[發明專利]一種空間在軌服務機器人的自適應指爪機構

有效

• 申請號: 201310326633.7
• 申請日: 2013-07-31
• 公開（公告）號: CN103395067A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 楚中毅;胡健;雷宜安;周苗;李建超;盧山;李延寶
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B25J15/08
• 分類號: B25J15/08
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉;盧紀

技術領域

本發明旨在服務于空間在軌服務領域，涉及一種空間在軌服務機器人的自適應指爪機構，這種指爪機構的通用性較強，應用范圍較廣，適用于多任務空間捕獲與修復任務的需求，極大地提高了執行任務的效率。

技術背景

在軌服務包括航天器裝配、衛星維護、航天器回收、在軌燃料加注及太空垃圾清理等。結構合理、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，降低整個機械臂系統的復雜度。面向在軌服務多任務操作的實際需求，具有自適應性和通用性的指爪機構應運而生。

隨著研究的深入開展，國內外出現了各種用于在軌服務的指爪機構。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，包含一個左手和右手螺紋的螺紋軸，并且具有自鎖性，通過電機傳動螺紋軸，進而驅動指爪平行移動，實現抓取。其優點是結構簡單、平穩可靠，指爪位置可精確控制，電機驅動形式應用較為廣泛；但其抓取速度較慢，工作空間受限，適應能力不足，能夠抓取的目標物種類較少。

螺旋盤方式的設計思想：通過帶有螺旋槽的盤將電機的轉動傳遞為兩個對稱指爪的平動，從而實現對目標的抓取。其優點是直接將電機的轉動傳遞為指爪的平動，避免了使用螺紋軸，減小了體積，使得結構簡單、緊湊，并且指爪位置可控、抓取速度快；但其適應能力仍然受限，為了抓取不同類型的目標物，往往需要制作多種形狀的指爪。

多連桿方式的設計思想：將電機轉動通過連桿機構轉換為直線運動，并傳遞給末端指爪，實現對目標的抓取。其最大的優點在于工作空間大；但其抓取模式較少，無法達到通用性的程度。

發明內容

本發明的技術解決問題：克服現有技術的不足，提供一種空間在軌服務機器人的自適應指爪機構，能夠對目標物進行自適應抓取，之后完成自穩定鎖死，滿足空間多任務操作的需求。

本發明的技術解決方案：一種空間在軌服務機器人的自適應指爪機構，包括：自適應指爪1、電機及其傳動機構2、基座部分3；自適應指爪1用于抓取目標物；電機及其傳動機構2用于引導自適應指爪1張開與握緊；基座部分3用于保持整個機構各部分的相對位置；所述自適應指爪1由左右對稱、完全相同的兩個五桿機構組成，每個五桿機構均包括：接觸桿101、中間桿102、主動桿103、從動桿104、從動銷105、中間銷106、主動銷107、主動軸108、從動軸109、扭轉彈簧110；接觸桿101與從動桿104通過從動銷105連接，接觸桿101與中間桿102通過中間銷106連接；中間桿102與主動桿103通過中間銷106連接，并在中間桿102與主動桿103形成的關節連接處安裝一對扭轉彈簧110，中間銷106從兩個扭轉彈簧110中穿過，這兩個扭轉彈簧110關于中間桿102對稱分布，每個扭轉彈簧110的兩端分別與中間桿102和主動桿103固定，在自適應指爪1張開與握緊的過程中儲存或釋放能量；所述電機及其傳動機構2包括：電機201、L型電機支架202、U型電機支架203、小齒輪204、大齒輪205、蝸桿軸206、蝸輪207；電機201固定于L型電機支架202和U型電機支架203上，給整個系統提供動力，帶動小齒輪204轉動；小齒輪204與大齒輪205形成嚙合傳動；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；蝸輪207與主動軸108通過鍵連接，將動力傳遞給主動桿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與主動桿103通過主動軸108連接，并為主動軸108提供支撐；手掌基體301、手掌前殼302與從動桿104通過從動軸109連接，并為從動軸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型電機支架202和U型電機支架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，并且旋向相反，通過與蝸桿軸206形成的嚙合傳動，將電機201提供的動力分別傳遞給自適應指爪1的兩個五桿機構。