CN109465828A - 一种盘式欠驱动防锁死抱紧机构 - Google Patents

一种盘式欠驱动防锁死抱紧机构 Download PDF

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Abstract

一种盘式欠驱动防锁死抱紧机构，包括：手爪、外环转盘、基座、外环传动齿轮、外环传动电机；外环传动电机工作，带动外环传动齿轮转动，外环传动齿轮转动带动外环转盘转动转动，外环转盘转动与基座通过轴承连接，外环转盘转动能够使手爪张开或闭合，闭合时能够夹持住待夹持目标物外壁；手爪的弧形夹持部内侧设有弹簧柱塞，能够在靠近待夹持目标物时，起导向作用，使弧形夹持部与待夹持目标物准确对接；目标物位置检测传感器能够实时检测待夹持目标物是否进入可夹持范围；夹持力传感器能够在弧形夹持部夹持住待夹持目标物后测量夹持力，实时调整弧形夹持部的夹持力达到任务要求，满足外环夹紧的需要，可用于对接夹持航天器喷管的外壁进行抱紧。

Description

一种盘式欠驱动防锁死抱紧机构
技术领域
本发明涉及一种盘式欠驱动防锁死抱紧机构，属于空间对接技术领域。
背景技术
传统对接机构的抓取都是采用手爪直接抓取，这样虽然能抓住物体，但无法保证物体在手爪中的姿态和精确位置，对于非合作目标，要求能准确抓取并且有足够的夹持力，现有对接机构无法做到，无法既具有抓取定位功能，又具备一定的保持力和力矩，无法保证目标物的准确位置和姿态，无法实现准确抓取。
发明内容
本发明解决的技术问题为：克服现有技术不足，提供一种盘式欠驱动防锁死抱紧机构，应用于非合作目标，要求能准确抓取并且有足够的夹持力。对于非合作性目标，这种夹持力是靠摩擦力转化而来的。这就要求该结构既要具有抓取定位功能，又要具备一定的保持力和力矩，既可以实现紧凑型布局，又能满足内外环同步夹紧的需要。
本发明解决的技术方案为：一种盘式欠驱动防锁死抱紧机构，包括：手爪、外环转盘、基座、外环传动齿轮、外环传动电机；
外环传动电机工作，带动外环传动齿轮转动，外环传动齿轮转动带动外环转盘转动转动，外环转盘转动与基座通过轴承连接，外环转盘转动能够使手爪张开或闭合，闭合时能够夹持住待夹持目标物外壁。
手爪，包括：弧形夹持部、目标物位置检测传感器和夹持力传感器；
目标物位置检测传感器能够监测目标物的位置；弧形夹持部为多个，抱紧时能够形成一个闭合形状，夹持住待夹持目标物外壁，夹持力传感器能够感知弧形夹持部夹持住待夹持目标物外壁的力度，反馈给弧形夹持部，进行夹持力调整，最终达到所需的夹持力
弧形夹持部内侧设有弹簧柱塞，能够在靠近待夹持目标物时，起导向作用，使弧形夹持部与待夹持目标物准确对接；目标物位置检测传感器能够实时检测待夹持目标物是否进入可夹持范围；夹持力传感器能够在弧形夹持部夹持住待夹持目标物后测量夹持力，实时调整弧形夹持部的夹持力达到任务要求。
外环转盘，为圆盘形，一侧设有多个导向槽，每个导向槽为进给槽和同心槽连通而成，进给槽能够推动手爪张合，同心槽能够实现手爪自锁。
手爪上还设有随动器，外环转盘转动带动手爪上的随动器相对待夹持目标物前后运动，从而带动手爪张开闭合。
还包括随动器，随动器安装在同心槽与进给槽内，能够沿同心槽与进给槽滑动，当滑入同心槽时锁定位置.
手爪上与待夹持目标物接触位置设置柔性材料。
外环传动电机通过外环传动齿轮实现位置偏置。
外环传动电机安装在基座上。
还包括外壳，外环转盘、基座、外环传动齿轮、外环传动电机安装在外壳内，与基座连接。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明中应用的外环夹紧方式，外环中空偏置齿轮传动，是为了既可以实现紧凑型布局，又能满足外环夹紧的需要。
(2)本发明主要应用于非合作目标，要求能准确抓取并且有足够的夹持力。对于非合作性目标，这种夹持力是靠摩擦力转化而来的。这就要求该结构既要具有抓取定位功能，又要具备一定的保持力和力矩。
(3)本发明中可以采用盘式欠驱动抱紧机构(外环)确保力和力矩。
附图说明
图1为本发明抱紧机构示意图；
图2为本发明抱紧机构手爪闭合图示意图；
