[發(fā)明專(zhuān)利]一種輕量化可折展空間桁架式抓捕機(jī)械手

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811316153.1
• 申請(qǐng)日: 2018-11-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109533402B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李兵;高長(zhǎng)青;黃海林
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）
• 主分類(lèi)號(hào): B64G4/00
• 分類(lèi)號(hào): B64G4/00
• 代理公司: 廣州三環(huán)專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 44202
• 代理人: 朱本利

本發(fā)明提供了一種輕量化可折展空間桁架式抓捕機(jī)械手，包括基座和機(jī)械手爪，機(jī)械手爪包括多個(gè)依次相連的折展單元；每一折展單元均包括上下設(shè)置的兩個(gè)T形桁架，T形桁架包括一根支撐桿和一根連接桿，同一折展單元的兩根支撐桿之間相互平行，且兩根支撐桿之間通過(guò)剪叉式抓捕機(jī)構(gòu)連接；同一折展單元的兩根連接桿位于相同的平面內(nèi)，且兩根連接桿之間通過(guò)驅(qū)動(dòng)支鏈連接；抓捕機(jī)構(gòu)包括兩根相同的伸縮剪叉桿、兩根相同的翻轉(zhuǎn)剪叉桿，兩根伸縮剪叉桿的中部相互鉸接，形成剪叉機(jī)構(gòu)；驅(qū)動(dòng)支鏈為直線(xiàn)伸縮式驅(qū)動(dòng)支鏈。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕，并可以通過(guò)拆除和增加折展單元的數(shù)目來(lái)控制抓捕機(jī)械手爪的長(zhǎng)度，以完成空間大質(zhì)量非合作目標(biāo)的抓捕任務(wù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于空間機(jī)構(gòu)操控技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種模塊化設(shè)計(jì)的輕量化可折展空間桁架式抓捕機(jī)械手。

背景技術(shù)

空間機(jī)構(gòu)操控技術(shù)是指在太空有人或無(wú)人參與的情況下，利用空間平臺(tái)對(duì)特定的在軌目標(biāo)進(jìn)行操作，例如太空垃圾回收、碎片清理、實(shí)施空間攻防、大范圍空間觀(guān)測(cè)、遠(yuǎn)距離探測(cè)、非合作目標(biāo)追蹤與捕獲、輔助變軌、故障維修、組裝建造、在軌救援等相關(guān)作業(yè)的技術(shù)。然而現(xiàn)有空間桁架式機(jī)構(gòu)還存在如下問(wèn)題：空間可展開(kāi)機(jī)構(gòu)可以構(gòu)造幾十米甚至上百米的大型結(jié)構(gòu)，但因其活動(dòng)度較少而無(wú)法進(jìn)行在軌操控；變幾何桁架機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)較多的活動(dòng)度，但是其驅(qū)動(dòng)復(fù)雜；剛?cè)峄旌鲜綑C(jī)構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的形狀控制；模塊化航天器可以通過(guò)模塊的重組獲得不同類(lèi)型結(jié)構(gòu)，但是不具備多樣化的可操控活動(dòng)度，并且重構(gòu)過(guò)程往往需要輔助機(jī)器人來(lái)實(shí)現(xiàn)。

中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)201410056414.6公開(kāi)了一種可擴(kuò)展欠驅(qū)動(dòng)索桿桁架式機(jī)械手爪，它涉及一種可用于抓取空間中不同形狀目標(biāo)的模塊化機(jī)械手爪，以解決傳統(tǒng)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和SARAH手爪重量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、對(duì)抓取的目標(biāo)物體的形狀適應(yīng)能力差、抓取力小以及SARAH手爪不易擴(kuò)展的問(wèn)題，它包括前端連接裝置、桿間轉(zhuǎn)角限位機(jī)構(gòu)、末端索桿桁架、繩索、多個(gè)定位柱和多個(gè)可擴(kuò)展模塊化索桿桁架；所述前端連接裝置包括連接板、兩個(gè)繩索軸、兩個(gè)限位柱、兩個(gè)安裝板、兩個(gè)過(guò)渡板和四個(gè)支撐板，豎直方向上位于同一側(cè)的兩個(gè)支撐板穿設(shè)有繩索軸，電機(jī)的輸出軸豎向設(shè)置且與相對(duì)應(yīng)的繩索軸連接；每個(gè)所述可擴(kuò)展模塊化索桿桁架包括兩個(gè)繞繩軸、十二個(gè)摩擦阻尼金屬片和六個(gè)連接桿。該現(xiàn)有技術(shù)中，機(jī)械手占用空間體積大，不具有折疊展開(kāi)的功能，難以控制剛度，驅(qū)動(dòng)采用伺服電機(jī)，其控制復(fù)雜，結(jié)構(gòu)笨重，需要針對(duì)電機(jī)的布置進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)于空間抓捕機(jī)械手來(lái)說(shuō)應(yīng)做更多的輕量化設(shè)計(jì)，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)很難提供較大的抓捕力。占用體積大使該發(fā)明沒(méi)有考慮到折疊展開(kāi)功能，不具有變胞運(yùn)動(dòng)，平行四邊形結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差。

基于此，本發(fā)明提出了一種既可以進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)、又具備輕量化優(yōu)點(diǎn)的可折展空間桁架式抓捕機(jī)械手，旨在解決空間大質(zhì)量非合作目標(biāo)的抓捕問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了一種輕量化可折展空間桁架式抓捕機(jī)械手，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕，并可以通過(guò)拆除和增加折展單元的數(shù)目來(lái)控制抓捕機(jī)械手爪的長(zhǎng)度，以完成空間大質(zhì)量非合作目標(biāo)的抓捕任務(wù)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種輕量化可折展空間桁架式抓捕機(jī)械手，包括基座和設(shè)在基座上的多個(gè)機(jī)械手爪，機(jī)械手爪包括多個(gè)依次相連的折展單元；

其中，每一折展單元均包括上下設(shè)置的兩個(gè)T形桁架，T形桁架包括一根支撐桿和一根連接桿，連接桿垂直于支撐桿設(shè)置，支撐桿包括固定套筒和活動(dòng)套桿，活動(dòng)套桿可伸縮地設(shè)在固定套筒的內(nèi)部；

同一折展單元的兩根支撐桿之間相互平行，且兩根支撐桿之間通過(guò)剪叉式抓捕機(jī)構(gòu)連接；同一折展單元的兩根連接桿位于相同的平面內(nèi)，且兩根連接桿之間通過(guò)驅(qū)動(dòng)支鏈連接；

抓捕機(jī)構(gòu)包括兩根相同的伸縮剪叉桿、兩根相同的翻轉(zhuǎn)剪叉桿，兩根伸縮剪叉桿的中部相互鉸接，形成剪叉機(jī)構(gòu)；兩根伸縮剪叉桿的首端分別鉸接于其中一根支撐桿的固定套筒和活動(dòng)套桿上，兩根伸縮剪叉桿的末端分別鉸接于兩根翻轉(zhuǎn)剪叉桿的首端，兩根翻轉(zhuǎn)剪叉桿的末端分別鉸接于另一根支撐桿的固定套筒和活動(dòng)套桿上；