可折展欠驅動自適應式捕獲裝置制造方法
【專利摘要】可折展欠驅動自適應式捕獲裝置，它涉及一種捕獲裝置，具體涉及一種可折展欠驅動自適應式捕獲裝置。本發(fā)明為了解決現(xiàn)有空間機器人質量較大、驅動電機數量較多、結構復雜、可靠性較差的問題。本發(fā)明的單指根部關節(jié)軸安裝在基板一端上表面上，兩指根部共用關節(jié)軸安裝在基板另一端的上表面上，所述驅動組件安裝基板的下表面上，第一傳動軸通過第一軸承座安裝在基板的下表面上，第一同步帶輪套裝在單指根部關節(jié)軸上，第二同步帶輪套裝在第一傳動軸上，第一同步帶輪通過同步帶與第二同步帶輪連接，第一齒輪套裝在兩指根部共用關節(jié)軸的中部，第一齒輪與所述驅動組件連接。本發(fā)明用于航空航天領域。
【專利說明】可折展欠驅動自適應式捕獲裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種捕獲裝置，具體涉及一種可折展欠驅動自適應式捕獲裝置，屬于航空航天領域。
【背景技術】
[0002]隨著航天技術的發(fā)展，太空競爭愈加激烈，越來越多的航天器被發(fā)射到太空執(zhí)行各種任務。當航天器自身攜帶的燃料用盡或者功能單元老化失效，就會導致航天器使用壽命終結。如何提高航天器在太空軌道的生存能力，增強其控制效能是未來航天器在軌服務的難點和熱點問題。遠程控制和網絡通信技術的發(fā)展為解決上述問題提供了可能?？臻g飛行器可以借助遙控操作技術提供各種在軌服務，包括在軌航天器的捕獲、加注和維修更換等操作，達到延長在軌航天器的服務壽命，提高其靈活執(zhí)行多種空間任務的目的。這種操作手段對于提高空間應用效率，降低系統(tǒng)成本都大有好處。因而從長期發(fā)展角度來看，面向在軌服務的遙控操作技術將成為我國未來探索與控制太空必不可少的一項應用技術。
[0003]衛(wèi)星捕獲是在軌操縱技術中不可缺少的關鍵技術，近年來引起世界各國的重視，如美國國防高級研究項目局的“前端機器人系統(tǒng)”包含三個七自由度的機械手和視覺系統(tǒng)，能夠對目標衛(wèi)星進行抓取、滾轉等操作，以便對部件進行更換和在軌維修。德國的“軌道服務任務系統(tǒng)”能夠捕獲合作目標和非合作目標，并進行離軌機動或清理碎片等任務。加拿大的“太空技術設施服務飛行器”可執(zhí)行天線維修、碎片捕獲等任務。目前進行空間捕獲采用的機器人系統(tǒng)，雖然具有智能化程度高、對作業(yè)任務適應能力強等優(yōu)點，但是一般系統(tǒng)機構復雜，每個關節(jié)均為主動驅動關節(jié)，導致電機數量多、重量大，協(xié)調控制難度大，對于抓取非合作目標更是難以實現(xiàn)。另一方面，空間環(huán)境條件極為惡劣，高真空、大溫差和強輻射環(huán)境容易引起機電系統(tǒng)故障，一般來說電機數量越多，系統(tǒng)越復雜，其可靠性越低，而過多的電機數量帶來質量的增加和能源動力的巨大消耗，導致發(fā)射成本增加，影響有效載荷能力的發(fā)揮，因此空間機器人要求具有質量輕、驅動電機數量少、結構簡單、可靠性高等優(yōu)點。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明為解決現(xiàn)有空間機器人質量較大、驅動電機數量較多、結構復雜、可靠性較差的問題，進而提出可折展欠驅動自適應式捕獲裝置。
