CN103934829A - 可折展欠驱动自适应式捕获装置 - Google Patents
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Abstract
可折展欠驱动自适应式捕获装置，它涉及一种捕获装置，具体涉及一种可折展欠驱动自适应式捕获装置。本发明为了解决现有空间机器人质量较大、驱动电机数量较多、结构复杂、可靠性较差的问题。本发明的单指根部关节轴安装在基板一端上表面上，两指根部共用关节轴安装在基板另一端的上表面上，所述驱动组件安装基板的下表面上，第一传动轴通过第一轴承座安装在基板的下表面上，第一同步带轮套装在单指根部关节轴上，第二同步带轮套装在第一传动轴上，第一同步带轮通过同步带与第二同步带轮连接，第一齿轮套装在两指根部共用关节轴的中部，第一齿轮与所述驱动组件连接。本发明用于航空航天领域。
Description
可折展欠驱动自适应式捕获装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种捕获装置，具体涉及一种可折展欠驱动自适应式捕获装置，属于航空航天领域。
背景技术
[0002] 随着航天技术的发展，太空竞争愈加激烈，越来越多的航天器被发射到太空执行各种任务。当航天器自身携带的燃料用尽或者功能单元老化失效，就会导致航天器使用寿命终结。如何提高航天器在太空轨道的生存能力，增强其控制效能是未来航天器在轨服务的难点和热点问题。远程控制和网络通信技术的发展为解决上述问题提供了可能。空间飞行器可以借助遥控操作技术提供各种在轨服务，包括在轨航天器的捕获、加注和维修更换等操作，达到延长在轨航天器的服务寿命，提高其灵活执行多种空间任务的目的。这种操作手段对于提高空间应用效率，降低系统成本都大有好处。因而从长期发展角度来看，面向在轨服务的遥控操作技术将成为我国未来探索与控制太空必不可少的一项应用技术。
[0003] 卫星捕获是在轨操纵技术中不可缺少的关键技术，近年来引起世界各国的重视，如美国国防高级研究项目局的“前端机器人系统”包含三个七自由度的机械手和视觉系统，能够对目标卫星进行抓取、滚转等操作，以便对部件进行更换和在轨维修。德国的“轨道服务任务系统”能够捕获合作目标和非合作目标，并进行离轨机动或清理碎片等任务。加拿大的“太空技术设施服务飞行器”可执行天线维修、碎片捕获等任务。目前进行空间捕获采用的机器人系统，虽然具有智能化程度高、对作业任务适应能力强等优点，但是一般系统机构复杂，每个关节均为主动驱动关节，导致电机数量多、重量大，协调控制难度大，对于抓取非合作目标更是难以实现。另一方面，空间环境条件极为恶劣，高真空、大温差和强辐射环境容易引起机电系统故障，一般来说电机数量越多，系统越复杂，其可靠性越低，而过多的电机数量带来质量的增加和能源动力的巨大消耗，导致发射成本增加，影响有效载荷能力的发挥，因此空间机器人要求具有质量轻、驱动电机数量少、结构简单、可靠性高等优点。
发明内容
[0004] 本发明为解决现有空间机器人质量较大、驱动电机数量较多、结构复杂、可靠性较差的问题，进而提出可折展欠驱动自适应式捕获装置。
[0005] 本发明为解决上述问题采取的技术方案是:本发明包括第一同步带轮、单指根部关节轴、第一齿轮、两指根部共用关节轴、基板、驱动组件、第二同步带轮、第一传动轴、第一轴承座和三个手指机构，基板为长方形板体，单指根部关节轴安装在基板一端上表面上，两指根部共用关节轴安装在基板另一端的上表面上，所述驱动组件安装基板的下表面上，第一传动轴通过第一轴承座安装在基板的下表面上，且第一传动轴位于单指根部关节轴的下方，第一同步带轮套装在单指根部关节轴上，第二同步带轮套装在第一传动轴上，第一同步带轮通过同步带与第二同步带轮连接，第一齿轮套装在两指根部共用关节轴的中部，第一齿轮与所述驱动组件连接，所述驱动组件通过同步带与第二同步带轮连接，单指根部关节轴安装一个所述手指机构，两个所述手指机构并排平行安装在两指根部共用关节轴上。
[0006] 本发明的有益效果是:1.本发明的三关节手指机构结构相同，具有互换性，可实现模块化生产，降低制造成本和难度。
[0007] 2.本发明采用了欠驱动机构，减少了电机数量，控制系统简单，实现了欠驱动机构的可控设计，对目标外形具有自适应性，能够适应非合作目标的抓取任务。
[0008] 3.本发明结构简单，可靠性高，能够重复动作，无需检测抓取目标的准确位置。
