一種剛?cè)峤Y(jié)合的小行星表面作業(yè)輔助機(jī)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了剛?cè)峤Y(jié)合的小行星表面作業(yè)輔助機(jī)構(gòu)，包括機(jī)架、設(shè)置在機(jī)架上的伸縮裝置以及使伸縮裝置實(shí)現(xiàn)伸縮運(yùn)動的驅(qū)動裝置，伸縮裝置包括剛性伸縮機(jī)構(gòu)和柔性伸縮機(jī)構(gòu)，剛性伸縮機(jī)構(gòu)為伸縮套筒機(jī)構(gòu)，該伸縮套筒機(jī)構(gòu)包括固定套筒和至少一個設(shè)置在固定套筒內(nèi)的活動套筒；柔性伸縮機(jī)構(gòu)為卷簧機(jī)構(gòu)；驅(qū)動裝置包括驅(qū)動電機(jī)以及通過驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動的驅(qū)動鏈輪，在卷簧中部設(shè)置有驅(qū)動孔，該驅(qū)動孔與驅(qū)動鏈輪的鏈齒配合，在機(jī)架上還設(shè)置有用于預(yù)緊和支撐的由一對軸承構(gòu)成的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，卷簧從所述一對軸承的中間穿過。本發(fā)明結(jié)合剛性機(jī)構(gòu)強(qiáng)度大和柔性機(jī)構(gòu)易伸縮的優(yōu)點(diǎn)，有效降低了單純剛性機(jī)構(gòu)的大體積和高復(fù)雜度，以及柔性機(jī)構(gòu)強(qiáng)度低的難題。
【專利說明】一種剛?cè)峤Y(jié)合的小行星表面作業(yè)輔助機(jī)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)械學(xué)、機(jī)器人技術(shù)、外星球探測、小行星探測，特別涉及一種剛?cè)峤Y(jié)合的小行星表面作業(yè)輔助機(jī)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]小行星表面的物質(zhì)成分含有太陽系形成的證據(jù)，以及地球生命起源的秘密，因此具有很重要的科學(xué)研究價值；小行星表面還有大量純度極高的稀有金屬，甚至含有維持生命重要的物質(zhì)水，其可以用于深空探測中航天員生命保障系統(tǒng)的補(bǔ)給等；一些近地小行星還有撞擊地球的風(fēng)險，引起了許多國家的廣泛關(guān)注。小行星研究的科學(xué)價值、資源經(jīng)濟(jì)價值，以及其可能毀滅人類文明的風(fēng)險使得美國、日本、俄羅斯、歐盟、中國等國家已經(jīng)開始了許多觀測和深入研究的項(xiàng)目。小行星表面著陸、采樣和返回探測目前是研究的熱點(diǎn)，而且面臨很多難題，其中小行星表面微重力環(huán)境下的行走和作業(yè)是一個難點(diǎn)，缺乏合適的輔助機(jī)構(gòu)幫助機(jī)器人或航天員在小行星表面運(yùn)動并完成作業(yè)和返回任務(wù)。
[0003]本發(fā)明專利提出將多節(jié)可伸縮套筒的抗彎高強(qiáng)度和可伸縮柔性卷簧機(jī)構(gòu)的體積小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)一種新型的剛?cè)峤Y(jié)合的小行星表面作業(yè)輔助機(jī)構(gòu)，可以克服多節(jié)套筒獨(dú)立伸縮驅(qū)動的復(fù)雜度和系統(tǒng)質(zhì)量，以及柔性卷簧機(jī)構(gòu)剛度低的問題。本發(fā)明剛?cè)峤Y(jié)合的作業(yè)輔助機(jī)構(gòu)可有效增大機(jī)器人或航天員在小行星表面作業(yè)的范圍，并可用于對系統(tǒng)質(zhì)量、復(fù)雜度、剛度要求等嚴(yán)格的多種場合中。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問題本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，克服單純多節(jié)套筒伸縮機(jī)構(gòu)驅(qū)動機(jī)構(gòu)復(fù)雜、體積和質(zhì)量大的問題，以及單純?nèi)嵝陨炜s機(jī)構(gòu)剛度低的問題，設(shè)計剛?cè)峤Y(jié)合的小行星表面作業(yè)輔助機(jī)構(gòu)。