图3为本发明抱紧机构手爪张开图示意图；
图4为本发明抱紧机构手爪示意图；
图5为本发明手爪示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述。
本发明一种盘式欠驱动防锁死抱紧机构，包括：手爪、外环转盘、基座、外环传动齿轮、外环传动电机；外环传动电机工作，带动外环传动齿轮转动，外环传动齿轮转动带动外环转盘转动转动，外环转盘转动与基座通过轴承连接，外环转盘转动能够使手爪张开或闭合，闭合时能够夹持住待夹持目标物外壁；手爪的弧形夹持部内侧设有弹簧柱塞，能够在靠近待夹持目标物时，起导向作用，使弧形夹持部与待夹持目标物准确对接；目标物位置检测传感器能够实时检测待夹持目标物是否进入可夹持范围；夹持力传感器能够在弧形夹持部夹持住待夹持目标物后测量夹持力，实时调整弧形夹持部的夹持力达到任务要求。手爪上还设有随动器，外环转盘转动带动手爪上的随动器相对待夹持目标物前后运动，从而带动手爪张开闭合；满足外环夹紧的需要，可用于对接夹持航天器喷管的外壁进行抱紧。
如图1所示，本发明一种盘式欠驱动防锁死抱紧机构，包括：手爪、外环转盘、基座、外环传动齿轮、外环传动电机；
外环，包括：外环转盘、外环传动齿轮、外环传动电机、轴承、转盘机构；
转盘机构设置在基座中心，转盘机构外侧设有轴承，转盘机构通过轴承连接到基座上；转盘机构与外环传动齿轮通过螺栓连接；
外环传动电机，驱动外环传动齿轮转动，从而驱动转盘机构转动；转盘机构驱动外环转盘转动；
手爪，包括：弧形夹持部和目标物位置检测传感器和夹持力传感器；
弧形夹持部，包括：手爪基体、传感器固定块、上盖板、下盖板、随动器；走线槽；
如图4所示，手爪基体为弧形金属块；弧形夹持部包括：弧形段、L型支架，弧形段与L型支架一体成型；L型支架的长边与弧形段相连，随动器装在L型支架的短边；L型支架的短边的横截面为工字型，L型支架短边作为滑块，基座上开有滑槽，L型支架的短边能够在滑槽内滑动，从而确定弧形夹持部运动方向；外环转盘转动带动手爪上的随动器相对待夹持目标物在基座的滑槽内前后运动，从而带动手爪张开闭合；如图2和图3所示；
外环，包括：外环转盘、外环传动齿轮、外环传动电机、轴承、转盘机构；
转盘机构设置在基座中心，转盘机构外侧设有轴承，转盘机构通过轴承连接到基座上；转盘机构与外环传动齿轮通过螺栓连接；
外环传动电机，驱动外环传动齿轮转动，从而驱动转盘机构转动；转盘机构驱动外环转盘转动；
手爪，包括：弧形夹持部和目标物位置检测传感器和夹持力传感器；
弧形夹持部，包括：手爪基体、传感器固定块、上盖板、下盖板、随动器；走线槽；
手爪基体为弧形金属块；弧形夹持部包括：弧形段、L型支架，弧形段与L型支架一体成型；L型支架的长边与弧形段相连，随动器装在L型支架的短边；L型支架的短边的横截面为工字型，L型支架短边作为滑块，基座上开有滑槽，L型支架的短边能够在滑槽内滑动，从而确定弧形夹持部运动方向；外环转盘转动带动手爪上的随动器相对待夹持目标物在基座的滑槽内前后运动，从而带动手爪张开闭合；
还可以设有底盘，基座与底盘之间通过连接杆连接；通过基座与底盘形成装配调试空间，能够在调试完成后安装外壳；外环传动电机安装在基座上；外壳为金属材料，优选铝合金。
通过基座与底盘形成装配调试空间，能够在调试完成后安装外壳；外壳为空心圆柱形，能够与快插底座连接。
本发明的手爪加持力优选方案如下：
选择力为200N的氮气弹簧，初始状态为最大伸出，最大伸出至工作位时压缩26mm，可提供233N的力，三根氮气弹簧的总力为700N，即Fs沿y轴的分力，即Fsy＝700N。
工作位时(工作位时指手抓抱紧待夹持目标物)，手爪围成环的直径d＝275mm，即在待夹持目标物(即为喷管)直径为275mm处抓取。待夹持目标物为空心圆台，两端开口，小端面直径为100mm～120mm，大端面直径为300mm～310mm。
待夹持目标物(即喷管)表面对夹爪的支反力为FsN，摩擦力为Fsf，合力为Fs。
外环转盘上每个导向槽为进给槽和同心槽连通而成，进给槽对随动器(即槽轮)的有效推力为Fn。基座上开有滑槽对滑块的摩擦力为Ff，滑槽对滑块的支反力FN。滑槽对滑块接触表面摩擦系数为f＝0.15，手爪的夹持部的的内弧长度l＝68mm；柔性材料选取橡胶，摩擦系数为f橡胶＝0.6，摩擦角γ橡胶＝31°。