[0009] 4.本发明采用可调节的关节阻尼装置，能够通过调节关节阻尼，改变手指中部和顶部两个指段的先后驱动顺序，从而改变抓取策略。
[0010] 5.本发明能够折叠展开，收拢体积小、收拢刚度大，便于运输、可节省发射火箭上有效载荷空间。
[0011] 6.本发明所有结构都是由航天常用材料加工制造，材料资源丰富，加工工艺成熟，便于所述机构的技术实施。
[0012] 7.本发明也满足其他抓取任务的基本要求，便于展开技术的推广。
附图说明
[0013] 图1是本发明的整体结构示意图，图2是手指机构的结构示意图，图3是欠驱动机构的结构示意图，图4是本发明三个手指收起时的结构示意图，图5是本发明抓取圆柱体的结构示意图，图6是本发明抓取长方体的结构示意图。
具体实施方式
[0014] 具体实施方式一:结合图1和图4说明本实施方式，本实施方式所述可折展欠驱动自适应式捕获装置包括第一同步带轮1、单指根部关节轴2、第一齿轮3、两指根部共用关节轴4、基板5、驱动组件、第二同步带轮6、第一传动轴7、第一轴承座8和三个手指机构，基板5为长方形板体，单指根部关节轴2安装在基板5 —端上表面上，两指根部共用关节轴4安装在基板5另一端的上表面上，所述驱动组件安装基板5的下表面上，第一传动轴7通过第一轴承座8安装在基板5的下表面上，且第一传动轴7位于单指根部关节轴2的下方，第一同步带轮I套装在单指根部关节轴2上，第二同步带轮6套装在第一传动轴7上，第一同步带轮I通过同步带与第二同步带轮6连接，第一齿轮3套装在两指根部共用关节轴4的中部，第一齿轮3与所述驱动组件连接，所述驱动组件通过同步带与第二同步带轮6连接，单指根部关节轴2安装一个所述手指机构，两个所述手指机构并排平行安装在两指根部共用关节轴4上。
[0015] 具体实施方式二:结合图4说明本实施方式，本实施方式所述可折展欠驱动自适应式捕获装置的驱动组件包括码盘9、第一驱动电机10、第一减速器11、法兰12、第三同步带轮13、第二齿轮14和第二传动轴15，码盘9、第一驱动电机10、第一减速器11通过法兰12安装在基板5的下表面上,码盘9与第一驱动电机10连接,第一驱动电机10的输出轴通过第一减速器11与第二传动轴15连接，第三同步带轮13、第二齿轮14依次套装在第二传动轴15上，第二齿轮14与第一齿轮3啮合，第三同步带轮13通过同步带与第二同步带轮6连接。
[0016] 本实施方式的技术效果是:如此设置，通过第一驱动电机10可实现三个手指机构根部指段的同步向内收拢或向外展开，并进行抓取物体。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
[0017] 具体实施方式三:结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式所述可折展欠驱动自适应式捕获装置的每个所述手指机构包括欠驱动机构、根部指段组件16、中部指段组件17、顶部指段组件18、中部指段关节轴19、顶部指段关节轴20、欠驱动传动支架21、第四同步带轮22、第五同步带轮23和第六同步带轮24，根部指段组件16的一端通过中部指段关节轴19与中部指段组件17的一端连接，中部指段组件17的另一端通过顶部指段关节轴20与顶部指段组件18的一端连接，所述欠驱动机构通过欠驱动传动支架21安装在根部指段组件16的一端，第四同步带轮22通过一对轴承支撑在中部指段关节轴19上，第五同步带轮23并排套装在中部指段关节轴19上，第六同步带轮24套装在顶部指段关节轴20上，第五同步带轮23通过同步带与第六同步带轮24连接,所述欠驱动机构与第四同步带轮22和第五同步带轮23连接。
[0018] 本实施方式的技术效果是:如此设置，其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
[0019] 具体实施方式四:结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式所述可折展欠驱动自适应式捕获装置的欠驱动机构包括两个联轴器25、两个角度传感器36、第一输出轴26、第三齿轮27、第七同步带轮28、第八同步带轮29、第四齿轮30、第二输出轴31、行星减速器组件32、第二减速器33、第二驱动电机34和压板35,第一输出轴26和第二输出轴31并排平行安装在欠驱动传动机架21上，角度传感器36本体通过压板35安装在欠驱动机架21上，两个角度传感器36的输入轴通过两个联轴器25分别与第一输出轴26和第二输出轴31连接，第三齿轮27、第七同步带轮28并排套装在第一输出轴26上，第八同步带轮29和行星减速器组件32并排套装在第二输出轴31上，第四齿轮30套装在行星减速器组件32的内圈外侧，第三齿轮27与第四齿轮30啮合，第七同步带轮28通过同步带与第五同步带轮24连接，第八同步带轮29通过同步带与第四同步带轮22连接,第二驱动电机34通过第二减速器33与第二输出轴31连接。