[0005]技術(shù)方案本發(fā)明的技術(shù)方案為:
一種剛?cè)峤Y(jié)合的小行星表面作業(yè)輔助機(jī)構(gòu)，包括機(jī)架、設(shè)置在機(jī)架上的伸縮裝置以及使所述伸縮裝置實(shí)現(xiàn)伸縮運(yùn)動的驅(qū)動裝置，其特征在于:所述的伸縮裝置包括剛性伸縮機(jī)構(gòu)和柔性伸縮機(jī)構(gòu)，所述的剛性伸縮機(jī)構(gòu)為伸縮套筒機(jī)構(gòu)，該伸縮套筒機(jī)構(gòu)包括固定套筒和至少一個設(shè)置在固定套筒內(nèi)的活動套筒；所述的柔性伸縮機(jī)構(gòu)為卷簧機(jī)構(gòu)，該卷簧機(jī)構(gòu)包括卷簧軸以及一端固定在所述卷簧軸上的卷簧，所述的固定套筒固定在所述的機(jī)架上，所述卷簧的另一端固定在所述伸縮套筒機(jī)構(gòu)的最內(nèi)的活動套筒上；所述的驅(qū)動裝置包括驅(qū)動電機(jī)以及通過所述驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動的驅(qū)動鏈輪，在所述的卷簧中部設(shè)置有驅(qū)動孔，該驅(qū)動孔與所述驅(qū)動鏈輪的鏈齒配合，在所述的機(jī)架上還設(shè)置有用于預(yù)緊和支撐的由一對軸承構(gòu)成的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，所述的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)位于所述驅(qū)動鏈輪的上方和下方，所述的卷簧從所述一對軸承的中間穿過。
[0006]所述的卷簧機(jī)構(gòu)為兩個，所述的驅(qū)動鏈輪為兩個，所述的驅(qū)動機(jī)構(gòu)還包括一主動齒輪和一從動齒輪，所述的主動齒輪固定在所述驅(qū)動電機(jī)的輸出軸上，所述的從動齒輪與所述的主動齒輪嚙合，所述的兩個驅(qū)動鏈輪分別固定在所述的主動齒輪和從動齒輪上，所述兩個驅(qū)動鏈輪分別驅(qū)動一個所述卷簧機(jī)構(gòu)的卷簧。
[0007]所述的機(jī)架為內(nèi)部中空，上端面開口的長方體腔體，所述的剛性伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)置在腔體的下端，所述的柔性伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)置在腔體的上端，所述的驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)置在腔體內(nèi)。
[0008]本發(fā)明剛?cè)峤Y(jié)合的小行星表面作業(yè)輔助機(jī)構(gòu)工作過程為:驅(qū)動電機(jī)正轉(zhuǎn)驅(qū)動主動齒輪和從動齒輪同步轉(zhuǎn)動，從而帶動兩個驅(qū)動鏈輪驅(qū)動兩個卷簧機(jī)構(gòu)的卷簧伸展，兩個卷簧機(jī)構(gòu)的同步伸展驅(qū)動剛性伸縮機(jī)構(gòu)伸展，從而完成作業(yè)輔助機(jī)構(gòu)的自展開，驅(qū)動電機(jī)反轉(zhuǎn)可以驅(qū)動剛性伸縮機(jī)構(gòu)的自收縮功能。
[0009]采用本發(fā)明的技術(shù)方案將有以下的有益效果:
