[發明專利]月面艙外輔助作業機器人及其操控方法

有效

• 申請號: 202110013534.8
• 申請日: 2021-01-06
• 公開（公告）號: CN112847363B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 胡瑞軍;張育林;張琦;王兆魁
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J11/00;B25J5/00;B25J19/02
• 代理公司: 北京市盛峰律師事務所 11337
• 代理人: 席小東

1.一種月面艙外輔助作業機器人，其特征在于，所述月面艙外輔助作業機器人為左右對稱結構，包括：承力機身(100)、運動系統(200)、視覺感知系統(300)、作業系統(400)、電源系統(500)和控制系統(600)；

所述承力機身(100)包括機身承力架(101)和不銹鋼蒙皮(102)；所述機身承力架(101)的外面包覆所述不銹鋼蒙皮(102)；其中，所述機身承力架(101)包括左側承力板(1011)、右側承力板(1012)、上層載荷安裝板(1013)、中層載荷安裝板(1014)和下層載荷安裝板(1015)；所述左側承力板(1011)和所述右側承力板(1012)左右對稱豎向設置；在所述左側承力板(1011)和所述右側承力板(1012)之間，自上向下，水平依次設置所述上層載荷安裝板(1013)、所述中層載荷安裝板(1014)和所述下層載荷安裝板(1015)；

其中，所述上層載荷安裝板(1013)的表面預留相機桅桿安裝孔位(A1)；所述中層載荷安裝板(1014)的表面預留機械臂安裝孔位(A2)；并且，所述機械臂安裝孔位(A2)位于所述相機桅桿安裝孔位(A1)的前方；所述左側承力板(1011)和所述右側承力板(1012)的中央位置，均預留彈簧掛件安裝孔位(A3)和雙邊滾珠軸承安裝孔位(A4)；所述機身承力架(101)的后側預留太陽電池板安裝孔位(A5)；

所述運動系統(200)包括左運動單元和右運動單元；所述左運動單元和所述右運動單元為左右對稱結構，所述左運動單元設置于所述承力機身(100)的左側，并與所述左側承力板(1011)連接安裝；所述右運動單元設置于所述承力機身(100)的右側，并與所述右側承力板(1012)連接安裝；

其中，所述左運動單元和右運動單元的結構均包括：異步自平穩懸架系統(201)、第一月面車輪系統(202)和第二月面車輪系統(203)；

所述異步自平穩懸架系統(201)包括倒U型被動搖臂(2011)、第一壓縮彈簧組(2012)、第二壓縮彈簧組(2013)、彈簧組掛裝連接件(2014)和雙邊滾珠軸承(2015)；

所述倒U型被動搖臂(2011)采用圓形鏤空設計，所述倒U型被動搖臂(2011)的中心處通過所述雙邊滾珠軸承(2015)，可轉動的裝配到所述承力機身(100)的對應側的雙邊滾珠軸承安裝孔位(A4)，使所述倒U型被動搖臂(2011)可相對于所述承力機身(100)轉動；所述倒U型被動搖臂(2011)的兩端，各安裝所述第一月面車輪系統(202)和所述第二月面車輪系統(203)；所述彈簧組掛裝連接件(2014)裝配到所述承力機身(100)的對應側的彈簧掛件安裝孔位(A3)；所述第一壓縮彈簧組(2012)和所述第二壓縮彈簧組(2013)對稱分布，所述第一壓縮彈簧組(2012)的一端與所述彈簧組掛裝連接件(2014)連接；所述第一壓縮彈簧組(2012)的另一端與所述倒U型被動搖臂(2011)的前部連接；所述第二壓縮彈簧組(2013)的一端與所述彈簧組掛裝連接件(2014)連接；所述第二壓縮彈簧組(2013)的另一端與所述倒U型被動搖臂(2011)的后部連接，進而實現所述倒U型被動搖臂(2011)和所述承力機身(100)的鉸接；通過雙邊滾珠軸承(2015)的支撐力、第一壓縮彈簧組(2012)的壓力和第二壓縮彈簧組(2013)的壓力，保持異步自平穩懸架系統(201)和承力機身(100)的相對位置構型；

所述運動系統(200)共配置四個月面車輪系統；每個月面車輪系統為獨立車輪系統，通過輪間差速實現轉向機動；

所述視覺感知系統(300)包括雙目立體視覺相機(301)、相機遮光罩(302)、兩自由度主動伺服云臺(303)、云臺防塵罩(304)和空心相機桅桿(305)；

所述兩自由度主動伺服云臺(303)的上方安裝所述雙目立體視覺相機(301)，用于控制所述雙目立體視覺相機(301)在俯仰和偏航通道的主動姿態，進而實現機器人周圍全部空間的感知覆蓋能力；所述雙目立體視覺相機(301)的外面設置所述相機遮光罩(302)；所述兩自由度主動伺服云臺(303)的外面設置所述云臺防塵罩(304)；所述空心相機桅桿(305)的頂端裝配所述兩自由度主動伺服云臺(303)；所述空心相機桅桿(305)的底部裝配到所述相機桅桿安裝孔位(A1)；

所述作業系統(400)為實現機器人輔助作業能力的執行機構，為一種基于關節模組的輕質三自由度機械臂，包括機械臂底座(401)、第一關節連接桿(402)、第二關節連接桿(403)、第三關節連接桿(404)、第一機器人關節模組(405)、第二機器人關節模組(406)、第三機器人關節模組(407)和末端夾持器(408)；

所述機械臂底座(401)的底部安裝到所述機械臂安裝孔位(A2)；所述第一機器人關節模組(405)裝配到所述機械臂底座(401)上面；所述第一關節連接桿(402)的一端與所述第一機器人關節模組(405)一體成形；進而通過所述第一機器人關節模組(405)，實現所述第一關節連接桿(402)和所述機械臂底座(401)之間的鉸接；

所述第二關節連接桿(403)和所述第一關節連接桿(402)的關節位置安裝所述第二機器人關節模組(406)，實現所述第二關節連接桿(403)和所述第一關節連接桿(402)之間的鉸接；

所述第二關節連接桿(403)和所述第三關節連接桿(404)的關節位置安裝所述第三機器人關節模組(407)，實現所述第二關節連接桿(403)和所述第三關節連接桿(404)之間的鉸接；

所述第三關節連接桿(404)的末端安裝所述末端夾持器(408)；

其中，所述第一機器人關節模組(405)、所述第二機器人關節模組(406) 和所述第三機器人關節模組(407)均設置有模組防護殼(409)和模組防護蓋(410)；

所述電源系統(500)用于為所述月面艙外輔助作業機器人的各個用電部件供電；所述電源系統(500)包括可充電的鋰電池、主動伺服太陽電池板和電源控制器；

所述主動伺服太陽電池板包括太陽電池板和太陽電池板驅動電機，所述太陽電池板驅動電機用于驅動所述太陽電池板轉動，調節所述太陽電池板的姿態；所述電源控制器用于接收所述主動伺服太陽電池板或外界有線電能，并向所述可充電的鋰電池充電；

所述控制系統(600)包括遠程指控中心、平臺運動下位機控制器、各執行機構控制器和通信接口；其中，所述執行機構控制器包括車輪電機控制器、太陽伺服電機控制器、機械臂關節模組控制器、兩指夾持器控制器和云臺電機控制器。