[0020] 本实施方式的技术效果是:如此设置，欠驱动机构用来驱动所在手指的中部和顶部指段。利用单输入双输出的行星轮减速器作为传动机构，行星轮减速器的太阳轮输入，齿圈和行星架同时输出。齿圈上的动力通过与一对齿轮副和三个同步带轮传动，将动力传递到顶端指段的关节轴上，同时行星架上的动力通过一对同步带轮将动力传递到中部指段的关节轴上。欠驱动传动机构中的电机经行星轮减速器将动力分成两路，实现了中部指段和顶部指段的同步驱动。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。
[0021] 具体实施方式五:结合图4说明本实施方式，本实施方式所述可折展欠驱动自适应式捕获装置的第一输出轴26的一端和中部指段关节轴19的一端分别设有阻尼装置37。
[0022] 本实施方式的技术效果是:如此设置，阻尼装置包括橡胶摩擦片、阻尼压环、弹簧、垫片和螺母。螺母与阻尼装置所在的轴通过螺纹连接，通过改变螺母的旋入量，改变弹簧的压缩量，从而改变橡胶摩擦片与欠驱动机构机架21或侧板16-2之间的正压力，在轴相对转动时就能产生不同的阻尼力矩。若施加在顶部指段上的阻尼力矩小于施加在中部指段上的阻尼力矩，则在无负载情况下顶部指段总是先于中部指段开始运动，当顶部指段达到极限位置停止运动后，中部指段以相同的旋转方向开始运动。手指的顶部指段和中部指段具有环境适应能力，当中部指段运动受到阻碍时，顶部指段继续运动，抱紧目标物体；当顶部指段运动受到阻碍时，中部指段继续运动，从而保证了顶部指段和中部指段能够牢固地抱紧目标物体。因此该捕获装置对不同形状的目标具有自适应能力。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。
[0023] 具体实施方式六:结合图2说明本实施方式，本实施方式所述可折展欠驱动自适应式捕获装置的根部指段组件16包括根部指段限位板16-1和两个根部指段侧板16-2，两个根部指段侧板16-2并排平行设置，根部指段限位板16-1设置在两个根部指段侧板16-2之间。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。
[0024] 具体实施方式七:结合图2说明本实施方式，本实施方式所述可折展欠驱动自适应式捕获装置的中部指段组件17包括中部指段限位板17-1和两个中部指段侧板17-2，两个中部指段侧板17-2并排平行设置，中部指段限位板17-1设置在两个中部指段侧板17-2之间。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。
[0025] 具体实施方式八:结合图2说明本实施方式，本实施方式所述可折展欠驱动自适应式捕获装置的顶部指段组件18包括两个顶部指段限位板18-1和两个顶部指段侧板18-2，两个顶部指段侧板18-2并排平行设置，两个顶部指段限位板18-1并排平行设置在两个顶部指段侧板18-2之间。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。
Claims (8)
1.可折展欠驱动自适应式捕获装置，其特征在于:所述可折展欠驱动自适应式捕获装置包括第一同步带轮(I)、单指根部关节轴(2)、第一齿轮(3)、两指根部共用关节轴(4)、基板(5)、驱动组件、第二同步带轮(6)、第一传动轴(7)、第一轴承座(8)和三个手指机构，基板(5)为长方形板体，单指根部关节轴(2)安装在基板(5) —端上表面上，两指根部共用关节轴(4)安装在基板(5)另一端的上表面上，所述驱动组件安装基板(5)的下表面上，第一传动轴(7)通过第一轴承座(8)安装在基板(5)的下表面上，且第一传动轴(7)位于单指根部关节轴(2)的下方，第一同步带轮(I)套装在单指根部关节轴(2)上，第二同步带轮(6)套装在第一传动轴(7)上，第一同步带轮(I)通过同步带与第二同步带轮(6)连接，第一齿轮(3)套装在两指根部共用关节轴(4)的中部，第一齿轮(3)与所述驱动组件连接，所述驱动组件通过同步带与第二同步带轮(6)连接，单指根部关节轴(2)安装一个所述手指机构，两个所述手指机构并排平行安装在两指根部共用关节轴(4)上。