[0005]本發(fā)明為解決上述問題采取的技術方案是:本發(fā)明包括第一同步帶輪、單指根部關節(jié)軸、第一齒輪、兩指根部共用關節(jié)軸、基板、驅動組件、第二同步帶輪、第一傳動軸、第一軸承座和三個手指機構，基板為長方形板體，單指根部關節(jié)軸安裝在基板一端上表面上，兩指根部共用關節(jié)軸安裝在基板另一端的上表面上，所述驅動組件安裝基板的下表面上，第一傳動軸通過第一軸承座安裝在基板的下表面上，且第一傳動軸位于單指根部關節(jié)軸的下方，第一同步帶輪套裝在單指根部關節(jié)軸上，第二同步帶輪套裝在第一傳動軸上，第一同步帶輪通過同步帶與第二同步帶輪連接，第一齒輪套裝在兩指根部共用關節(jié)軸的中部，第一齒輪與所述驅動組件連接，所述驅動組件通過同步帶與第二同步帶輪連接，單指根部關節(jié)軸安裝一個所述手指機構，兩個所述手指機構并排平行安裝在兩指根部共用關節(jié)軸上。
[0006]本發(fā)明的有益效果是:1.本發(fā)明的三關節(jié)手指機構結構相同，具有互換性，可實現(xiàn)模塊化生產，降低制造成本和難度。
[0007]2.本發(fā)明采用了欠驅動機構，減少了電機數量，控制系統(tǒng)簡單，實現(xiàn)了欠驅動機構的可控設計，對目標外形具有自適應性，能夠適應非合作目標的抓取任務。
[0008]3.本發(fā)明結構簡單，可靠性高，能夠重復動作，無需檢測抓取目標的準確位置。
[0009]4.本發(fā)明采用可調節(jié)的關節(jié)阻尼裝置，能夠通過調節(jié)關節(jié)阻尼，改變手指中部和頂部兩個指段的先后驅動順序，從而改變抓取策略。
[0010]5.本發(fā)明能夠折疊展開，收攏體積小、收攏剛度大，便于運輸、可節(jié)省發(fā)射火箭上有效載荷空間。
[0011]6.本發(fā)明所有結構都是由航天常用材料加工制造，材料資源豐富，加工工藝成熟，便于所述機構的技術實施。
[0012]7.本發(fā)明也滿足其他抓取任務的基本要求，便于展開技術的推廣。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的整體結構示意圖，圖2是手指機構的結構示意圖，圖3是欠驅動機構的結構示意圖，圖4是本發(fā)明三個手指收起時的結構示意圖，圖5是本發(fā)明抓取圓柱體的結構示意圖，圖6是本發(fā)明抓取長方體的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0014]【具體實施方式】一:結合圖1和圖4說明本實施方式，本實施方式所述可折展欠驅動自適應式捕獲裝置包括第一同步帶輪1、單指根部關節(jié)軸2、第一齒輪3、兩指根部共用關節(jié)軸4、基板5、驅動組件、第二同步帶輪6、第一傳動軸7、第一軸承座8和三個手指機構，基板5為長方形板體，單指根部關節(jié)軸2安裝在基板5 —端上表面上，兩指根部共用關節(jié)軸4安裝在基板5另一端的上表面上，所述驅動組件安裝基板5的下表面上，第一傳動軸7通過第一軸承座8安裝在基板5的下表面上，且第一傳動軸7位于單指根部關節(jié)軸2的下方，第一同步帶輪I套裝在單指根部關節(jié)軸2上，第二同步帶輪6套裝在第一傳動軸7上，第一同步帶輪I通過同步帶與第二同步帶輪6連接，第一齒輪3套裝在兩指根部共用關節(jié)軸4的中部，第一齒輪3與所述驅動組件連接，所述驅動組件通過同步帶與第二同步帶輪6連接，單指根部關節(jié)軸2安裝一個所述手指機構，兩個所述手指機構并排平行安裝在兩指根部共用關節(jié)軸4上。
[0015]【具體實施方式】二:結合圖4說明本實施方式，本實施方式所述可折展欠驅動自適應式捕獲裝置的驅動組件包括碼盤9、第一驅動電機10、第一減速器11、法蘭12、第三同步帶輪13、第二齒輪14和第二傳動軸15，碼盤9、第一驅動電機10、第一減速器11通過法蘭12安裝在基板5的下表面上,碼盤9與第一驅動電機10連接,第一驅動電機10的輸出軸通過第一減速器11與第二傳動軸15連接，第三同步帶輪13、第二齒輪14依次套裝在第二傳動軸15上，第二齒輪14與第一齒輪3嚙合，第三同步帶輪13通過同步帶與第二同步帶輪6連接。
