[發(fā)明專利]一種空間機械臂末端操作器的卡盤型快速自主更換裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310303689.0
• 申請日: 2013-07-18
• 公開（公告）號: CN103406915A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楚中毅;李建超;雷宜安;胡珺;周苗;胡健;盧山;李延寶
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: B25J19/00
• 分類號: B25J19/00;B25J15/04
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 成金玉;賈玉忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明旨在服務(wù)于在軌服務(wù)領(lǐng)域，涉及一種空間機械臂末端操作器的更換裝置，適用于末端操作器的快速自主更換，增強機械臂對目標(biāo)操作物體的自適應(yīng)性，滿足空間機械臂多任務(wù)操作的實際應(yīng)用需求。?

技術(shù)背景

空間機械臂在軌服務(wù)過程中，操作對象的多樣性決定了操作任務(wù)的多樣性。為了滿足多復(fù)雜任務(wù)的需求，末端操作器往往集多種功能（如平行抓取、包絡(luò)抓取、卸載和裝配特定的螺栓等等）于一身，導(dǎo)致系統(tǒng)的設(shè)計非常復(fù)雜，大大降低了空間設(shè)備的可靠性。因此，另外一種降低系統(tǒng)復(fù)雜度的方案就是設(shè)計簡單、可靠的多種單功能末端操作器，并根據(jù)不同的任務(wù)需求適時更換，自主更換末端操作器的裝置應(yīng)運而生。?

近年來，隨著需求的增加和研究的深入，國內(nèi)外出現(xiàn)了各種不同的末端操作器自主更換裝置。主要有活塞式、曲柄盤式、螺桿銷式自主更換裝置。?

活塞式自主更換裝置，其核心裝置為一個氣動活塞，氣動活塞配合鋼球?qū)崿F(xiàn)主、被動端口的鎖定，機械結(jié)構(gòu)簡單、可靠、更換快速。但太空動力有限，氣動驅(qū)動會大大縮短航天器的使用壽命。?

曲柄盤式自主更換裝置，其核心裝置為轉(zhuǎn)動曲盤和楔形鎖栓，依靠楔形鎖栓進行主動與被動端口的鎖定。曲盤由直流電機驅(qū)動，體積小、質(zhì)量輕，但曲盤厚度小、楔形鎖栓數(shù)目少，導(dǎo)致裝置的整體連接剛度小、可靠性降低。?

螺桿銷式自主更換裝置，其核心裝置為彈簧式推銷，采用彈簧推銷被動鎖定，通過電機驅(qū)動螺桿銷主動解鎖，具有主被動柔順結(jié)合、誤差小等優(yōu)點。但僅依靠一個彈簧式推銷進行鎖定，導(dǎo)致主動與被動端口的連接剛度非常小，且機械結(jié)構(gòu)和更換過程復(fù)雜。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、質(zhì)量輕、連接剛度大；對接過程簡單、可靠、快速；通用性、可擴展性等特點的末端操作器自主更換裝置，以滿足在軌服務(wù)中機械臂更換多種末端操作器的實際需求。?

本發(fā)明的技術(shù)解決方案：一種空間機械臂末端操作器的卡盤型快速自主更換裝置，包括主動盤1、被動盤2、工具箱3；所述主動盤1包括主動盤主體101、卡盤102、卡盤限位柱103、圓柱凸盤104、圓柱凸105和電氣連接插頭106；卡盤102上開有限位彈簧銷孔107、卡柱鎖緊孔108、卡柱插入孔109、卡盤限位槽110；卡盤限位柱103安裝在主動盤主體101上，插入卡盤限位槽110中，且可以沿槽滑動；卡盤102通過圓柱凸盤104安裝于主動盤主體101上，且卡盤102能夠繞中心轉(zhuǎn)動，卡盤限位柱103提供轉(zhuǎn)動限位；所述被動盤2包括被動盤主體201、限位彈簧銷202、電氣連?接插座203和卡柱204；被動盤主體201上開有固定槽205、圓柱凸對準(zhǔn)孔206；被動盤2通過卡柱204、主動盤1上的卡盤102、圓柱凸105與主動盤1進行連接與鎖定；限位彈簧銷202對應(yīng)限位彈簧銷孔107為卡盤102提供鎖定限位，圓柱凸對準(zhǔn)孔206對應(yīng)圓柱凸105為主動盤1和被動盤2增加連接剛度，電氣連接插頭106和電器連接插座203用于電氣連接，卡柱插入孔109用于卡柱204的插入，卡柱鎖緊孔108實現(xiàn)卡柱204的拔插限位；所述工具箱3包括工具箱基板301、卡盤驅(qū)動板302、驅(qū)動板固定柱303、驅(qū)動板限位塊304、電機305、彈簧扭306和齒輪312；所述工具箱基板301開有前弧形槽307、后弧形槽308和U型工具槽310，U型工具槽310對應(yīng)固定槽205來固定被動盤2，前弧形槽307存放未被使用的被動盤2，后弧形槽308存放更換過程中的被動盤2；卡盤驅(qū)動板302上開有卡盤柄槽309、齒條311，卡盤柄槽309對應(yīng)卡盤102的柄端，更換過程中卡盤柄插入卡盤柄槽309中，齒條311和齒輪312嚙合，實現(xiàn)傳動連接；電機305通過齒輪312、齒條311與卡盤驅(qū)動板302連接，通過齒輪312和齒條311驅(qū)動卡盤驅(qū)動板302往復(fù)運動，進而帶動卡盤102正、反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)末端操作器的自主更換；工具箱3通過固定槽205、U型工具槽310、彈簧扭306將被動盤2固定。?

所述卡盤102正轉(zhuǎn)過程中，三個卡柱204分別插入相應(yīng)的三個卡柱鎖緊孔108中，同時，三個楔形限位彈簧銷202分別插入卡盤102上相應(yīng)的三個限位彈簧銷孔107中，以實現(xiàn)主動盤1和被動盤2的鎖定。?

所述卡盤102通過反向轉(zhuǎn)動，驅(qū)動三個卡柱204分別插入相應(yīng)的三個卡柱插入孔109中，同時，將三個限位彈簧銷202從相應(yīng)的三個限位彈簧銷孔107中擠壓出來，以實現(xiàn)主動盤1和被動盤2的解鎖。?

所述主動盤1和被動盤2對接時，主動盤1上的八個圓柱凸105分別插入被動盤2上對應(yīng)的八個圓柱凸對準(zhǔn)孔206中以增加連接剛度。?