2.根据权利要求1所述可折展欠驱动自适应式捕获装置，其特征在于:所述驱动组件包括码盘(9)、第一驱动电机(10)、第一减速器(11)、法兰(12)、第三同步带轮(13)、第二齿轮(14)和第二传动轴(15)，码盘(9)、第一驱动电机(10)、第一减速器(11)通过法兰(12)安装在基板(5)的下表面上，码盘(9)与第一驱动电机(10)连接，第一驱动电机(10)的输出轴通过第一减速器(11)与第二传动轴(15)连接，第三同步带轮(13)、第二齿轮(14)依次套装在第二传动轴(15)上，第二齿轮(14)与第一齿轮(3)啮合，第三同步带轮(13)通过同步带与第二同步带轮(6)连接。
3.根据权利要求1所述可折展欠驱动自适应式捕获装置，其特征在于:每个所述手指机构包括欠驱动机构、根部指段组件(16)、中部指段组件(17)、顶部指段组件(18)、中部指段关节轴(19)、顶部指段关节轴(20)、欠驱动传动支架(21)、第四同步带轮(22)、第五同步带轮(23)和第六同步带轮 (24)，根部指段组件(16)的一端通过中部指段关节轴(19)与中部指段组件(17)的一端连接，中部指段组件(17)的另一端通过顶部指段关节轴(20)与顶部指段组件(18)的一端连接，所述欠驱动机构通过欠驱动传动支架(21)安装在根部指段组件(16)的一端，第四同步带轮(22)通过一对轴承支撑在中部指段关节轴(19)上，第五同步带轮(23)并排套装在中部指段关节轴(19)上，第六同步带轮(24)套装在顶部指段关节轴(20)上,第五同步带轮(23)通过同步带与第六同步带轮(24)连接,所述欠驱动机构与第四同步带轮(22)和第五同步带轮(23)连接。
4.根据权利要求3所述可折展欠驱动自适应式捕获装置，其特征在于:所述欠驱动机构包括两个联轴器(25)、两个角度传感器(36)、第一输出轴(26)、第三齿轮(27)、第七同步带轮(28)、第八同步带轮(29)、第四齿轮(30)、第二输出轴(31)、行星减速器组件(32)、第二减速器(33)、第二驱动电机(34)和压板(35),第一输出轴(26)和第二输出轴(31)并排平行安装在欠驱动传动机架(21)上，角度传感器(36)本体通过压板(35)安装在欠驱动机架(21)上，两个角度传感器(36)的输入轴通过两个联轴器(25)分别与第一输出轴(26)和第二输出轴(31)连接，第三齿轮(27)、第七同步带轮(28)并排套装在第一输出轴(26)上，第八同步带轮(29)和行星减速器组件(32)并排套装在第二输出轴(31)上，第四齿轮(30)套装在行星减速器组件(32)的内圈外侧，第三齿轮(27)与第四齿轮(30)啮合，第七同步带轮(28)通过同步带与第五同步带轮(24)连接,第八同步带轮(29)通过同步带与第四同步带轮(22)连接，第二驱动电机(34)通过第二减速器(33)与第二输出轴(31)连接。
5.根据权利要求4所述可折展欠驱动自适应式捕获装置，其特征在于:第一输出轴(26)的一端和中部指段关节轴(19)的一端分别设有阻尼装置(37)。
6.根据权利要求3所述可折展欠驱动自适应式捕获装置，其特征在于:根部指段组件(16)包括根部指段限位板(16-1)和两个根部指段侧板(16-2)，两个根部指段侧板(16-2)并排平行设置，根部指段限位板(16-1)设置在两个根部指段侧板(16-2)之间。
7.根据权利要求3所述可折展欠驱动自适应式捕获装置，其特征在于:中部指段组件(17)包括中部指段限位板(17-1)和两个中部指段侧板(17-2)，两个中部指段侧板(17-2)并排平行设置，中部指段限位板(17-1)设置在两个中部指段侧板(17-2)之间。
8.根据权利要求3所述可折展欠驱动自适应式捕获装置，其特征在于:顶部指段组件(18)包括两个顶部指段限位板(18-1)和两个顶部指段侧板(18-2)，两个顶部指段侧板(18-2)并排平行设置，两个顶部指段限位板(18-1)并排平行设置在两个顶部指段侧板(18-2)之间。
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