

在上述導軌擺臂式位置機構中，擺臂關節帶動擺臂繞豎直部分的軸線轉動的方式，為電機及減速機構驅動的在任意角度工作的連續方式，或者為間歇運動機構驅動的在若干個指定角度工作的不連續方式。

在上述導軌擺臂式位置機構中，在擺臂關節內置的第二驅動單元的驅動作用下，水平部分繞自身軸線轉動并帶動擺臂繞水平部分的軸線轉動的角度范圍大于270°。

在上述導軌擺臂式位置機構中，末端關節驅動末端執行機構繞末端關節軸線進行360°范圍的轉動。

本發明與現有技術相比的有益效果如下：

(1)本發明導軌擺臂式位置機構通過導軌和運動單元組件、擺臂關節、末端關節的聯動實現末端執行機構的運動，機構各自由度之間的耦合大大減小，控制算法也大大簡化，因此控制方式非常簡單；

(2)本發明導軌擺臂式位置機構運動單元在導軌上的移動可以實現垂直于導軌的不同作業面之間的轉換，使臂桿數量只有一個，且長度大大減少，但位置機構的靈活性幾乎不受影響，且剛性獲得較大的改善，因此運動精度和可靠性均有較大提高；

(3)本發明導軌擺臂式位置機構可用于完成目前常用的四自由度兩級空間機械臂的任務，尤其適合用于地外星體淺層土壤取樣裝置，具有較廣的應用和范圍；

(4)本發明導軌擺臂式位置機構中導軌及運動單元組件有多種實現形式，如：齒輪齒條傳動機構、同步帶傳動機構、絲杠傳動機構及鋼絲繩纏繞加載機構等，目標是使運動單元能夠在導軌上下端之間自由移動，并對運動單元在導軌上的位置進行比較精確的控制；

(5)本發明導軌擺臂式位置機構中擺臂關節帶動擺臂繞豎直軸轉動的角度范圍大于120°，擺臂關節帶動擺臂上下擺動的角度范圍大于270°，末端關節可以帶動各種末端執行機構進行360°范圍的轉動；

(6)本發明導軌擺臂式位置機構可以根據需要驅動各種類型的取樣用末端執行機構，形成不同的取樣裝置，可以有效獲得所需樣品，并將樣品快速準確的移送至所需位置，具有較高的可靠性，以滿足不同地外星體土壤取樣任務的需求；

(7)本發明導軌擺臂式位置機構也可以根據需要驅動其它非取樣用的末端執行機構，形成其它類型的空間機構，以滿足各種空間任務的需求；

本發明導軌擺臂式位置機構已成功的研制出了一臺原理樣機，并進行了大量的實驗，取得了很好的效果。

附圖說明