CN106826795A - 一种基于索并联构型的太空捕获机器人 - Google Patents

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季益中
侯森浩
田斯慧
崔志伟
项程远
李铁民
姜峣
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Abstract

一种基于索并联构型的太空捕获机器人，为3索并联机器人，包括机械抓取机构、运动机构和摄像系统，机械抓取机构为固定在动平台上的机械手，用于抓取太空中漂浮的垃圾；运动机构用于调整动平台的位姿，包括出索机构、喷气装置和激光测距装置，出索机构固定在太空舱外侧，通过三根绳索与动平台连接，喷气装置安装在动平台的背面，向后喷气，保证绳索时刻张紧，与绳索连接处为靶标，通过激光测距仪测量索长，进而得到动平台的位姿；摄像系统为安装在动平台上的高清摄像头，用于获取动平台前方的影像并通过无线传输到控制室；相比于传统空间捕获机器人，该机器人的构型简单，制造成本低，且机械手可以延伸至舱外300米，实现了大范围捕获。

Description

一种基于索并联构型的太空捕获机器人
技术领域
本发明属于机械技术领域，涉及机器人机构，特别涉及一种基于索并联构型的太空捕获机器人。
背景技术
在地球的周围漂浮着许多的太空垃圾，主要为发生故障或超过服役年限的人造卫星，还有发射失败未进入轨道的卫星。随着时间的推移，这些太空垃圾越来越多，一旦撞击其他卫星，将会带来严重的后果。另外，对于一些需要回收的目标飞行器，也需要采用太空机器人进行捕获。目前，各国的空间研究机构已经研制出一些太空捕获机器人，在太空中捕获废旧的卫星，将其回收。
典型的空间捕获机器人是串联机构的空间机械臂，加拿大MD Robotic公司研制的空间机械臂SSRMS长15.2m，包括类似于人体手臂的肩关节、肘关节和腕关节；美国最早研制的空间机器人FTS将两个机械臂固定在一个支架上；欧空局在1986年研制了一种用于抓取物体和装配的小型六轴机器人ROTEX，之后又研制了服务于空间站的7个关节的欧洲臂ERA；日本“希望号”实验舱上的机械臂是由长约10米的机械臂组成的，以此来代替太空舱外的实验装置。上述机械臂的作业范围最大只能达到十几米，难以实现太空垃圾的大范围捕获，且操作复杂，效率低下。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于索并联构型的太空捕获机器人，相比于传统的串联机器人，索并联机器人具有作业空间大，运动部件惯量小，结构简单，制造成本低等优点，在航空航天领域具有广阔的应用前景；本发明结构简单，具有很大的作业空间，可实现太空垃圾或目标飞行器的大范围捕获。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于索并联构型的太空捕获机器人，为3索并联机器人，包括机械抓取机构、运动机构和摄像系统，其特征在于：
所述机械抓取机构为固定在动平台8上的机械手9，用于抓取太空中漂浮的垃圾；
所述运动机构用于调整动平台8的位姿，包括出索机构4、喷气装置10和激光测距装置3，出索机构4固定在太空舱1外侧，通过三根绳索5与动平台8连接，喷气装置10安装在动平台8的背面，向后喷气，保证绳索5时刻张紧，与绳索5连接处为靶标6，通过激光测距仪3测量索长，进而得到动平台8的位姿；
所述摄像系统为安装在动平台8上的高清摄像头7，用于获取动平台8前方的影像并通过无线传输到控制室。
所述三根绳索5在太空舱1一端的连接点构成等边三角形结构，在动平台8一端的连接点也构成等边三角形结构，使该机器人的工作性能处于最优。
所述出索机构4为三个，分别与三根绳索5连接，包括电机11、减速箱12、卷筒13、箱体2以及出索滑轮，其中，箱体2固定在太空舱1外侧，绳索5缠绕在卷筒13上，经出索滑轮后与动平台8连接，电机11通过减速箱12与卷筒13连接，通过减速箱12将运动传递至卷筒13，从而控制绳索5的收放。
所述电机11和喷气装置10的控制系统相连，喷气装置10始终开启，使绳索5保持张紧状态，通过调节绳索5的长度来改变动平台8的位置，当三个电机11同时带动卷筒13收缩绳索5时，动平台8被拉回太空舱1，当三个电机11同时带动卷筒13释放绳索5时，由于喷气装置10产生的推力，动平台8将远离太空舱1，相应地，通过改变电机11的转动，实现实时地改变动平台8位置。
所述激光测距仪3安装在出索机构4上，通过动平台8上的靶标6实时获取索长，进而确定动平台8的位置。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)相比于传统的空间机械臂，结构简单，运动部件惯量小，作业空间大，机械手可延伸至舱外300米，极大地增加了捕获太空垃圾的能力，提高了效率。
(2)装有激光测距装置，可精确获取动平台的位置并实时调整。
(3)动平台上安装了高清摄像头，可以将动平台前方的影像通过无线传输到控制室，便于舱内宇航员操作，安全可靠。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是本发明出索机构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
本发明基于索并联构型的太空机器人，用于抓取太空中漂浮的垃圾，为3索并联机器人，包括机械抓取机构，运动机构和摄像系统。
如图1所示，机械抓取机构为固定在动平台8上的机械手9，用于抓取太空中漂浮的垃圾。
运动机构用于调整动平台8的位姿，包括出索机构4、喷气装置10和激光测距装置3，出索机构4固定在太空舱1外侧，通过三根绳索5与动平台8连接，三根绳索5在太空舱1一端的连接点构成等边三角形结构，在动平台8一端的连接点也构成等边三角形结构，使该机器人的工作性能处于最优。喷气装置10安装在动平台8的背面，向后喷气，保证绳索5时刻张紧，具有三个平动自由度。动平台8与绳索5连接处为靶标6，出索机构4上安装有激光测距仪3，通过激光测距仪3可测量索长，进而得到动平台8的位姿。
摄像系统为安装在动平台8上的高清摄像头7，用于获取动平台8前方的影像并通过无线传输到控制室，便于舱内宇航员操作。
本发明出索机构4为三个，分别与三根绳索5连接，包括电机11、减速箱12、卷筒13、箱体2以及出索滑轮，其中，箱体2固定在太空舱1外侧，电机11、减速箱12、卷筒13可固定设置在箱体2内，绳索5缠绕在卷筒13上，经出索滑轮后与动平台8连接，如图2所示，电机11通过减速箱12与卷筒13连接，通过减速箱12将运动传递至卷筒13，从而控制绳索5的收放。
本发明可将电机11和喷气装置10的控制系统相连，喷气装置10始终开启，使绳索5保持张紧状态，通过调节绳索5的长度来改变动平台8的位置，当三个电机11同时带动卷筒13收缩绳索5时，动平台8被拉回太空舱1，当三个电机11同时带动卷筒13释放绳索5时，由于喷气装置10产生的推力，动平台8将远离太空舱1，相应地，通过改变电机11的转动，可以实时地改变动平台8位置。

