CN106272551B - 一种空间机械臂快速释放末端执行器 - Google Patents

一种空间机械臂快速释放末端执行器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种空间机械臂快速释放末端执行器，属于空间探测技术领域。该执行器包括末端执行机构和目标适配器；末端执行机构由具有视觉引导功能的空间机械臂带动至安装在被目标物上的目标适配器的容差范围内，末端执行机构对目标适配器完成捕获和锁紧动作，末端执行机构同时为目标物提供动力源，末端执行机构执行释放动作时继续锁紧方向动作，通过跨越运动死点的形式实现释放。本发明通过一个动力源同时实现对安装有适配器的目标物进行捕获锁紧和瞬间快速释放，同时还能为具有机构功能的目标物提供动力源，从而使被捕获锁紧的目标物实现操作功能。

Description

一种空间机械臂快速释放末端执行器
技术领域
本发明涉及一种空间机械臂快速释放末端执行器，安装在机械臂的末端，可对安装有目标适配器的目标物实现捕获锁紧及快速释放，属于空间探测技术领域。
背景技术
末端执行器安装在空间机械臂的末端，跟随机械臂接近被捕获目标，在可捕获位置处捕获锁紧目标物。目前已成功发射应用在机械臂末端的执行器有国际空间站机械臂(SSRMS)末端执行器、以及SPDM末端等，均没有快速释放的功能。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种空间机械臂快速释放末端执行器，能够跟随机械臂接近安装有目标适配器的目标物，通过连杆机构由一个电机对目标物实现捕获锁紧，可靠锁紧后电机停止转动，当电机继续转动时实现对目标物的快速释放。
一种空间机械臂快速释放末端执行器，该执行器包括末端执行机构和目标适配器；末端执行机构由具有视觉引导功能的空间机械臂带动至安装在被目标物上的目标适配器的容差范围内，末端执行机构对目标适配器完成捕获和锁紧动作，末端执行机构同时为目标物提供动力源，末端执行机构执行释放动作时继续锁紧方向动作，通过跨越运动死点的形式实现释放。
进一步地，所述末端执行机构包括安装在壳体内部的快速释放捕获模块和对外驱动模块；
所述快速释放捕获模块包括弹性杆驱动组件、驱动盘、连杆、弹簧和锁爪，驱动源通过齿轮传动驱动弹性杆驱动组件转动，由弹性杆驱动组件带动驱动盘转动，再由驱动盘通过连杆驱动两个锁爪沿导轨直线相向运动锁紧目标物上的目标适配器，弹簧的两端分别连接驱动盘和壳体，捕获锁紧过程中弹簧被拉长蓄能；当弹性杆继续转动到连杆死点位置时，驱动盘被壳体上的限位结构限位无法转动，弹性杆驱动组件此时沿径向挤压驱动盘内圆周面上的径向凸起形成的周向斜坡面，当弹性杆驱动组件被挤压到一定程度时，弹性杆越过斜坡面，驱动盘在弹簧回复力的作用下快速反向回转，驱动盘带动连杆反向转动，连杆带动锁爪沿导轨反向移动从而实现对目标物的快速释放；
所述对外驱动模块布置在壳体的中心位置，由一个电机通过导向接口对外输出动力源。
进一步地，所述弹性杆驱动组件主要包括大齿轮、驱动杆、伸缩轴、销轴、滚轮、碟簧和导向销；所述大齿轮固定连接在驱动杆的下方，驱动杆的两端为对称结构，两端的端面沿轴向加工有安装孔，碟簧和伸缩轴依次安装在该安装孔内，导向销沿径向穿过驱动杆上的腰形孔及伸缩轴将伸缩轴限制在安装孔内，导向销通过与驱动杆上腰形孔的配合使伸缩轴能够沿安装孔轴向移动，碟簧的两端分别与安装孔的底面以及伸缩轴的一端抵触，伸缩轴的另一端位于安装孔之外，滚轮通过销轴活动连接在伸缩轴位于安装孔外一端。
进一步地，所述目标适配器的底面设有导向的锥形面，其侧面加工有与锁爪配合的凹槽。
有益效果：
1、本发明通过一个动力源同时实现对安装有适配器的目标物进行捕获锁紧和瞬间快速释放。该快速释放功能可配合空间机械臂在快速移动的过程中突然释放目标物，从而为目标物提供一个较大的初始速度。
2、本发明的末端执行器可为具有机构功能的目标物提供动力源，从而使被捕获锁紧的目标物实现操作功能。
