CN108262756A - 航天器大型设备装配用敏捷力感末端执行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于航天器总装过程中的大型设备装配用机器人末端执行器，主要包括定位销、左右螺纹梯形丝杠、光杠、直线轴承滑块、剪式调距机构、主六维力/力矩传感器、可吸附式6D鼠标、卡爪、柔性控制单元，其中，剪式调距机构与六维力/力矩传感器的工具安装面连接,通过转动左右旋梯型螺纹丝杠顶部的两组手轮，分别实现支撑立柱之间的横向距离调节W₁‑W₂和卡爪的相对纵向移动，最终实现末端执行器对待装配设备的不同接口适配器进行装夹。本发明具有操作简单、劳动强度低、装配效率高、夹取定位准确可靠、安装对象柔性匹配等特点。

Description

航天器大型设备装配用敏捷力感末端执行器

技术领域

本发明属于工业机器人末端执行器的技术领域，具体来说，本发明涉及一种末端执行器，连接于工业机器人末端法兰，用于快速装夹航天器大型设备，形成可靠的连接，通过6D鼠标与传感器感知进行人力驱动，实现航天器大型设备的安全和高效装配。

背景技术

随着航天器产品功能集成化、设备大型化、布局紧凑化的发展趋势，传统的航天器装配手段已越来越不能满足航天器装配需求。由于设备自身重量或在航天器上安装位置的特殊性，无法通过传统的人力搬运与吊装进行安装，因而操作难度较大。为较好地解决这类设备的安装难题，提高航天器的装配质量，末端执行器与工业机器人一同组成了基于人工引导机器人助力和调姿，完成大型设备人力辅助安装的新型装配手段。

以往航天器上安装的末端执行器与机械臂连接的方式为单一的螺纹连接，末端执行器针对单一设备与工况的承载与尺寸接口，设备安装完毕后，末端执行器无法适应其他设备，通用性不好，且孔式的对正与装夹方法影响了装配效率。为提高末端执行器通用性、高效性、柔性适应性的能力，降低工装投产成本提出了该套末端执行器的设计。

针对航天器设备外形尺寸及重量变化范围大的特点，力求末端执行器通用，可用于不同型号航天器、不同大小和不同重量的设备装配。将两根支撑臂分别安装在两根剪式交叉梁，利用安装在支撑臂上的左右旋梯型螺纹丝杠实现末端执行器的横向距离，通过摇动安装在梯型丝杠上的手轮，实现末端执行器卡爪的纵向距离调节，从而实现对设备不同接口位置的适配器进行抓取。

发明内容

本发明的目的在于提供一种航天器大型设备装配用敏捷力感末端执行器，该末端执行器可有效解决航天器大型设备机器人辅助装配过程中设备的抓取、夹持、转移、定位等装配难题，提高航天器大型设备装配的安全性、可靠性，提高装配效率，同时降低工人的劳动强度。

本发明是通过如下技术方案实现的：

航天器大型设备装配用的敏捷力感末端执行器，主要包括定位销、右螺纹梯形丝杠、左螺纹梯形丝杠、光杠、直线轴承滑块、剪式调距机构、主六维力/力矩传感器、可吸附式6D鼠标、卡爪、柔性控制单元，其中，六维力/力矩传感器的固定安装端设置在工业机器人的末端法兰上，两个相互交叉的剪式调节臂通过中心转轴连接并与两端丝杠螺母、直线轴承滑块及设置在支撑立柱上的导轨共同组成剪式调距机构，剪式调距机构的一侧面与六维力/力矩传感器的工具安装面连接,转动设置在左右旋梯型螺纹丝杠顶部的手轮S₂、S₃，实现支撑立柱之间以及相应的设置在支撑立柱上的卡爪之间的横向距离调节W₁-W₂；转动设置在左右旋梯型螺纹丝杠顶部的手轮S₁、S₄带动左右丝杠同时旋转推动卡爪相反方向等距移动，完成卡爪的相对纵向移动，并通过定位导向销1和卡爪9上的楔面完成定位，最终完成卡/夹动作，从而实现末端执行器对待装配设备的不同接口适配器进行装夹，通过操作与机器人的柔性控制单元连接的6D鼠标，实现对机器人末端的柔性随动控制。