(I)本發(fā)明采用驅(qū)動電機(jī)帶動卷簧上下運(yùn)動，通過卷簧的運(yùn)動牽引剛性伸縮機(jī)構(gòu)的伸縮，同時，柔性伸縮機(jī)構(gòu)的卷簧也起到了彈性支撐和緩沖作用，使得本發(fā)明具有了抗彎強(qiáng)度大、易伸縮、體積質(zhì)量小、復(fù)雜度低等優(yōu)點(diǎn)，有效解決了單純剛性展開機(jī)構(gòu)的體積大和復(fù)雜度高的問題，以及柔性展開機(jī)構(gòu)抗彎強(qiáng)度低的難題。
[0010](2)本發(fā)明所設(shè)計剛?cè)峤Y(jié)合的小行星表面作業(yè)輔助機(jī)構(gòu)，可以擴(kuò)大機(jī)器人和航天員的行走和作業(yè)范圍，并提供其作業(yè)所需要的支撐力，本發(fā)明作業(yè)輔助機(jī)構(gòu)也可以廣泛應(yīng)用于各種對系統(tǒng)質(zhì)量、體積、復(fù)雜度等要求較高的場合。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖一。
[0012]圖2是本發(fā)明實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖二。
[0013]圖3是本發(fā)明實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)俯視圖。
[0014]圖4是本發(fā)明實(shí)施例的機(jī)架三視圖。
[0015]圖5是本發(fā)明實(shí)施例的剛性伸縮機(jī)構(gòu)示意圖。
[0016]圖6是本發(fā)明實(shí)施例的柔性伸縮機(jī)構(gòu)透視示意圖一。
[0017]圖7是本發(fā)明實(shí)施例的柔性伸縮機(jī)構(gòu)示意圖二。
[0018]圖8是本發(fā)明實(shí)施例的柔性伸縮機(jī)構(gòu)剖視圖。
[0019]圖9是本發(fā)明實(shí)施例的驅(qū)動機(jī)構(gòu)三視圖。
[0020]圖10是本發(fā)明實(shí)施例的驅(qū)動機(jī)構(gòu)俯視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的工作原理和工作過程作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0022]實(shí)施例:參照圖1、圖2、圖3和圖4，一種剛?cè)峤Y(jié)合的小行星表面作業(yè)輔助機(jī)構(gòu)由機(jī)架1、伸縮裝置和驅(qū)動機(jī)構(gòu)4組成。其中伸縮裝置包括剛性伸縮機(jī)構(gòu)2和柔性伸縮機(jī)構(gòu)
3。機(jī)架I為內(nèi)部中空，上端面開口的長方體腔體，其上設(shè)置有用于安裝剛性伸縮機(jī)構(gòu)2、柔性伸縮機(jī)構(gòu)3和驅(qū)動機(jī)構(gòu)4的螺紋孔、軸孔，以及柔性伸縮機(jī)構(gòu)3伸縮運(yùn)動的槽孔。
[0023]參照圖1、圖3和圖5，剛性伸縮機(jī)構(gòu)2包括固定套筒和至少一個活動套筒，在本實(shí)施例中，伸縮套筒機(jī)構(gòu)包括由第一套筒2-1形成的固定套筒，和第二套筒2-2、第三套筒2-3和第四套筒2-4形成的活動套筒，第一套筒2-1后端通過螺絲孔固接在機(jī)架I下端面上，第二套筒2-2后端與第一套筒2-1前端套接，第三套筒2-3后端與第二套筒2-2前端套接，第四套筒2-4后端與第三套筒2-3前端套接，第四套筒2-4第三套筒2-3中伸展出來和收縮進(jìn)去，第三套筒2-3第二套筒2-2中伸展出來和收縮進(jìn)去，第二套筒2-2第一套筒2-1中伸展出來和收縮進(jìn)去，因此四根套筒可以依次伸出使機(jī)構(gòu)伸展開來，也可以依次收回使機(jī)構(gòu)收縮起來。
