CN106625575B - 一种充气式绳牵引可收展柔性并联机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种充气式绳牵引可收展柔性并联机构，其包括有末端平台、柔性梯形管、绳牵引机构、泄压控制装置、压力控制装置、气源装置和基座，所述柔性梯形管为收展机构，所述末端平台位于收展机构的末端并连接绳牵引机构；所述柔性梯形管包括有一级柔性梯形管和二级柔性梯形管，且二者结合处有屈曲导向槽；所述绳牵引机构固定在基座上同时连接末端平台；所述泄压控制装置和压力控制装置以及气源装置实现柔性梯形管内部气压的调整。本发明通过气源供气实现该机构长度伸展，利用绳牵引机构控制绳索结合梯形管内部气压改变实现该机构的位姿控制和收拢，解决了现有充气式展开机构可展不可收问题以及类似刚性机构收藏比较小的问题。

Description

一种充气式绳牵引可收展柔性并联机构
技术领域
本发明涉及一种民用领域内远距离轻质柔性输送装置，以及航天领域内远距离可控柔性收展装置。
背景技术
当前，在民用领域内(高层火灾救援，震灾救援以及野外崖壁救援等)远距离救生设备输送装置多采用纯机械式的伸展机构，该机构可用于行程小、质量重的物质输送，但是该机构灵活性差、机构比较笨重且对应用环境具有一定的要求。
此外，在航天领域内随着太空垃圾的增多，太空垃圾清理工作的呼声与日俱增；多国科研单位提出多种太空垃圾收集清理方案，如远距离柔性伸展捕获方案、飞抓式捕获方案，飞网式捕获方案以及桩基拉网式方案等。其中，对于远距离柔性伸展捕获的方案要求可收展机构具有轻质、柔性且具有较大的收藏比。
发明内容
本发明提供一种轻质、柔性、可重复收展的充气式绳牵引可收展柔性并联机构，该机构包括：末端平台、基座、绳牵引机构、至少两个一级柔性梯形管、至少一个二级柔性梯形管、气源装置、压力控制装置、泄压控制装置和驱动控制电机；其中，所述绳牵引机构由多个连接所述末端平台和所述基座的绳索组成，所述驱动控制电机与所述绳牵引机构的绳索连接，用于实现该柔性并联机构展开过程控制，并且所述驱动控制电机为该柔性并联机构工作过程中其末端平台位姿调整和收拢过程控制的动力装置；所述一级柔性梯形管和所述二级柔性梯形管串联连接，且二者结合处设有屈曲导向槽，串联得到的柔性梯形管内部连通成一个空腔，并且串联结构的两端分别连接于所述末端平台和所述基座，其中所述一级柔性梯形管不产生弯曲变形，所述二级柔性梯形管可产生弯曲变形并位于所述两个一级柔性梯形管之间；所述泄压控制装置、所述压力控制装置以及所述气源装置用于实现所述柔性梯形管内部气压的调整。
所述一级柔性梯形管和二级柔性梯形管是一个可折展组合单元，其上屈曲导向槽的位置不唯一。根据该可收展柔性并联机构伸展长度的需要可有多个可折展组合单元串联在一起，可以实现机构收拢后位于固定在基座上的一级柔性梯形管内，或者是收拢后仍是多个柔性梯形管串联在一起。
所述绳牵引机构中的绳索可以位于柔性梯形管的外部，也可以位于柔性梯形管的内部，且其绳索的数目可以有n(n＝2,…,k)个。
所述末端平台是末端执行机构的载体，其上可以安装视觉系统、末端位姿微调控制系统或末端捕获机构。
所述绳牵引机构是整个柔性并联机构的伸展和收拢执行机构，其结合所述驱动控制电机实现柔性梯形管展开的速度控制和末端平台展开轨迹控制，并在柔性梯形管收拢过程中提供牵引力。