其中，六维力或六维力矩传感器设置在机器人末端法兰与末端执行机构之间，通过重力补偿算法消除负载重力影响后，感知负载受到的外部作用力。

进一步地，外部作用力为碰撞力或干涉力。

其中，末端执行器的主体是两个交叉调节臂和对应支撑交叉调节臂的两根支撑立柱，两根支撑立柱平行设置于交叉调节臂末端，每根立柱上设置两根导轨，导轨上设置左右旋梯形丝杠，其中一根与剪式交叉调节臂连接的丝杠采用一端梯形丝杠，另一端光杠的结构，每根导轨上设置两个滑块，一组滑块与梯形丝杠螺母及卡爪连接，另一组滑块与交叉支撑臂末端连接，螺母通过梯形丝杠副运动进行位置定位与自锁，摇动设置在丝杠上的手轮S₂、S₃时，梯形丝杠同时向相反方向旋转，实现两根平行支撑臂的横向间距调节和卡爪的纵向位移，实现对待装设备不同安装接口的适应与装夹。

其中，敏捷抓取用的卡爪采用了楔面配合与导向定位销配合的方式进行固接。

本发明（航天器大型设备装配用敏捷力感末端执行器）的特点如下：

1）通过力/力矩传感器,给工业机器人增加“感觉”机制，通过重力补偿算法消除负载重力影响后，能较为精准的感知装配过程中的干涉力或碰撞力等，有机连接操作人员与工业机器人的信息沟通，提高装配过程的安全性和可靠性。

2）通过重力补偿等方法对装夹的设备进行质量特性测试，使设备的安装和拆卸更加稳定可靠。

3）通过摇动手轮即可实现4个卡爪的位置调整，适用于多种尺寸设备的抓取，通用性较好。

4）通过驱动左右旋梯形丝杠达到卡爪同时对目标适配器进行装夹，实现设备抓取后的可靠自锁；

5）通过导向销与楔面配合结合式定位，降低了待装设备的抓取难度，提高定位精度。

本发明具有操作简单、劳动强度低、装配效率高、夹取定位准确可靠、安装对象柔性匹配等特点，相关技术已经过实际工况验证。

附图说明

图1是本发明一实施方式的用于机器人末端法兰的敏捷末端执行器的结构示意图；

图中：1-定位销、2-右螺纹梯形丝杠、3-左螺纹梯形丝杠、4-光杠、5-直线轴承滑块、6-剪式调距机构、7-主六维力/力矩传感器、8-可吸附式6D鼠标、9-卡爪、10-工业机器人；

图2是利用本发明的敏捷末端执行器抓取待安装设备的状态图；

其中21—末端执行器适配器、22—承载载荷；

图3是本发明一实施方式的用于机器人末端法兰的敏捷末端执行器中支撑立柱间距横向调节的状态示意图，其中，对应两立柱并拢时的情况；

图4是本发明一实施方式的用于机器人末端法兰的敏捷末端执行器中支撑立柱间距横向调节的状态示意图，其中，对应两立柱纵向移动的情况；

图5是本发明一实施方式的用于机器人末端法兰的敏捷末端执行器夹取过程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明，但这仅仅是示例性的，并不旨在对本发明的保护范围进行任何限制。

如图1所示，图1显示了是本发明一实施方式的用于机器人末端法兰的敏捷末端执行器的结构示意图。由图1可以看出，本发明的用于机器人末端法兰的敏捷末端执行器，包括定位销1、右螺纹梯形丝杠2、左螺纹梯形丝杠3、光杠4、直线轴承滑块5、剪式调距机构6、主六维力/力矩传感器7、可吸附式6D鼠标8、卡爪9、柔性控制单元（图中未显示）及与载荷连接的适配器组成，其中，六维/力矩传感器7的固定安装端安装在工业机器人末端法兰上，末端执行机构的两个相互交叉的剪式调节臂通过中心转轴连接与两端丝杠螺母滑块及安装在立柱上的导轨共同组成剪式调距机构6，剪式调距机构6与六维力/力矩传感器7的工具安装面连接,转动设置在左右旋梯型螺纹丝杠顶部的手轮S2、S3，实现支撑立柱（卡爪）之间的横向距离调节W1-W2；转动设置在左右旋梯型螺纹丝杠顶部的手轮S1、S4带动丝杠2、3同时旋转推动卡爪相反方向等距移动完成4个卡爪9的相对纵向移动，通过定位导向销1完成定位，最终完成卡/夹动作，从而实现末端执行器对待装配设备的不同接口适配器进行装夹，通过操作与机器人的柔性控制单元连接的6D鼠标8，实现对机器人末端的柔性随动控制。。