3、本发明由一个动力源通过驱动盘和连杆机构同时驱动两个锁紧爪沿滑轨径向运动，实现捕获锁紧动作，锁紧到位后该机构处于“死点”位置，可保证驱动源不受反作用力，锁紧更加可靠。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图
图2为末端执行机构外部组成示意图
图3为末端执行机构内部组成示意图
图4为弹性杆驱动组件组成示意图
图5为末端执行机构剖面状态示意图
图6为末端执行机构“无顶端盖板”锁紧状态示意图
图7为末端执行机构“锁紧状态”弹性杆驱动组件位置示意图
图8为末端执行机构“释放状态”弹性杆驱动组件位置示意图
图9为驱动盘结构示意图
图10为末端执行机构对目标适配器进行捕获前状态
图11为末端执行机构对目标适配器锁紧后状态
图12为目标适配器的结构示意图
其中，1-相机、2-导轨、3-锁爪、4-锁爪滚轮、5-锥形压紧环、6-动力输出接口、7-驱动器、8-壳体、9-驱动盘、10-连杆、11-拉伸弹簧、12-弹性杆驱动组件、13-弹簧固定螺钉Ⅰ、14-弹簧固定螺钉Ⅱ、15-小齿轮、16-输出轴、17电机Ⅰ、18-电机Ⅱ、19-大碟环、20-轴承、12-1-大齿轮、12-2-驱动杆、12-3-伸缩轴、12-4-销轴、12-5-滚轮、12-6-碟簧、12-7-导向销、21-末端执行机构、22-目标适配器。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
如附图1所示，本发明提供了一种空间机械臂快速释放末端执行器，该执行器由末端执行机构和目标适配器两部分组成；
如附图2所示，末端执行机构外部结构主要包括相机1、导轨2、锁爪3、锁爪滚轮4、锥形压紧环5、动力输出接口6、驱动器7和壳体8；
相机1安装在壳体8的外表面，动力输出接口6位于壳体8上表面的中心位置，锥形压紧环5与动力输出接口6同心，导轨2安装在壳体8上方，锁爪3与导轨2滑动配合，锁爪3的前端安装有锁爪滚轮4，驱动器7安装在壳体的下方，驱动器7为机构提供驱动力。
如附图3和5所示，末端执行机构内部结构主要包括驱动盘9、连杆10、拉伸弹簧11、弹性杆驱动组件12、弹簧固定螺钉Ⅰ13、弹簧固定螺钉Ⅱ14、小齿轮15、输出轴16,、电机Ⅰ17和电机Ⅱ18。
如附图4所示，弹性杆驱动组件12主要包括大齿轮12-1、驱动杆12-2、伸缩轴12-3、销轴12-4、滚轮12-5、碟簧12-6和导向销12-7；所述大齿轮12-1固定连接在驱动杆12-2的下方，驱动杆12-2的两端为对称结构，两端的端面沿轴向加工有安装孔，碟簧12-6和伸缩轴12-3依次安装在该安装孔内，导向销12-7沿径向穿过驱动杆12-2上的腰形孔及伸缩轴12-3将伸缩轴12-3限制在安装孔内，导向销12-7通过与驱动杆12-2上腰形孔的配合使伸缩轴12-3能够沿安装孔轴向移动，碟簧12-6的两端分别与安装孔的底面以及伸缩轴12-3的一端抵触，伸缩轴12-3的另一端位于安装孔之外，滚轮12-5通过销轴12-4活动连接在伸缩轴12-3位于安装孔外一端；当滚轮5向碟簧12-6方向受压时，伸缩轴12-3由销轴12-7导向压缩小碟簧12-6，使小碟簧12-6被压缩，进一步使伸缩轴12-3向驱动杆12-2中收缩；当滚轮12-5不受压时，伸缩轴12-3自动弹回。
如附图9所示，驱动盘9为圆环形结构，其外圆周面上加工有两个凸起结构，凸起结构与壳体内表面的起始限位点和终止限位点相配合；驱动盘9的内圆周面上加工有两个径向的凸起结构，该凸起结构形成与内圆周面平滑过渡的坡面，驱动盘9的底面上设有用于安装拉伸弹簧11的安装片。
驱动盘9通过滚珠轴承活动安装在壳体内部的水平安装板的上方，拉伸弹簧11的一端通过弹簧固定螺钉Ⅱ14与驱动盘的安装片固定，拉伸弹簧11的一端通过弹簧固定螺钉Ⅰ13与壳体8固定；电机Ⅰ17和电机Ⅱ18均固定安装在水平安装板的下方，电机Ⅱ18连接的输出轴16对应壳体8的中心，弹性杆驱动组件12的中间部分套装在输出轴16的外圆周面上，电机Ⅰ17连接的小齿轮15与弹性杆驱动组件12的大齿轮12-1相啮合，弹性杆驱动组件12中伸缩轴12-3的滚轮12-5与驱动盘9的内圆周面相抵触；连杆10有两根，连杆10的一端与驱动盘9的上端面活动连接，另一端与锁爪3活动连接；