所述驱动控制电机是实现柔性并联机构展开过程控制，以及工作过程中其末端平台位姿调整的动力装置，同时是该柔性并联机构收拢过程控制的动力装置，所述驱动控制电机与所述绳牵引机构的绳索连接，并通过所述绳索的长度调节，同时结合气源装置供气和压力控制装置以及泄压控制装置对柔性梯形管内部气压的控制实现末端平台的位姿调整。
所述一级柔性梯形管是该柔性并联机构的不产生弯曲变形的柔性梯形管段，可实现收展过程中相对于二级柔性梯形管发生位置变化，且其刚度相对二级柔性梯形管较大。
所述二级柔性梯形管是该柔性并联机构的主要产生弯曲变形的柔性梯形管段，其刚度相对一级柔性梯形管较弱，是主要产生弯曲变形收展的关键部位，该二级柔性梯形管能够实现多次折叠和展开；加工过程中二级柔性梯形管与一级梯形管结合部位设有屈曲导向槽，实现收拢过程中二级柔性梯形管产生弯曲变形。
所述基座是控制装置如所述泄压控制装置、所述压力控制装置以及所述气源装置、所述驱动控制电机安装的载体，同时也是实现与外部载体连接的载体。此外，所述其泄压控制装置、压力控制装置和气源装置还可以位于所述末端平台上或所述柔性梯形管上，驱动控制电机还可以安装在末端平台上。
所述气源装置是该柔性并联机构展开的动力源，同时也是该柔性并联机构在完全展开状态下其展开机构(柔性梯形管)刚度保持的动力源。所述气源装置内部提供的可以是气体也可以是液体。
所述泄压装置是该柔性并联机构收拢时实现柔性梯形管内部降压的装置，同时也是联合所述气源装置实现该柔性并联机构在完全展开状态下其展开机构(柔性梯形管)刚度调节的装置。
本发明通过气源装置供气实现该柔性并联机构的长度伸展，并利用绳牵引机构控制绳索结合梯形管内部气压改变并实现该机构的位姿控制和收拢，解决了现有充气式展开机构可展不可收的问题以及现有类似刚性机构收藏体积比较小的问题。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
图1是本发明的充气式绳牵引可收展柔性并联机构的完全展开状态示意图；
图2是本发明的充气式绳牵引可收展柔性并联机构的末端位置调姿状态示意图；
图3是本发明的充气式绳牵引可收展柔性并联机构的收拢过程状态示意图；
图4是本发明的充气式绳牵引可收展柔性并联机构的完全收拢状态示意图；
图1中：1.末端平台，2.绳牵引机构，3.一级柔性梯形管，4.二级柔性梯形管，5.基座，6.驱动控制电机，7.泄压控制装置，8.压力控制装置，9.气源装置。
具体实施方式
下方结合具体实施例对本发明做进一步的描述。
实施例
本实施例提供一种充气式绳牵引可收展柔性并联机构，图1所示为该充气式绳牵引可收展柔性并联机构的完全展开状态图，在此状态下，可以通过气源装置(9)供气和压力控制装置(8)调节该充气式绳牵引可收展柔性并联机构展开状态下的刚度。
如图1中所示，该充气式绳牵引可收展柔性并联机构包括：末端平台1、基座5、绳牵引机构2、至少两个一级柔性梯形管3、至少一个二级柔性梯形管4、气源装置9、压力控制装置8、泄压控制装置7和驱动控制电机6；其中，所述绳牵引机构2由多个连接所述末端平台1和所述基座5的绳索组成，所述驱动控制电机6与所述绳牵引机构2的绳索连接，用于实现该柔性并联机构展开过程控制，并且所述驱动控制电机为该柔性并联机构工作过程中其末端平台位姿调整和收拢过程控制的动力装置；所述一级柔性梯形管3和所述二级柔性梯形管4串联连接，且二者结合处设有屈曲导向槽(图中未示)，串联得到的柔性梯形管内部连通成一个空腔，并且串联结构的两端分别连接于所述末端平台1和所述基座5，其中所述一级柔性梯形管3不产生弯曲变形，所述二级柔性梯形管4可产生弯曲变形并位于所述两个一级柔性梯形管3之间；所述泄压控制装置7、所述压力控制装置8以及所述气源装置9用于实现所述柔性梯形管内部气压的调整。