如图5所示，以L型支架短边的中心为原点，L型支架的短边滑动方向为x轴,L型支架的长边方向为y轴，右手定则确定z轴；
当Fsy＝700N时，Fs在x轴上的力
力矩平衡：L型受到的总力矩：T＝Ts-Tn＝210·Fs-21.5·Fn
其中，Ts为Fs到L型支架短边中心的力矩；Fn为随动器上受到的驱动力；Tn为Fn到L型支架短边中心的力矩；
由总力矩T产生的摩擦力：FT＝2·f·T/l＝0.93·Fs-0.095·Fn
根据力平衡，求出Fn＝Fsx+Ff+FT＝Fs·[cos(41°)+f·sin(41°)+0.93]-0.095·Fn
Fn＝1.62·Fs＝1728N
可知作用在待夹持目标物(喷管)外表面的压力为：FsN＝cosγ橡胶·Fs＝915N
手爪抓紧时可抵抗的扭矩为：d为系数取0.275；
手爪与待夹持目标物接触，接触面积按手爪设计的面积计算，为S总＝n·S单＝6·125·7＝5250mm2，S单为单个手爪的接触面积，S总为所有手爪接触面积，n为手爪数量；表面接触应力为σ＝Fs/S总＝0.205Mpa
轴承的预紧优选方案如下：
由于空间温差很大，采用定位预紧方式，其预紧载荷随空间环境的变化而变化。要保证旋转机构正常运行，需要选一个合适的初始预紧载荷，使预紧载荷变化时不超过旋转机构正常工作的极限载荷。预紧量过大会出现轴承卡死，且降低轴承寿命。
外环转盘工作时受700N的轴向力，但的轴承尺寸选择很大。考虑到外环转盘的轴承选择很大且上下定位座轴承受力不大，可以不用校核轴承额定动载荷和额定静载荷，只需计算轴承预紧力是否能满足要求。
此预紧方式既能保证在工作状态下都预紧，又不会产生过大的启动力矩，使轴承卡死。
综合性能参数
实际施加垂直方向抓紧力600N～700N(丝杠最大受力700N)
手抓抓紧时可抵抗的扭矩为：220NM～230NM
接触应力0.205Mpa
抓取角度范围±15°
抓取直径行程：270～340mm，手爪开合时间1.5s～1.5s
抓取上下行程：88mm，抓紧所需时间13s
氮气弹簧收缩26mm
电机型号优选如下：
外环传动电机：选择功率70W，电压24V，额定转速6110r/min，额定转矩0.128Nm。行星齿轮箱减速比为216:1
外环传动齿轮尺寸选择
标准α＝20°直齿圆柱齿轮
外环转盘：型号为7919A5mm，内径95mm，外径130mm，厚度18mm；
手爪，包括：弧形夹持部、目标物位置检测传感器和夹持力传感器；
弧形夹持部内侧设有弹簧柱塞，能够在靠近待夹持目标物时，起导向作用，使弧形夹持部与待夹持目标物准确对接；目标物位置检测传感器能够实时检测待夹持目标物是否进入可夹持范围；夹持力传感器能够在弧形夹持部夹持住待夹持目标物后测量夹持力，实时调整弧形夹持部的夹持力达到任务要求。
本发明中外环作为整个系统的基座其上下位置是固定的。外环驱动采用外齿轮传动。保证了传动系统柔性又避免了外环在结构上的冲突。这种交错嵌套式的结构布局在保证结构功能和强度的基础上，均有效的减小了对接的体积和重量，节省了成本。
捕获流程：盘式欠驱动抱紧机构使手爪收缩，将喷管锁定在手爪的内部空间，此时并没有抓紧喷管，这样喷管在手爪内部可有一定的自由量。随后氮气弹簧压缩，逐步施加锁紧力，使喷管最终固定。
外环锁紧对接。由于喷管的喷口呈锥形，无对接锁定特征，因此需要采用摩擦力抱紧的方式，保证对接后目标物体的稳定性，防止其偏斜和转动。
外环紧凑型布局。总体布局采用外环布局：外环为旋转手爪，旋转盘置于滑槽上端，滑槽基座位于下端且充当支撑作用，这样的布局方式使对接机构结构紧凑，支撑牢固。
此方案可先装内部部件，上下板靠三个支撑柱连接，当内部机械和电气都调整好后，再将外壳装上，装外壳需要两步，首先将外壳沿槽导入到顶部，然后将外壳旋转使固定柱转入上下板内。对上孔后即可将外壳固定。
本发明采用双电机偏置布置，依靠齿轮传动将扭矩传输到驱动装置上，避免了刚性传动。同时保证了外环运动。且电机在上下位置上交错布置有效的节省了内部空间。

