[發明專利]欠驅動靈巧多功能空間機器人手爪

有效

• 申請號: 201410190538.3
• 申請日: 2014-05-07
• 公開（公告）號: CN103921271A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 趙武;尚萬;羅純靜;曾杰;王晨
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J15/08
• 代理公司: 成都市輔君專利代理有限公司 51120
• 代理人: 劉冰心

(一)技術領域

本發明涉及一種空間機器人手爪，一種機械臂的末端執行器。屬機械手類(B25J)。

(二)背景技術

隨著航天航空空間技術的不斷發展，空間機器人被用于惡劣的空間環境中完成特定的任務?？臻g機器人的作業能力和效率依賴于末端執行手爪的能力。國內外在空間機器人手爪研究，從結構上劃分為外抓式、內撐式和其他結構。外抓式又分為二指、三指和多指結構。目前日本的ETS-VII艙外兩指手爪，采用開合手指并有對準機構；加拿大的手爪SARAH，采用欠驅動機構，三個手指完成空間抓取；哈爾濱工業大學研制的空間機器人手爪，采用兩指對目標進行包絡和抓捕，后來北京郵電大學對該手指結構和工藝性進行了改進。

上述這些手爪結構都偏重實現對空間目標的抓捕，均存在的問題是：功能單一，抓持力小，結構復雜，體積較大、不夠靈巧。

(三)發明內容

本發明提供的欠驅動靈巧多功能空間機器人手爪，就是解決現有空間機器人手爪存在的功能單一、抓持力小、結構復雜和不夠靈巧的問題。

技術方案是：

欠驅動靈巧多功能空間機器人手爪，包括：設驅動電機9，與驅動電機轉軸傳動聯接的聯軸器8；其特征是：

1)設圓筒形前端套筒5和尾端套筒4連接固定組成的靜止本體；驅動電機機座與前端套筒固定；在前端套筒內腔，設置滾珠絲桿6：其中絲桿6.1前端通過聯軸器與驅動電機轉軸連接，絲桿外設徑向支撐絲桿的絲桿支撐件7；滾珠絲桿中的螺母座6.2與絲桿螺旋傳動并沿軸向X移動，螺母座后端固定沿豎向Z上下兩條驅動塊2。2)在尾端套筒內腔，驅動塊開有豎向穿通的軸向槽口2.1；上下兩條驅動塊后端內表面分別設軸向和周向均固定的有上下兩指的尾端手指1，上下兩指前端鉸接，兩指可繞鉸接心軸相對上下開合轉動；驅動塊與尾端套筒間、驅動塊與尾端手指之間均為間隙配合。3)在兩驅動塊間尾端手指前端設更換接口3，更換接口與驅動塊間為間隙配合；更換接囗通過在前階梯軸3.1中設豎向銷柱3.3穿過驅動塊槽囗固定于尾端套筒；更換接口后圓筒3.2中開了上下兩條軸向槽囗3.2A和周向兩條90°弧形槽囗3.2B；尾端手指前端鉸接心軸沿縱向Y加長作為接頭1.1；接頭與轉換接囗間為接頭軸向卡入、旋轉90°卡緊，或者反向旋轉90°后松開、軸向抽出的卡接結構；尾端手指按需要更換若干種型式，選用的每個尾端手指1由此卡接結構與更換接口卡接固定，并通過更換接口固定于尾端套筒。4)尾端手指配置如下三種供更換的型式：①外抓式彈性兩指1：從前至后順次有鉸接心軸接頭、指間彈簧、水平段、上斜段、平行末端；上斜角ｄ為30°-40°；②夾持器手指1b：從前至后順次有鉸接心軸接頭、夾持指間彈簧、夾持水平段、夾持上斜段、夾持下斜末端；夾持上斜角ｄ_b為30°-40°；③抓捕手指1c：從前至后順次有鉸接心軸接頭、抓捕指間彈簧、截面為∏形的抓捕上斜段、上指末端有開口槽的圓弧形抓捕指尖；抓捕上斜角ｄ_C為30°-40°。

上述尾端手指指尖1.4可采用彈性材料和指尖夾持面1.5彈性聯接為與被抓夾物件相應的形狀。上述尾端手指上，可埋設力傳感器11a、位置傳感器11b和設閉環控制電路。

本發明有益效果：

1)由于設更換接口，從而設一個手爪可更換多種手指工具，具有抓捕、夾持等多種功能。采用外抓手指：用于外抓較大的工件、工具(如空間擰螺絲)，完成航天空間生產裝配和艙外維修。采用夾持器手指：用于夾持較小的試驗器材完成空間科學實驗。采用抓捕手指：用于抓捕航天艙外漂浮物、清理垃圾等。即一個手爪可同時完成空間生產裝配、科學實驗和維修維護。

2)采用滾珠絲桿傳動結構，平穩可靠，工作效率高，出力大。

3)采用一個電機與滾珠絲桿聯接驅動兩條驅動塊來驅動手指運動，驅動元件少，控制簡單。指尖采用彈性材料和彈性結構與被抓夾物件相應的形狀，抓夾范圍廣泛且對被抓夾形狀被動自適應。手爪實現欠驅動控制。

4)由于兩指在驅動塊作用下同步運動，再加上尾端套筒形成的手掌，約束6個自由度，對目標合理定位，可提高抓捕或夾持精度。

5)整個手爪由前端套筒和尾端套筒形成的圓筒形狀，傳動與支撐部件設置在整個圓筒內形成緊湊、體積小、靈巧手爪，整個手爪安裝在空間機器人機械臂末端可節省空間。

6)手爪結構簡單、緊湊，易于制作，在空間中工作壽命長，穩定可靠。

7)手指可增設力和位置傳感器，對手指進行閉環控制，手爪工作的精確性高。

(四)附圖說明