[0016]本實施方式的技術效果是:如此設置，通過第一驅動電機10可實現(xiàn)三個手指機構根部指段的同步向內收攏或向外展開，并進行抓取物體。其它組成及連接關系與【具體實施方式】一相同。
[0017]【具體實施方式】三:結合圖2和圖3說明本實施方式，本實施方式所述可折展欠驅動自適應式捕獲裝置的每個所述手指機構包括欠驅動機構、根部指段組件16、中部指段組件17、頂部指段組件18、中部指段關節(jié)軸19、頂部指段關節(jié)軸20、欠驅動傳動支架21、第四同步帶輪22、第五同步帶輪23和第六同步帶輪24，根部指段組件16的一端通過中部指段關節(jié)軸19與中部指段組件17的一端連接，中部指段組件17的另一端通過頂部指段關節(jié)軸20與頂部指段組件18的一端連接，所述欠驅動機構通過欠驅動傳動支架21安裝在根部指段組件16的一端，第四同步帶輪22通過一對軸承支撐在中部指段關節(jié)軸19上，第五同步帶輪23并排套裝在中部指段關節(jié)軸19上，第六同步帶輪24套裝在頂部指段關節(jié)軸20上，第五同步帶輪23通過同步帶與第六同步帶輪24連接,所述欠驅動機構與第四同步帶輪22和第五同步帶輪23連接。
[0018]本實施方式的技術效果是:如此設置，其它組成及連接關系與【具體實施方式】一相同。
[0019]【具體實施方式】四:結合圖2和圖3說明本實施方式，本實施方式所述可折展欠驅動自適應式捕獲裝置的欠驅動機構包括兩個聯(lián)軸器25、兩個角度傳感器36、第一輸出軸26、第三齒輪27、第七同步帶輪28、第八同步帶輪29、第四齒輪30、第二輸出軸31、行星減速器組件32、第二減速器33、第二驅動電機34和壓板35,第一輸出軸26和第二輸出軸31并排平行安裝在欠驅動傳動機架21上，角度傳感器36本體通過壓板35安裝在欠驅動機架21上，兩個角度傳感器36的輸入軸通過兩個聯(lián)軸器25分別與第一輸出軸26和第二輸出軸31連接，第三齒輪27、第七同步帶輪28并排套裝在第一輸出軸26上，第八同步帶輪29和行星減速器組件32并排套裝在第二輸出軸31上，第四齒輪30套裝在行星減速器組件32的內圈外側，第三齒輪27與第四齒輪30嚙合，第七同步帶輪28通過同步帶與第五同步帶輪24連接，第八同步帶輪29通過同步帶與第四同步帶輪22連接,第二驅動電機34通過第二減速器33與第二輸出軸31連接。
[0020]本實施方式的技術效果是:如此設置，欠驅動機構用來驅動所在手指的中部和頂部指段。利用單輸入雙輸出的行星輪減速器作為傳動機構，行星輪減速器的太陽輪輸入，齒圈和行星架同時輸出。齒圈上的動力通過與一對齒輪副和三個同步帶輪傳動，將動力傳遞到頂端指段的關節(jié)軸上，同時行星架上的動力通過一對同步帶輪將動力傳遞到中部指段的關節(jié)軸上。欠驅動傳動機構中的電機經行星輪減速器將動力分成兩路，實現(xiàn)了中部指段和頂部指段的同步驅動。其它組成及連接關系與【具體實施方式】三相同。
[0021]【具體實施方式】五:結合圖4說明本實施方式，本實施方式所述可折展欠驅動自適應式捕獲裝置的第一輸出軸26的一端和中部指段關節(jié)軸19的一端分別設有阻尼裝置37。
