CN109515768A - 一种多功能末端执行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多功能末端执行器，末端执行器主杆安装在末端执行器支架上，末端工具接口公端的一端与末端执行器主杆的一端螺纹连接，末端工具接口公端的另一端与末端工具通用接口母端相连；控制柜安装在末端执行器支架上，末端执行器支架的一端设有提供视觉定位的相机，另一端设有连接于末端执行器主杆另一端的法兰盘；末端工具接口公端的内部设有可往复移动的活塞，活塞一端的外表面与末端工具接口公端之间设有滚珠，滚珠通过活塞的移动沿径向运动、与末端工具通用接口母端抵接，实现末端工具通用母端与末端工具接口公端之间的连接。本发明实现末端工具的自动更换，保证了工具更换过程的精度，同时还能提高工具更换的效率。

Description

一种多功能末端执行器

技术领域

本发明属于航天器在轨操作领域，具体地说是一种多功能末端执行器。

背景技术

近年来随着航天技术的飞速发展，人类探索开发太空的需求不断增长，航天器在轨寿命问题也逐渐凸显，航天器出现燃料不足、硬件软件等模块故障时，都极有可能导致航天器的报废坠落，严重影响到了航天器的深空探测任务。因此，需要对航天器在轨服务技术进行升级，通过在轨更换、在轨维修、以及在轨加注等操作，能够有效延长航天器的使用寿命，保持任务的持续性。

为了更好地完成空间在轨任务，设计出各式各样的专用末端操作工具，并将它们应用到空间任务中。为了配合空间机械臂系统更好地完成各种在轨任务，减少完成空间任务的成本，一般会给一个机械臂系统配备多个不同的末端操作工具。因此，针对空间机械臂研制一种多功能末端执行器，使其一端与机械臂末端法兰连接，另外一端设计成标准化接口，可携带各种各样的操作工具，该多功能末端执行器构成一种功能齐全、安全可靠、高效率的快换系统。它对于空间机械臂系统完成在轨加注、在轨维修等任务以及减少在轨维护的成本等方面都具有十分重大的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多功能末端执行器。该多功能末端执行器采用推压式锁紧滚珠机构，通过控制推压传动活塞，改变轴向滚珠分布半径，通过轴向滚珠轮廓，确保两端接口端面形成稳定连接，实现末端工具的自动更换，保证了工具更换过程的精度，同时还能提高工具更换的效率。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括控制柜、相机、末端工具通用接口母端、末端工具接口公端、末端执行器主杆、末端执行器支架及法兰盘，其中末端执行器主杆安装在末端执行器支架上，所述末端工具接口公端的一端与末端执行器主杆的一端螺纹连接，末端工具接口公端的另一端与所述末端工具通用接口母端相连；所述控制柜安装在末端执行器支架上，该末端执行器支架的一端设有提供视觉定位的相机，另一端设有连接于末端执行器主杆另一端的法兰盘；所述末端工具接口公端的内部设有可往复移动的活塞，该活塞一端的外表面与末端工具接口公端之间设有滚珠，所述滚珠通过活塞的移动沿径向运动、与所述末端工具通用接口母端抵接，实现该末端工具通用母端与末端工具接口公端之间的连接；

其中：所述末端工具接口公端中间开有沉孔，该沉孔开口端的边缘沿轴向向外延伸、形成凸台，该凸台侧壁上开设有滚珠孔；所述活塞容置于沉孔，并将该沉孔沿轴向分为相对独立的腔体A及腔体B，所述末端工具接口公端的侧壁上分别开设有与腔体A和腔体B相连通的通气口A、通气口B；所述活塞一端的侧壁上开设有凹槽，所述滚珠容置于该凹槽及滚珠孔中，通过所述活塞沿轴向的往复移动，在滚珠孔中沿径向运动；

所述活塞的轴向截面呈“工”字形，该“工”字形两横边之间为腔体B，下面的横边与所述沉孔底面之间为腔体A；

所述末端工具通用接口母端的中间开设有通孔，该通孔的内表面上设有与所述滚珠抵接的锥面；

所述末端工具接口公端朝向末端工具通用接口母端的一面设有导向杆，该末端工具通用接口母端上对应开设有接口；

所述导向杆呈子弹状，即该导向杆的直径由底部向顶部逐渐减小；

所述末端执行器支架一端的两侧对称安装有支撑杆固定角码，每侧的支撑杆固定角码上均连接有相机支撑杆，所述相机安装在该相机支撑杆上。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明通过空间机械臂末端法兰连接多功能末端执行器，利用多功能末端执行器前端的末端工具接口公端与末端工具通用接口母端进行对接配合，完成空间机械臂对不同末端工具的选用。