图2中所示为该充气式绳牵引可收展柔性并联机构的末端位置调姿图，在柔性展开机构完全展开后，其末端平台1的位姿可以根据需要进行调姿，此时，需要调控驱动控制电机6完成绳牵引机构2中绳索的长度调节，同时结合气源装置9供气和压力控制装置8以及泄压控制装置7对其内部气压的控制实现末端平台1的位姿调整。
图3显示为该充气式绳牵引可收展柔性并联机构的收拢过程状态示意图，为了便于说明，图中仅显示梯形管的一半；在收拢过程中一级柔性梯形管3不产生屈曲变形，二级柔性梯形管4在绳牵引机构2结合泄压控制装置7的作用下产生屈曲变形，完成梯形管的折叠。
图4显示为该充气式绳牵引可收展柔性并联机构的完全收拢图，在完全收拢后绳牵引机构2中的绳索把末端平台1和基座5固定在一起。
本发明通过气源供气实现该机构长度伸展，利用绳牵引机构控制绳索结合梯形管内部气压改变实现该机构的位姿控制和收拢，解决了现有充气式展开机构可展不可收问题以及类似刚性机构收藏比较小的问题。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (7)

1.一种充气式绳牵引可收展柔性并联机构，其特征在于，其包括：末端平台、基座、绳牵引机构、至少两个一级柔性梯形管、至少一个二级柔性梯形管、气源装置、压力控制装置、泄压控制装置和驱动控制电机；其中，所述绳牵引机构由多个连接所述末端平台和所述基座的绳索组成，所述驱动控制电机与所述绳牵引机构的绳索连接，用于实现该柔性并联机构展开过程控制，并且所述驱动控制电机为该柔性并联机构工作过程中其末端平台位姿调整和收拢过程控制的动力装置；所述一级柔性梯形管和所述二级柔性梯形管串联连接，且二者结合处设有屈曲导向槽，串联得到的柔性梯形管内部连通成一个空腔，并且串联结构的两端分别连接于所述末端平台和所述基座，其中所述一级柔性梯形管不产生弯曲变形，所述二级柔性梯形管可产生弯曲变形并位于所述两个一级柔性梯形管之间；所述泄压控制装置、所述压力控制装置以及所述气源装置用于实现所述柔性梯形管内部气压的调整。
2.如权利要求1所述的充气式绳牵引可收展柔性并联机构，其特征在于，所述绳牵引机构中的绳索位于柔性梯形管的外部，或也可以位于柔性梯形管的内部。
3.如权利要求1所述的充气式绳牵引可收展柔性并联机构，其特征在于，所述末端平台是末端执行机构的载体，其上安装有视觉系统、末端位姿微调控制系统或末端捕获机构。
4.如权利要求1所述的充气式绳牵引可收展柔性并联机构，其特征在于，所述一级柔性梯形管是该柔性并联机构的不产生弯曲变形的柔性梯形管段，可实现收展过程中相对于所述二级柔性梯形管发生位置变化，且其刚度相对二级柔性梯形管较大。
5.如权利要求1所述的充气式绳牵引可收展柔性并联机构，其特征在于，所述二级柔性梯形管是该柔性并联机构的产生弯曲变形的柔性梯形管段，其刚度相对一级柔性梯形管较弱，是产生弯曲变形收展的关键部位，该二级柔性梯形管能够实现多次折叠和展开。
6.如权利要求1所述的充气式绳牵引可收展柔性并联机构，其特征在于，所述基座是所述泄压控制装置、所述压力控制装置以及所述气源装置、所述驱动控制电机安装的载体，同时也是实现与外部载体连接的载体。
7.如权利要求1所述的充气式绳牵引可收展柔性并联机构，其特征在于，所述气源装置内部提供的是气体。
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