[0022]本實施方式的技術效果是:如此設置，阻尼裝置包括橡膠摩擦片、阻尼壓環(huán)、彈簧、墊片和螺母。螺母與阻尼裝置所在的軸通過螺紋連接，通過改變螺母的旋入量，改變彈簧的壓縮量，從而改變橡膠摩擦片與欠驅動機構機架21或側板16-2之間的正壓力，在軸相對轉動時就能產生不同的阻尼力矩。若施加在頂部指段上的阻尼力矩小于施加在中部指段上的阻尼力矩，則在無負載情況下頂部指段總是先于中部指段開始運動，當頂部指段達到極限位置停止運動后，中部指段以相同的旋轉方向開始運動。手指的頂部指段和中部指段具有環(huán)境適應能力，當中部指段運動受到阻礙時，頂部指段繼續(xù)運動，抱緊目標物體；當頂部指段運動受到阻礙時，中部指段繼續(xù)運動，從而保證了頂部指段和中部指段能夠牢固地抱緊目標物體。因此該捕獲裝置對不同形狀的目標具有自適應能力。其它組成及連接關系與【具體實施方式】三相同。
[0023]【具體實施方式】六:結合圖2說明本實施方式，本實施方式所述可折展欠驅動自適應式捕獲裝置的根部指段組件16包括根部指段限位板16-1和兩個根部指段側板16-2，兩個根部指段側板16-2并排平行設置，根部指段限位板16-1設置在兩個根部指段側板16-2之間。其它組成及連接關系與【具體實施方式】三相同。
[0024]【具體實施方式】七:結合圖2說明本實施方式，本實施方式所述可折展欠驅動自適應式捕獲裝置的中部指段組件17包括中部指段限位板17-1和兩個中部指段側板17-2，兩個中部指段側板17-2并排平行設置，中部指段限位板17-1設置在兩個中部指段側板17-2之間。其它組成及連接關系與【具體實施方式】三相同。
[0025]【具體實施方式】八:結合圖2說明本實施方式，本實施方式所述可折展欠驅動自適應式捕獲裝置的頂部指段組件18包括兩個頂部指段限位板18-1和兩個頂部指段側板18-2，兩個頂部指段側板18-2并排平行設置，兩個頂部指段限位板18-1并排平行設置在兩個頂部指段側板18-2之間。其它組成及連接關系與【具體實施方式】三相同。
【權利要求】
1.可折展欠驅動自適應式捕獲裝置，其特征在于:所述可折展欠驅動自適應式捕獲裝置包括第一同步帶輪(I)、單指根部關節(jié)軸(2)、第一齒輪(3)、兩指根部共用關節(jié)軸(4)、基板(5)、驅動組件、第二同步帶輪(6)、第一傳動軸(7)、第一軸承座(8)和三個手指機構，基板(5)為長方形板體，單指根部關節(jié)軸(2)安裝在基板(5) —端上表面上，兩指根部共用關節(jié)軸(4)安裝在基板(5)另一端的上表面上，所述驅動組件安裝基板(5)的下表面上，第一傳動軸(7)通過第一軸承座(8)安裝在基板(5)的下表面上，且第一傳動軸(7)位于單指根部關節(jié)軸(2)的下方，第一同步帶輪(I)套裝在單指根部關節(jié)軸(2)上，第二同步帶輪(6)套裝在第一傳動軸(7)上，第一同步帶輪(I)通過同步帶與第二同步帶輪(6)連接，第一齒輪(3)套裝在兩指根部共用關節(jié)軸(4)的中部，第一齒輪(3)與所述驅動組件連接，所述驅動組件通過同步帶與第二同步帶輪(6)連接，單指根部關節(jié)軸(2)安裝一個所述手指機構，兩個所述手指機構并排平行安裝在兩指根部共用關節(jié)軸(4)上。
2.根據權利要求1所述可折展欠驅動自適應式捕獲裝置，其特征在于:所述驅動組件包括碼盤(9)、第一驅動電機(10)、第一減速器(11)、法蘭(12)、第三同步帶輪(13)、第二齒輪(14)和第二傳動軸(15)，碼盤(9)、第一驅動電機(10)、第一減速器(11)通過法蘭(12)安裝在基板(5)的下表面上，碼盤(9)與第一驅動電機(10)連接，第一驅動電機(10)的輸出軸通過第一減速器(11)與第二傳動軸(15)連接，第三同步帶輪(13)、第二齒輪(14)依次套裝在第二傳動軸(15)上，第二齒輪(14)與第一齒輪(3)嚙合，第三同步帶輪(13)通過同步帶與第二同步帶輪(6)連接。