[0024]參照圖1、圖2、圖6、圖7和圖8，柔性伸縮機(jī)構(gòu)3為卷簧機(jī)構(gòu)，包括左卷簧盒3_1、左卷簧軸3-2、左卷簧3-3、右卷簧盒3-4、右卷簧軸3-5和右卷簧3-6,左卷簧盒3_1通過螺絲固定在機(jī)架左上部表面，左卷簧軸3-2固定在左卷簧盒3-1內(nèi)部前后壁的中間位置，左卷簧3-3 —端固定在左卷簧軸3-2上，并在左卷簧軸3-2上卷繞，左卷簧3-3另一端伸出左卷簧盒3-1下端面的槽孔并從四根套筒中間偏左穿過，固定在第四套筒2-4前端面上，左卷簧
3-3中間位置設(shè)置有一排驅(qū)動孔，用于驅(qū)動左卷簧3-3的伸展和收縮，右卷簧盒3-4通過螺絲固定在機(jī)架右上部表面，右卷簧軸3-5固定在所述的右卷簧盒3-4內(nèi)部前后壁的中間位置，右卷簧3-6 —端固定在右卷簧軸3-5上，并在右卷簧軸3-5上卷繞，右卷簧3-6另一端伸出右卷簧盒3-4下端面的槽孔并從四根套筒中間偏右穿過，固定在第四套筒2-4前端面上，右卷簧3-6中間位置也設(shè)置有一排驅(qū)動孔，用于驅(qū)動右卷簧3-6的伸展和收縮。
[0025]參照圖1、圖2、圖3、圖7、圖8、圖9和圖10，驅(qū)動機(jī)4包括驅(qū)動電機(jī)4_1、左齒輪
4-2、左鏈輪4-3、左一軸承軸4-4、左二軸承軸4-5、左三軸承軸4_6、左四軸承軸4_7、左一軸承4-8、左二軸承4-9、左三軸承4-10、左四軸承4-11、右齒輪軸4_12、右齒輪4_13、右鏈輪4-14、右一軸承軸4-15、右二軸承軸4-16、右三軸承軸4_17、右四軸承軸4_18、右一軸承4-19、右二軸承4-20、右三軸承4-21和右四軸承4_22，驅(qū)動電機(jī)4_1固定在機(jī)架I后端面外側(cè)面上，電機(jī)軸深入到機(jī)架腔體內(nèi)部，并從機(jī)架I前端面伸出，左齒輪4-2和左鏈輪4-3依次固定在驅(qū)動電機(jī)輸出軸上，并位于機(jī)架腔體內(nèi)部，左鏈輪4-3與左卷簧3-3哨合,用于驅(qū)動左卷簧3-3的伸展收縮，左一軸承軸4-4和左二軸承軸4-5安裝在機(jī)架I前后端面之間靠上部位置，左三軸承軸4-6和左四軸承軸4-7安裝在機(jī)架I前后端面之間靠下部位置，左一軸承4-8和左二軸承4-9分別安裝在左一軸承軸4-4和左二軸承軸4-5上，左一軸承4-8和左二軸承4-9之間留有空隙，左三軸承4-10和左四軸承4-11分別安裝在左三軸承軸4-6和左四軸承軸4-7上，左三軸承4-10和左四軸承4-11之間也留有空隙，左卷簧3_3穿過所述的左一軸承4-8和左二軸承4-9之間的空隙，并穿過左三軸承4-10和左四軸承4-11之間的空隙，左一軸承4-8、左二軸承4-9、左三軸承4-10和左四軸承4-11為所述的左卷簧
3-3的伸縮運(yùn)動提供預(yù)緊和支撐作用，右齒輪軸4-12安裝在機(jī)架I前后端面之間，可以相對機(jī)架I轉(zhuǎn)動，右齒輪4-13固定在右齒輪軸上，并與左齒輪4-2嚙合，右鏈輪4-14固定在右齒輪軸4-12上，與左鏈輪4-3左右對稱設(shè)置，并與右卷簧3-6嚙合，驅(qū)動其實(shí)現(xiàn)伸縮運(yùn)動，右一軸承軸4-15、右二軸承軸4-16、右三軸承軸4-17、右四軸承軸4_18、右一軸承4_19、右二軸承4-20、右三軸承4-21和右四軸承4-22與所述的左一軸承軸4_4、左二軸承軸4_5、左三軸承軸4-6、左四軸承軸4-7、左一軸承4-8、左二軸承4-9、左三軸承4_10和左四軸承
4-11在機(jī)架I左右對稱設(shè)置，用于提供右卷簧3-6伸縮運(yùn)動的預(yù)緊和支撐力。
[0026]參照圖1、圖2、圖3、圖9、圖10，剛?cè)峤Y(jié)合的小行星表面作業(yè)輔助機(jī)構(gòu)工作過程為:驅(qū)動電機(jī)4-1正轉(zhuǎn)驅(qū)動左齒輪4-2和左鏈輪4-3同步轉(zhuǎn)動，左鏈輪4-3驅(qū)動左卷簧3_3伸展，右齒輪4-13與左齒輪4-2同步反轉(zhuǎn)，右鏈輪4-14與右齒輪4_13同步轉(zhuǎn)動，帶動右卷簧3-6伸展，左卷簧3-3和右卷簧3-6的同步伸展驅(qū)動剛性伸縮機(jī)構(gòu)2的伸展，從而完成作業(yè)輔助機(jī)構(gòu)的自展開，驅(qū)動電機(jī)4-1反轉(zhuǎn)可以驅(qū)動作業(yè)輔助機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自收縮功能。