电机Ⅰ17可驱动小齿轮15转动，电机Ⅱ18可驱动输出轴16转动，动力输出接口6通过螺钉与输出轴16连接，输出轴16转动时可驱动动力输出接口6转动，大碟环19布置在锥形压紧环5和轴承20端面之间，当竖直下压锥形压紧环5时，大碟环19会受压变形。
如附图12所示，目标适配器22的底面设有导向的锥形面，其侧面加工有与锁爪3配合的凹槽。
工作流程如下：
1)捕获锁紧流程
当空间机械臂带动末端执行机构运动到目标适配器的容差范围内。电机Ⅰ17驱动小齿轮15转动，经大齿轮12-1驱动弹性杆驱动组件12转动，使滚轮12-5与驱动盘9的斜坡面贴合，从而使驱动盘9相对壳体8经二者间的轴承转动，直到驱动盘从“起始限位点”转动到“终止限位点”停止，此时，拉伸弹簧11被拉伸到最长位置，如附图7所示。在驱动盘9转动过程中，驱动盘9经两个连杆10推动锁爪3沿导轨2运动，当驱动盘到达“终止限位点”时，两个连杆10成一条线处于死点位置，如附图6所示。在锁爪3直线运动的过程中，锁爪3带动锁爪滚轮4滚动嵌入目标适配器22的凹槽中，捕获过程中，使目标适配器22的锥面与锥形压紧环5紧密贴合，压紧的过程中，锥形压紧环5逐渐压缩大碟环19并竖直向下移动，当连杆10到死点位置时，目标适配器的锥面与5锥形压紧环5紧密贴合锁紧，两者之间的预紧力为大碟环19的变形力，最终锁紧位置如附图11所示。
2)快速释放流程
当电机Ⅰ17继续驱动弹性杆驱动组件12转动时，12-5滚轮沿9驱动盘的斜坡滚动，逐渐使12-3伸缩轴压缩碟簧12-6变形，当滚轮12-5越过斜坡时，驱动盘受拉伸弹簧11的拉力作用会突然转动到“起始限位点”，过程中，两个锁爪3受连杆10的拉伸作用沿导轨快速分离，从而实现了快速释放的作用。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种空间机械臂快速释放末端执行器，其特征在于，该执行器包括末端执行机构和目标适配器；末端执行机构由具有视觉引导功能的空间机械臂带动至目标适配器的容差范围内，然后安装在目标物上，末端执行机构对目标适配器完成捕获和锁紧动作，末端执行机构同时为目标物提供动力源，末端执行机构执行释放动作时继续锁紧方向动作，通过跨越运动死点的形式实现释放；
所述末端执行机构包括安装在壳体内部的快速释放捕获模块和对外驱动模块；
所述快速释放捕获模块包括弹性杆驱动组件、驱动盘、连杆、弹簧和锁爪，驱动源通过齿轮传动驱动弹性杆驱动组件转动，由弹性杆驱动组件带动驱动盘转动，再由驱动盘通过连杆驱动两个锁爪沿导轨直线相向运动锁紧目标物上的目标适配器，弹簧的两端分别连接驱动盘和壳体，捕获锁紧过程中弹簧被拉长蓄能；当弹性杆继续转动到连杆死点位置时，驱动盘被壳体上的限位结构限位无法转动，弹性杆驱动组件此时沿径向挤压驱动盘内圆周面上的径向凸起形成的周向斜坡面，当弹性杆驱动组件被挤压到一定程度时，弹性杆越过斜坡面，驱动盘在弹簧回复力的作用下快速反向回转，驱动盘带动连杆反向转动，连杆带动锁爪沿导轨反向移动从而实现对目标物的快速释放；
所述对外驱动模块布置在壳体的中心位置，由一个电机通过导向接口对外输出动力源。
2.如权利要求1所述的一种空间机械臂快速释放末端执行器，其特征在于，所述弹性杆驱动组件主要包括大齿轮、驱动杆、伸缩轴、销轴、滚轮、碟簧和导向销；所述大齿轮固定连接在驱动杆的下方，驱动杆的两端为对称结构，两端的端面沿轴向加工有安装孔，碟簧和伸缩轴依次安装在该安装孔内，导向销沿径向穿过驱动杆上的腰形孔及伸缩轴将伸缩轴限制在安装孔内，导向销通过与驱动杆上腰形孔的配合使伸缩轴能够沿安装孔轴向移动，碟簧的两端分别与安装孔的底面以及伸缩轴的一端抵触，伸缩轴的另一端位于安装孔之外，滚轮通过销轴活动连接在伸缩轴位于安装孔外一端。
3.如权利要求1或2所述的一种空间机械臂快速释放末端执行器，其特征在于，所述目标适配器的底面设有导向的锥形面，其侧面加工有与锁爪配合的凹槽。
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