Claims (5)

1.一种基于索并联构型的太空捕获机器人，为3索并联机器人，包括机械抓取机构、运动机构和摄像系统，其特征在于：
所述机械抓取机构为固定在动平台(8)上的机械手(9)；
所述运动机构用于调整动平台(8)的位姿，包括出索机构(4)、喷气装置(10)和激光测距装置(3)，出索机构(4)固定在太空舱(1)外侧，通过三根绳索(5)与动平台(8)连接，喷气装置(10)安装在动平台(8)的背面，向后喷气，保证绳索(5)时刻张紧，与绳索(5)连接处为靶标(6)，通过激光测距仪(3)测量索长，进而得到动平台(8)的位姿；
所述摄像系统为安装在动平台(8)上的高清摄像头(7)，用于获取动平台(8)前方的影像并通过无线传输到控制室。
2.根据权利要求1所述基于索并联构型的太空捕获机器人，其特征在于，所述三根绳索(5)在太空舱(1)一端的连接点构成等边三角形结构，在动平台(8)一端的连接点也构成等边三角形结构。
3.根据权利要求1所述基于索并联构型的太空捕获机器人，其特征在于，所述出索机构(4)为三个，分别与三根绳索(5)连接，包括电机(11)、减速箱(12)、卷筒(13)、箱体(2)以及出索滑轮，其中，箱体(2)固定在太空舱(1)外侧，绳索(5)缠绕在卷筒(13)上，经出索滑轮后与动平台(8)连接，电机(11)通过减速箱(12)与卷筒(13)连接，通过减速箱(12)将运动传递至卷筒(13)，从而控制绳索(5)的收放。
4.根据权利要求3所述基于索并联构型的太空捕获机器人，其特征在于，所述电机(11)和喷气装置(10)的控制系统相连，喷气装置(10)始终开启，使绳索(5)保持张紧状态，通过调节绳索(5)的长度来改变动平台(8)的位置，当三个电机(11)同时带动卷筒(13)收缩绳索(5)时，动平台(8)被拉回太空舱(1)，当三个电机(11)同时带动卷筒(13)释放绳索(5)时，由于喷气装置(10)产生的推力，动平台(8)将远离太空舱(1)，相应地，通过改变电机(11)的转动，实现实时地改变动平台(8)位置。
5.根据权利要求1所述基于索并联构型的太空捕获机器人，其特征在于，所述激光测距仪(3)安装在出索机构(4)上，通过动平台(8)上的靶标(6)实时获取索长，进而确定动平台(8)的位置。
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