【權(quán)利要求】
1.一種剛?cè)峤Y(jié)合的小行星表面作業(yè)輔助機(jī)構(gòu)，包括機(jī)架、設(shè)置在機(jī)架上的伸縮裝置以及使所述伸縮裝置實(shí)現(xiàn)伸縮運(yùn)動的驅(qū)動裝置，其特征在于:所述的伸縮裝置包括剛性伸縮機(jī)構(gòu)和柔性伸縮機(jī)構(gòu)，所述的剛性伸縮機(jī)構(gòu)為伸縮套筒機(jī)構(gòu)，該伸縮套筒機(jī)構(gòu)包括固定套筒和至少一個設(shè)置在固定套筒內(nèi)的活動套筒；所述的柔性伸縮機(jī)構(gòu)為卷簧機(jī)構(gòu)，該卷簧機(jī)構(gòu)包括卷簧軸以及一端固定在所述卷簧軸上的卷簧，所述的固定套筒固定在所述的機(jī)架上，所述卷簧的另一端固定在所述伸縮套筒機(jī)構(gòu)的最內(nèi)的活動套筒上；所述的驅(qū)動裝置包括驅(qū)動電機(jī)以及通過所述驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動的驅(qū)動鏈輪，在所述的卷簧中部設(shè)置有驅(qū)動孔，該驅(qū)動孔與所述驅(qū)動鏈輪的鏈齒配合，在所述的機(jī)架上還設(shè)置有用于預(yù)緊和支撐的由一對軸承構(gòu)成的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，所述的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)位于所述驅(qū)動鏈輪的上方和下方，所述的卷簧從所述一對軸承的中間穿過。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的剛?cè)峤Y(jié)合的小行星表面作業(yè)輔助機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述的卷簧機(jī)構(gòu)為兩個，所述的驅(qū)動鏈輪為兩個，所述的驅(qū)動機(jī)構(gòu)還包括一主動齒輪和一從動齒輪，所述的主動齒輪固定在所述驅(qū)動電機(jī)的輸出軸上，所述的從動齒輪與所述的主動齒輪嚙合，所述的兩個驅(qū)動鏈輪分別固定在所述的主動齒輪和從動齒輪上，所述兩個驅(qū)動鏈輪分別驅(qū)動一個所述卷簧機(jī)構(gòu)的卷簧。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的剛?cè)峤Y(jié)合的小行星表面作業(yè)輔助機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述的機(jī)架為內(nèi)部中空，上端面開口的長方體腔體，所述的剛性伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)置在腔體的下端，所述的柔性伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)置在腔體的上端，所述的驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)置在腔體內(nèi)。
【文檔編號】B64G1/16GK104276291SQ201410570649
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月23日
【發(fā)明者】宋愛國, 張軍, 李松, 盧偉 申請人:東南大學(xué)