2.本发明采用推压式锁紧滚珠机构，通过控制推压传动活塞，改变滚珠分布半径，通过滚珠轮廓确保两端接口端面形成稳定连接，实现末端工具的自动更换。

3.本发明外观独特，结构新颖，控制简单，工作可靠性高。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的结构主视图；

图3为本发明的结构俯视图；

图4为本发明末端工具通用接口母端与末端工具接口公端的局部放大立体图；

图5为本发明末端工具通用接口母端与末端工具接口公端的局部放大主视图；

图6为本发明末端工具通过接口母端的立体结构示意图；

图7为本发明末端工具通用接口母端的结构主视图；

图8为图7的A—A剖视图；

图9为本发明末端工具接口公端的立体结构示意图；

图10为为本发明末端工具接口公端的结构主视图；

图11为图10的B—B剖视图；

其中：1为控制柜，2为相机，3为相机支撑杆，4为支撑杆固定角码，5为末端工具通用接口母端，501为接口，502为锥面，6为末端工具接口公端，601为导向杆，602为通气口A，603为通气口B，604为腔体A，605为腔体B，606为滚珠，607为活塞，608为凹槽，609为滚珠孔，610为凸台，7为末端执行器主杆，8为末端执行器支架，9为法兰盘。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1～5所示，本发明包括控制柜1、相机2、相机支撑杆3、支撑杆固定角码4、末端工具通用接口母端5、末端工具接口公端6、末端执行器主杆7、末端执行器支架8及法兰盘9，其中末端执行器主杆7安装在末端执行器支架8上，末端工具接口公端6的一端与末端执行器主杆7的一端螺纹连接，末端工具接口公端6的另一端与末端工具通用接口母端5相连。控制柜1安装在末端执行器支架8上，用于安装放置控制器、芯片等电子元器件。该末端执行器支架8的一端的两侧对称安装有支撑杆固定角码4，每侧的支撑杆固定角码4上均连接有相机支撑杆3，相机2安装在该相机支撑杆3上，为空间机械臂的抓取提供了视觉定位，便于精确抓取目标。末端执行器支架8的另一端设有法兰盘9，该法兰盘9与末端执行器主杆7的另一端螺纹连接。末端工具接口公端6的内部设有可往复移动的活塞607，该活塞607一端的外表面与末端工具接口公端6之间设有滚珠606，滚珠606通过活塞的移动沿径向运动、与末端工具通用接口母端5抵接，实现该末端工具通用母端5与末端工具接口公端6之间的连接。

如图6～8所示，本发明的末端工具通用接口母端5为圆盘状，末端工具通用接口母端5的中间开设有通孔，该通孔的内表面上设有与滚珠606抵接的锥面502。末端工具通用接口母端5的边缘沿圆周方向均布有至少一个接口501，本实施例的接口501为两个。

如图9～11所示，本发明的末端工具接口公端6为圆盘状，中间开有沉孔，该沉孔开口端的边缘沿轴向向外延伸、形成凸台610，该凸台610在末端工具通用接口母端5与末端工具接口公端6连接时插入末端工具通用接口母端5的通孔中。沉孔的侧壁上开设有多个滚珠孔609，每个滚珠孔609中均容置有滚珠606。活塞607容置于沉孔，并将该沉孔沿轴向分为相对独立的腔体A604及腔体B605，末端工具接口公端6的侧壁上分别开设有与腔体A604和腔体B605相连通的通气口A602、通气口B603。活塞607一端的侧壁上开设有环形的凹槽608，滚珠606容置于该凹槽608及滚珠孔609中，通过活塞607沿轴向的往复移动，在滚珠孔609中沿径向运动。本实施例的活塞607的轴向截面呈“工”字形，该“工”字形两横边之间为腔体B605，下面的横边与沉孔底面之间为腔体A604。末端工具接口公端6朝向末端工具通用接口母端5的一面设有与接口501数量相同、一一对应的导向杆601，该末端工具接口公端6与末端工具通用接口母端5连接时，通过导向杆601插入对应接口501实现导向。本实施例的导向杆601呈子弹状，即该导向杆601的直径由底部向顶部逐渐减小，便于对接定位。