Claims (10)

1.一种盘式欠驱动防锁死抱紧机构，其特征在于包括：手爪、外环转盘、基座、外环传动齿轮、外环传动电机；
外环传动电机工作，带动外环传动齿轮转动，外环传动齿轮转动带动外环转盘转动转动，外环转盘转动与基座通过轴承连接，外环转盘转动能够使手爪张开或闭合，闭合时能够夹持住待夹持目标物外壁。
2.根据权利要求1所述的一种盘式欠驱动防锁死抱紧机构，其特征在于：手爪，包括：弧形夹持部、目标物位置检测传感器和夹持力传感器；
目标物位置检测传感器能够监测目标物的位置；弧形夹持部为多个，抱紧时能够形成一个闭合形状，夹持住待夹持目标物外壁，夹持力传感器能够感知弧形夹持部夹持住待夹持目标物外壁的力度，反馈给弧形夹持部，进行夹持力调整，最终达到所需的夹持力。
3.根据权利要求2所述的一种盘式欠驱动防锁死抱紧机构，其特征在于：弧形夹持部内侧设有弹簧柱塞，能够在靠近待夹持目标物时，起导向作用，使弧形夹持部与待夹持目标物准确对接；目标物位置检测传感器能够实时检测待夹持目标物是否进入可夹持范围；夹持力传感器能够在弧形夹持部夹持住待夹持目标物后测量夹持力，实时调整弧形夹持部的夹持力达到任务要求。
4.根据权利要求1所述的一种盘式欠驱动防锁死抱紧机构，其特征在于：外环转盘，为圆盘形，一侧设有多个导向槽，每个导向槽为进给槽和同心槽连通而成，进给槽能够推动手爪张合，同心槽能够实现手爪自锁。
5.根据权利要求1所述的一种盘式欠驱动防锁死抱紧机构，其特征在于：手爪上还设有随动器，外环转盘转动带动手爪上的随动器相对待夹持目标物前后运动，从而带动手爪张开闭合。
6.根据权利要求1所述的一种盘式欠驱动防锁死抱紧机构，其特征在于：还包括随动器，随动器安装在同心槽与进给槽内，能够沿同心槽与进给槽滑动，当滑入同心槽时锁定位置。
7.根据权利要求1所述的一种盘式欠驱动防锁死抱紧机构，其特征在于：手爪上与待夹持目标物接触位置设置柔性材料。
8.根据权利要求1所述的一种盘式欠驱动防锁死抱紧机构，其特征在于：外环传动电机通过外环传动齿轮实现位置偏置。
9.根据权利要求1所述的一种盘式欠驱动防锁死抱紧机构，其特征在于：外环传动电机安装在基座上。
10.根据权利要求1所述的一种盘式欠驱动防锁死抱紧机构，其特征在于：还包括外壳，外环转盘、基座、外环传动齿轮、外环传动电机安装在外壳内，与基座连接。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4929009A (en) * 1987-09-28 1990-05-29 National Research Council Of Canada/Conseil National De Reserches Du Canada End effector
CN101543995A (zh) * 2009-05-10 2009-09-30 广东巨轮模具股份有限公司 轮胎硫化机装胎机械手
CN101722510A (zh) * 2009-11-30 2010-06-09 哈尔滨工业大学 用于空间环境的大容差柔性捕获机构
CN102490181A (zh) * 2011-11-21 2012-06-13 哈尔滨工业大学 用于空间在轨模块更换的抓持机构
CN105150226A (zh) * 2015-08-19 2015-12-16 北京空间飞行器总体设计部 一种空间小型机械臂末端执行装置
CN108382614A (zh) * 2018-02-05 2018-08-10 西北工业大学深圳研究院 一种针对外形不确定的空间碎片外包络抓捕装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4929009A (en) * 1987-09-28 1990-05-29 National Research Council Of Canada/Conseil National De Reserches Du Canada End effector
CN101543995A (zh) * 2009-05-10 2009-09-30 广东巨轮模具股份有限公司 轮胎硫化机装胎机械手
CN101722510A (zh) * 2009-11-30 2010-06-09 哈尔滨工业大学 用于空间环境的大容差柔性捕获机构
CN102490181A (zh) * 2011-11-21 2012-06-13 哈尔滨工业大学 用于空间在轨模块更换的抓持机构
CN105150226A (zh) * 2015-08-19 2015-12-16 北京空间飞行器总体设计部 一种空间小型机械臂末端执行装置
CN108382614A (zh) * 2018-02-05 2018-08-10 西北工业大学深圳研究院 一种针对外形不确定的空间碎片外包络抓捕装置

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