3.根據權利要求1所述可折展欠驅動自適應式捕獲裝置，其特征在于:每個所述手指機構包括欠驅動機構、根部指段組件(16)、中部指段組件(17)、頂部指段組件(18)、中部指段關節(jié)軸(19)、頂部指段關節(jié)軸(20)、欠驅動傳動支架(21)、第四同步帶輪(22)、第五同步帶輪(23)和第六同步帶輪 (24)，根部指段組件(16)的一端通過中部指段關節(jié)軸(19)與中部指段組件(17)的一端連接，中部指段組件(17)的另一端通過頂部指段關節(jié)軸(20)與頂部指段組件(18)的一端連接，所述欠驅動機構通過欠驅動傳動支架(21)安裝在根部指段組件(16)的一端，第四同步帶輪(22)通過一對軸承支撐在中部指段關節(jié)軸(19)上，第五同步帶輪(23)并排套裝在中部指段關節(jié)軸(19)上，第六同步帶輪(24)套裝在頂部指段關節(jié)軸(20)上,第五同步帶輪(23)通過同步帶與第六同步帶輪(24)連接,所述欠驅動機構與第四同步帶輪(22)和第五同步帶輪(23)連接。
4.根據權利要求3所述可折展欠驅動自適應式捕獲裝置，其特征在于:所述欠驅動機構包括兩個聯(lián)軸器(25)、兩個角度傳感器(36)、第一輸出軸(26)、第三齒輪(27)、第七同步帶輪(28)、第八同步帶輪(29)、第四齒輪(30)、第二輸出軸(31)、行星減速器組件(32)、第二減速器(33)、第二驅動電機(34)和壓板(35),第一輸出軸(26)和第二輸出軸(31)并排平行安裝在欠驅動傳動機架(21)上，角度傳感器(36)本體通過壓板(35)安裝在欠驅動機架(21)上，兩個角度傳感器(36)的輸入軸通過兩個聯(lián)軸器(25)分別與第一輸出軸(26)和第二輸出軸(31)連接，第三齒輪(27)、第七同步帶輪(28)并排套裝在第一輸出軸(26)上，第八同步帶輪(29)和行星減速器組件(32)并排套裝在第二輸出軸(31)上，第四齒輪(30)套裝在行星減速器組件(32)的內圈外側，第三齒輪(27)與第四齒輪(30)嚙合，第七同步帶輪(28)通過同步帶與第五同步帶輪(24)連接,第八同步帶輪(29)通過同步帶與第四同步帶輪(22)連接，第二驅動電機(34)通過第二減速器(33)與第二輸出軸(31)連接。
5.根據權利要求4所述可折展欠驅動自適應式捕獲裝置，其特征在于:第一輸出軸(26)的一端和中部指段關節(jié)軸(19)的一端分別設有阻尼裝置(37)。
6.根據權利要求3所述可折展欠驅動自適應式捕獲裝置，其特征在于:根部指段組件(16)包括根部指段限位板(16-1)和兩個根部指段側板(16-2)，兩個根部指段側板(16-2)并排平行設置，根部指段限位板(16-1)設置在兩個根部指段側板(16-2)之間。
7.根據權利要求3所述可折展欠驅動自適應式捕獲裝置，其特征在于:中部指段組件(17)包括中部指段限位板(17-1)和兩個中部指段側板(17-2)，兩個中部指段側板(17-2)并排平行設置，中部指段限位板(17-1)設置在兩個中部指段側板(17-2)之間。
8.根據權利要求3所述可折展欠驅動自適應式捕獲裝置，其特征在于:頂部指段組件(18)包括兩個頂部指段限位板(18-1)和兩個頂部指段側板(18-2)，兩個頂部指段側板(18-2)并排平行設置，兩個頂部指段限位板(18-1)并排平行設置在兩個頂部指段側板(18-2)之間。
【文檔編號】B25J15/10GK103934829SQ201410160625
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月21日 優(yōu)先權日:2014年4月21日
【發(fā)明者】劉榮強, 郭宏偉, 夏艷, 鄧宗全 申請人:哈爾濱工業(yè)大學