[發(fā)明專利]一種空間在軌服務(wù)機(jī)器人的自適應(yīng)指爪機(jī)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310326633.7
• 申請(qǐng)日: 2013-07-31
• 公開（公告）號(hào): CN103395067A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楚中毅;胡健;雷宜安;周苗;李建超;盧山;李延寶
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J15/08
• 分類號(hào): B25J15/08
• 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;盧紀(jì)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明旨在服務(wù)于空間在軌服務(wù)領(lǐng)域，涉及一種空間在軌服務(wù)機(jī)器人的自適應(yīng)指爪機(jī)構(gòu)，這種指爪機(jī)構(gòu)的通用性較強(qiáng)，應(yīng)用范圍較廣，適用于多任務(wù)空間捕獲與修復(fù)任務(wù)的需求，極大地提高了執(zhí)行任務(wù)的效率。

技術(shù)背景

在軌服務(wù)包括航天器裝配、衛(wèi)星維護(hù)、航天器回收、在軌燃料加注及太空垃圾清理等。結(jié)構(gòu)合理、功能可靠、控制簡單的末端操作器能在很大程度上提高抓取的可靠性，降低整個(gè)機(jī)械臂系統(tǒng)的復(fù)雜度。面向在軌服務(wù)多任務(wù)操作的實(shí)際需求，具有自適應(yīng)性和通用性的指爪機(jī)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生。

隨著研究的深入開展，國內(nèi)外出現(xiàn)了各種用于在軌服務(wù)的指爪機(jī)構(gòu)。主要分為螺紋軸方式、螺旋盤方式和多連桿方式。

螺紋軸方式是最常用的方式，包含一個(gè)左手和右手螺紋的螺紋軸，并且具有自鎖性，通過電機(jī)傳動(dòng)螺紋軸，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)指爪平行移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)抓取。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、平穩(wěn)可靠，指爪位置可精確控制，電機(jī)驅(qū)動(dòng)形式應(yīng)用較為廣泛；但其抓取速度較慢，工作空間受限，適應(yīng)能力不足，能夠抓取的目標(biāo)物種類較少。

螺旋盤方式的設(shè)計(jì)思想：通過帶有螺旋槽的盤將電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞為兩個(gè)對(duì)稱指爪的平動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的抓取。其優(yōu)點(diǎn)是直接將電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞為指爪的平動(dòng)，避免了使用螺紋軸，減小了體積，使得結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，并且指爪位置可控、抓取速度快；但其適應(yīng)能力仍然受限，為了抓取不同類型的目標(biāo)物，往往需要制作多種形狀的指爪。

多連桿方式的設(shè)計(jì)思想：將電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)通過連桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，并傳遞給末端指爪，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的抓取。其最大的優(yōu)點(diǎn)在于工作空間大；但其抓取模式較少，無法達(dá)到通用性的程度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問題：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種空間在軌服務(wù)機(jī)器人的自適應(yīng)指爪機(jī)構(gòu)，能夠?qū)δ繕?biāo)物進(jìn)行自適應(yīng)抓取，之后完成自穩(wěn)定鎖死，滿足空間多任務(wù)操作的需求。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案：一種空間在軌服務(wù)機(jī)器人的自適應(yīng)指爪機(jī)構(gòu)，包括：自適應(yīng)指爪1、電機(jī)及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2、基座部分3；自適應(yīng)指爪1用于抓取目標(biāo)物；電機(jī)及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2用于引導(dǎo)自適應(yīng)指爪1張開與握緊；基座部分3用于保持整個(gè)機(jī)構(gòu)各部分的相對(duì)位置；所述自適應(yīng)指爪1由左右對(duì)稱、完全相同的兩個(gè)五桿機(jī)構(gòu)組成，每個(gè)五桿機(jī)構(gòu)均包括：接觸桿101、中間桿102、主動(dòng)桿103、從動(dòng)桿104、從動(dòng)銷105、中間銷106、主動(dòng)銷107、主動(dòng)軸108、從動(dòng)軸109、扭轉(zhuǎn)彈簧110；接觸桿101與從動(dòng)桿104通過從動(dòng)銷105連接，接觸桿101與中間桿102通過中間銷106連接；中間桿102與主動(dòng)桿103通過中間銷106連接，并在中間桿102與主動(dòng)桿103形成的關(guān)節(jié)連接處安裝一對(duì)扭轉(zhuǎn)彈簧110，中間銷106從兩個(gè)扭轉(zhuǎn)彈簧110中穿過，這兩個(gè)扭轉(zhuǎn)彈簧110關(guān)于中間桿102對(duì)稱分布，每個(gè)扭轉(zhuǎn)彈簧110的兩端分別與中間桿102和主動(dòng)桿103固定，在自適應(yīng)指爪1張開與握緊的過程中儲(chǔ)存或釋放能量；所述電機(jī)及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2包括：電機(jī)201、L型電機(jī)支架202、U型電機(jī)支架203、小齒輪204、大齒輪205、蝸桿軸206、蝸輪207；電機(jī)201固定于L型電機(jī)支架202和U型電機(jī)支架203上，給整個(gè)系統(tǒng)提供動(dòng)力，帶動(dòng)小齒輪204轉(zhuǎn)動(dòng)；小齒輪204與大齒輪205形成嚙合傳動(dòng)；大齒輪205與蝸桿軸206相連接；蝸桿軸206與蝸輪207形成嚙合傳動(dòng)；蝸輪207與主動(dòng)軸108通過鍵連接，將動(dòng)力傳遞給主動(dòng)桿103；所述基座部分3包括：手掌基體301、手掌前殼302、手掌前蓋303、手掌后蓋304、蝸桿軸定位基體305；手掌基體301、手掌前殼302與主動(dòng)桿103通過主動(dòng)軸108連接，并為主動(dòng)軸108提供支撐；手掌基體301、手掌前殼302與從動(dòng)桿104通過從動(dòng)軸109連接，并為從動(dòng)軸109提供支撐；蝸桿軸206的一端與手掌基體301通過軸承連接，另一端與蝸桿軸定位基體305通過軸承連接；手掌前蓋303與手掌前殼302通過螺栓連接；L型電機(jī)支架202和U型電機(jī)支架203固定于手掌基體301上；手掌后蓋304與手掌基體301通過螺栓連接。

所述蝸輪207有兩個(gè)，并且旋向相反，通過與蝸桿軸206形成的嚙合傳動(dòng)，將電機(jī)201提供的動(dòng)力分別傳遞給自適應(yīng)指爪1的兩個(gè)五桿機(jī)構(gòu)。