[實(shí)用新型]欠驅(qū)動(dòng)靈巧多功能空間機(jī)器人手爪

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201420231617.X
• 申請(qǐng)日: 2014-05-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN203818137U
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙武;尚萬(wàn);羅純靜;王晨;尚興明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J9/00
• 分類號(hào): 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(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種空間機(jī)器人手爪，一種機(jī)械臂的末端執(zhí)行器。屬機(jī)械手類(B25J)。

(二)背景技術(shù)

隨著航天航空空間技術(shù)的不斷發(fā)展，空間機(jī)器人被用于惡劣的空間環(huán)境中完成特定的任務(wù)。空間機(jī)器人的作業(yè)能力和效率依賴于末端執(zhí)行手爪的能力。國(guó)內(nèi)外在空間機(jī)器人手爪研究，從結(jié)構(gòu)上劃分為外抓式、內(nèi)撐式和其他結(jié)構(gòu)。外抓式又分為二指、三指和多指結(jié)構(gòu)。目前日本的ETS-VII艙外兩指手爪，采用開(kāi)合手指并有對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)；加拿大的手爪SARAH，采用欠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，三個(gè)手指完成空間抓取；哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制的空間機(jī)器人手爪，采用兩指對(duì)目標(biāo)進(jìn)行包絡(luò)和抓捕，后來(lái)北京郵電大學(xué)對(duì)該手指結(jié)構(gòu)和工藝性進(jìn)行了改進(jìn)。

上述這些手爪結(jié)構(gòu)都偏重實(shí)現(xiàn)對(duì)空間目標(biāo)的抓捕，均存在的問(wèn)題是：功能單一，抓持力小，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積較大、不夠靈巧。

(三)發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型提供的欠驅(qū)動(dòng)靈巧多功能空間機(jī)器人手爪，就是解決現(xiàn)有空間機(jī)器人手爪存在的功能單一、抓持力小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜和不夠靈巧的問(wèn)題。

技術(shù)方案是：

欠驅(qū)動(dòng)靈巧多功能空間機(jī)器人手爪，包括：設(shè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)9，與驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)軸傳動(dòng)聯(lián)接的聯(lián)軸器8；其特征是：

1)設(shè)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(qū)動(dòng)電機(jī)機(jī)座與前端套筒固定；在前端套筒內(nèi)腔，設(shè)置滾珠絲桿6：其中絲桿6.1前端通過(guò)聯(lián)軸器與驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)軸連接，絲桿外設(shè)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(dòng)并沿軸向X移動(dòng)，螺母座后端固定沿豎向Z上下兩條驅(qū)動(dòng)塊2。2)在尾端套筒內(nèi)腔，驅(qū)動(dòng)塊開(kāi)有豎向穿通的軸向槽口2.1；上下兩條驅(qū)動(dòng)塊后端內(nèi)表面分別設(shè)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(duì)上下開(kāi)合轉(zhuǎn)動(dòng)；驅(qū)動(dòng)塊與尾端套筒間、驅(qū)動(dòng)塊與尾端手指之間均為間隙配合。3)在兩驅(qū)動(dòng)塊間尾端手指前端設(shè)更換接口3，更換接口與驅(qū)動(dòng)塊間為間隙配合；更換接囗通過(guò)在前階梯軸3.1中設(shè)豎向銷柱3.3穿過(guò)驅(qū)動(dòng)塊槽囗固定于尾端套筒；更換接口后圓筒3.2中開(kāi)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(zhǎng)作為接頭1.1；接頭與轉(zhuǎn)換接囗間為接頭軸向卡入、旋轉(zhuǎn)90°卡緊，或者反向旋轉(zhuǎn)90°后松開(kāi)、軸向抽出的卡接結(jié)構(gòu)；尾端手指按需要更換若干種型式，選用的每個(gè)尾端手指1由此卡接結(jié)構(gòu)與更換接口卡接固定，并通過(guò)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(kāi)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(lián)接為與被抓夾物件相應(yīng)的形狀。上述尾端手指上，可埋設(shè)力傳感器11a、位置傳感器11b和設(shè)閉環(huán)控制電路。

本實(shí)用新型有益效果：

1)由于設(shè)更換接口，從而設(shè)一個(gè)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(chǎn)裝配和艙外維修。采用夾持器手指：用于夾持較小的試驗(yàn)器材完成空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)。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(gè)手爪可同時(shí)完成空間生產(chǎn)裝配、科學(xué)實(shí)驗(yàn)和維修維護(hù)。

2)采用滾珠絲桿傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，平穩(wěn)可靠，工作效率高，出力大。

3)采用一個(gè)電機(jī)與滾珠絲桿聯(lián)接驅(qū)動(dòng)兩條驅(qū)動(dòng)塊來(lái)驅(qū)動(dòng)手指運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)元件少，控制簡(jiǎn)單。指尖采用彈性材料和彈性結(jié)構(gòu)與被抓夾物件相應(yīng)的形狀，抓夾范圍廣泛且對(duì)被抓夾形狀被動(dòng)自適應(yīng)。手爪實(shí)現(xiàn)欠驅(qū)動(dòng)控制。

4)由于兩指在驅(qū)動(dòng)塊作用下同步運(yùn)動(dòng)，再加上尾端套筒形成的手掌，約束6個(gè)自由度，對(duì)目標(biāo)合理定位，可提高抓捕或夾持精度。

5)整個(gè)手爪由前端套筒和尾端套筒形成的圓筒形狀，傳動(dòng)與支撐部件設(shè)置在整個(gè)圓筒內(nèi)形成緊湊、體積小、靈巧手爪，整個(gè)手爪安裝在空間機(jī)器人機(jī)械臂末端可節(jié)省空間。

6)手爪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，易于制作，在空間中工作壽命長(zhǎng)，穩(wěn)定可靠。

7)手指可增設(shè)力和位置傳感器，對(duì)手指進(jìn)行閉環(huán)控制，手爪工作的精確性高。

(四)附圖說(shuō)明