参见图2，图2显示了利用本发明的敏捷末端执行器抓取待安装设备的状态图；其中，四个末端执行器适配器21对称设置在承载载荷22上。

参见图3、图4，图3和图4显示了本发明一实施方式的用于机器人末端法兰的敏捷末端执行器中支撑立柱间距横向调节的状态示意图，分别对应两立柱并拢时和纵向移动的情况；具体而言，当摇动手轮S2使得立柱1两个支撑滑块各自向内收缩Δt，两个立柱标志距离由W1增大为W2，同时立柱2向下整体移动了Δt，为了将两个立柱对正，需要驱动S3将立柱2组件整体向上抬移Δt，光杠与直线轴承保证剪式结构不会发生卡死现象，此时两立柱等高，达到使用需求状态，实现了剪式交叉调节臂横向距离的调节。

参见图5，图5是本发明一实施方式的用于机器人末端法兰的敏捷末端执行器夹取过程示意图；其中，摇动手轮S1和S4实现卡爪纵向距离的调节与夹紧。根据被安装设备的结构形式与接口的空间布局情况，设置卡爪的支撑夹紧和收缩松脱的效果，通过快速定位的连接定位销对正夹持设备的定位接口，摇动手轮S1和S4驱动两段丝杠反向旋转，在卡爪装夹待装设备后，要求丝杠与螺母较为可靠的位置自锁，因此选用了梯形螺纹丝杠驱动方式，保证末端执行器支撑臂位置自锁，不产生漂移；针对不同的夹紧状态需要对夹紧后的工件进行可靠的销轴定位，防止夹紧后脱出，采用销轴与斜面共同形成定位，保证安装精度同时也保证了装夹安全防止脱出。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，相关技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (5)

1.航天器大型设备装配用的敏捷力感末端执行器，主要包括定位销、右螺纹梯形丝杠、左螺纹梯形丝杠、光杠、直线轴承滑块、剪式调距机构、主六维力/力矩传感器、可吸附式6D鼠标、卡爪、柔性控制单元，其中，六维力/力矩传感器的固定安装端设置在工业机器人的末端法兰上，两个相互交叉的剪式调节臂通过中心转轴连接并与两端丝杠螺母、直线轴承滑块及设置在支撑立柱上的导轨共同组成剪式调距机构，剪式调距机构的一侧面与六维力/力矩传感器的工具安装面连接,转动设置在左右旋梯型螺纹丝杠顶部的手轮S₂、S₃，实现支撑立柱之间以及相应的设置在支撑立柱上的卡爪之间的横向距离调节W₁-W₂；转动设置在左右旋梯型螺纹丝杠顶部的手轮S₁、S₄带动左右丝杠同时旋转推动卡爪相反方向等距移动，完成卡爪的相对纵向移动，并通过定位导向销1和卡爪上的楔面完成定位，最终完成卡/夹动作，从而实现末端执行器对待装配设备的不同接口适配器进行装夹，通过操作与机器人的柔性控制单元连接的6D鼠标，实现对机器人末端的柔性随动控制。

2.如权利要求1所述的敏捷力感末端执行器，其中，六维力或六维力矩传感器设置在机器人末端法兰与末端执行机构之间，通过重力补偿算法消除负载重力影响后，感知负载受到的外部作用力。

3.如权利要求1或2所述的敏捷力感末端执行器，其中，外部作用力为碰撞力或干涉力。

4.如权利要求1或2所述的敏捷力感末端执行器，其中，末端执行器的主体是两个交叉调节臂和对应支撑交叉调节臂的两根支撑立柱，两根支撑立柱平行设置于交叉调节臂末端，每根立柱上设置两根导轨，其中一根导轨上的上下半个行程分别设置左、右旋梯形丝杠，另一立柱上的导轨安装有半行程的丝杠，另一半行程选用光杠直线轴承配合用以保证距离调节时不会产生多余定位增加机构的顺畅性；每根导轨上设置两个滑块，一组滑块与梯形丝杠螺母及卡爪连接，另一组滑块与交叉支撑臂末端连接，螺母通过梯形丝杠副运动进行位置定位与自锁，转动设置在丝杠上的手轮S₂、S₃时，梯形丝杠同时向相反方向旋转，实现两根平行支撑臂的横向间距调节和卡爪的纵向位移，实现对待装设备不同安装接口的适应与装夹。

5.如权利要求1或2所述的敏捷力感末端执行器，其中，敏捷抓取用的卡爪采用了楔面配合与导向定位销配合的方式进行固接。