[發明專利]一種帶視覺傳感器的空間機械臂末端執行器

無效

• 申請號: 201410438814.3
• 申請日: 2014-08-29
• 公開（公告）號: CN104669289A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發明（設計）人: 范慶麟;王燕波;許劍;張栩曼;耿樹鯤;劉嘉宇;鄧濤;周海平;高健
• 申請（專利權）人: 北京精密機電控制設備研究所
• 主分類號: B25J15/10
• 分類號: B25J15/10;B25J19/02
• 代理公司: 北京驥馳知識產權代理有限公司 11422
• 代理人: 唐曉峰

技術領域

本發明涉及一種帶視覺傳感器的空間機械臂末端執行器，特別涉及一種空間機械臂少自由度小型輕量化三指帶視覺傳感器的末端執行機構。

背景技術

隨著航天事業的發展，尤其是在軌服務、空間攻防、深空探測等一系列計劃的實施，復雜化功能強大的空間機械臂的研究和探索成為了空間研究的新方向。其中，末端執行器是空間機械臂的一個重要組成部分，末端執行器的操作水準直接關系到空間機械臂執行復雜任務的能力。

末端執行器是直接執行工作的裝置，它對擴大空間機械臂的作業功能、應用范圍和提高工作效率都有很大的影響。抓取不同特征的物體及其不同操作參數的要求，都影響到末端執行器的要素，即結構、抓取方式、抓取力的大小和驅動裝置。

國內外當前的空間機械臂末端執行器大致可分為三種類型：多指手型末端執行器，柔性末端執行器，功能型末端執行器。

以上三種末端執行器以第一種多指手型末端執行器使用最多也最廣泛。多指手型末端執行器一般采用連桿機構傳遞動力，抓取范圍較小。柔性末端執行器可抓捕范圍大，一般都難以反復使用，柔性機構會拉低總體基頻，且控制難度大，動力學建模復雜。在微重力環境下可能出現持續震蕩且在地面不宜驗證。而功能型末端執行器則是根據特殊的任務要求設計的末端執行器，只針對單一的目標物以及目標任務，一般只在特殊功能場合使用。

本發明提出的是一種帶視覺傳感器的多指手末端執行器的創新設計方案。多指手末端執行器一般包絡范圍小，結構復雜，需要多電機控制，質量大。但為了減小空間機械臂動作對衛星本體的影響，空間機械臂的質量和體積一般要求小。尤其針對小型的空間機械臂，一種小型、輕量化的末端執行器設計尤為需要。

發明內容

本發明的目的是提供一種少自由度、小型、輕量化、帶視覺傳感器的空間機械臂末端執行器，可抓取對稱結構目標物，如球體等。

本發明的末端執行器主要由電機安裝板、手指驅動板、手指安裝板、微型滑動絲杠、導向軸、伺服電機組合、行星齒輪組、手指連桿機構、上殼體、下殼體、手眼相機、絕對位置傳感器、控制器和連接法蘭構成。

所述末端執行器的特點有：

(1)結構簡單，與人手類似大小，體積小，質量輕。

(2)利用搖臂機構實現大包絡空間。

(3)通過單自由度驅動的設計避免了由于控制精度導致的不同步問題。通過控制轉軸的公差間隙避免了由于絲桿機構的間隙導致的不同步問題。通過單絲杠傳動，剛性連接至絲桿機構避免了由于絲杠間隙導致的不同步問題。

(4)通過并聯傳動布置，即驅動電機通過直齒輪傳動偏置于絲杠，并與絲杠同側布置，可以極大的減小末端執行器的軸向長度，對降低重量、提高機械臂系統的剛度和運動靈活性都很有好處。

(5)利用滑動絲杠的自鎖能力實現手爪的閉合狀態保持，省去了復雜的姿態保持機構。

(6)伺服電機的前端集成有行星齒輪減速箱，避免了電機輸出軸承受徑向力能力較差的缺陷，提高了電機抵抗復雜力學環境的能力。

(7)魚刺狀的防逃逸結構增加了抓捕的可靠性，防止目標物從手指間飛出。

附圖說明

現在將結合附圖對本發明進行描述，其中：

附圖1為末端執行器結構圖；

附圖2為電機安裝板上各元件的安裝位置示意圖；

附圖3為末端手指的防逃逸結構示意圖；

附圖4為末端執行器手指的設計原理圖；

附圖5為空間機械臂末端執行器的不同目標抓取示意圖。

具體實施方式

本發明的帶視覺傳感器的空間機械臂末端執行器主要由以下部件組成：電機安裝板16、手指驅動板8、手指安裝板5、微型滑動絲杠19、導向軸17、伺服電機組合(即無刷伺服電機和行星齒輪減速箱組合)、行星齒輪組12、三套手指連桿機構、上殼體1、下殼體2、視覺傳感器手眼相機、絕對位置傳感器10、控制器15和連接法蘭14。連接法蘭14為末端執行器的固定端，與機械臂關節的輸出端連接。控制器15底端與連接法蘭14連接，其頂端與下殼體2連接，下殼體2上方固定有電機安裝板16。伺服電機20、滑動絲杠19同側倒裝于電機安裝板16上，并通過行星齒輪12嚙合連接。手指安裝板5通過三根導向軸17與電機安裝板16連接，三根導向軸穿過手指驅動板8，從而該手指驅動板8由導向軸17導向。三套手指連桿機構通過轉軸鉸接在同一個手指驅動板和手指安裝板上，三套手指相隔120°布置，如圖3所示。這樣當手指驅動板上下運動時，手指即發生相應的擺動。