本发明的工作原理为：

末端工具通用接口母端5与末端工具接口公端6采用与“直插式管接头”内部结构相似的方法进行设计，末端工具通用接口母端5采用标准化设计，用于与末端工具接口公端6进行配合。

将末端执行器安装于空间机械臂末端，通过相机2的视觉定位，求解出末端工具通用接口母端5的位姿，然后通过机械臂轨迹规划算法解出空间机械臂运动轨迹，控制机械臂达到指定的位姿，将末端工具接口公端6上的导向杆601对准末端工具通用接口母端5上的接口501，进行引导配合，然后通过控制末端工具接口公端6内部的活塞607推压传动，改变滚珠606分布半径(即沿径向运动)，通过滚珠606的轮廓确保两端接口端面形成稳定连接，实现多功能末端执行器对多样化的末端工具进行更换。

本发明通过空间机械臂末端法兰连接多功能末端执行器，利用多功能末端执行器前端的末端工具接口公端6与末端工具通用接口母端5进行对接配合，完成空间机械臂对不同末端工具的选用。本发明采用推压式锁紧滚珠机构，通过控制推压传动活塞，改变滚珠分布半径，通过滚珠轮廓确保两端接口端面形成稳定连接，实现末端工具的自动更换。

Claims (7)

1.一种多功能末端执行器，其特征在于：包括控制柜(1)、相机(2)、末端工具通用接口母端(5)、末端工具接口公端(6)、末端执行器主杆(7)、末端执行器支架(8)及法兰盘(9)，其中末端执行器主杆(7)安装在末端执行器支架(8)上，所述末端工具接口公端(6)的一端与末端执行器主杆(7)的一端螺纹连接，末端工具接口公端(6)的另一端与所述末端工具通用接口母端(5)相连；所述控制柜(1)安装在末端执行器支架(8)上，该末端执行器支架(8)的一端设有提供视觉定位的相机(2)，另一端设有连接于末端执行器主杆(7)另一端的法兰盘(9)；所述末端工具接口公端(6)的内部设有可往复移动的活塞(607)，该活塞(607)一端的外表面与末端工具接口公端(6)之间设有滚珠(606)，所述滚珠(606)通过活塞的移动沿径向运动、与所述末端工具通用接口母端(5)抵接，实现该末端工具通用母端(5)与末端工具接口公端(6)之间的连接。

2.根据权利要求1所述的多功能末端执行器，其特征在于：所述末端工具接口公端(6)中间开有沉孔，该沉孔开口端的边缘沿轴向向外延伸、形成凸台(610)，该凸台(610)侧壁上开设有滚珠孔(609)；所述活塞(607)容置于沉孔，并将该沉孔沿轴向分为相对独立的腔体A(604)及腔体B(605)，所述末端工具接口公端(6)的侧壁上分别开设有与腔体A(604)和腔体B(605)相连通的通气口A(602)、通气口B(603)；所述活塞(607)一端的侧壁上开设有凹槽(608)，所述滚珠(606)容置于该凹槽(608)及滚珠孔(609)中，通过所述活塞(607)沿轴向的往复移动，在滚珠孔(609)中沿径向运动。

3.根据权利要求2所述的多功能末端执行器，其特征在于：所述活塞(607)的轴向截面呈“工”字形，该“工”字形两横边之间为腔体B(605)，下面的横边与所述沉孔底面之间为腔体A(604)。

4.根据权利要求1所述的多功能末端执行器，其特征在于：所述末端工具通用接口母端(5)的中间开设有通孔，该通孔的内表面上设有与所述滚珠(606)抵接的锥面(502)。

5.根据权利要求1所述的多功能末端执行器，其特征在于：所述末端工具接口公端(6)朝向末端工具通用接口母端(5)的一面设有导向杆(601)，该末端工具通用接口母端(5)上对应开设有接口(501)。

6.根据权利要求5所述的多功能末端执行器，其特征在于：所述导向杆(601)呈子弹状，即该导向杆(601)的直径由底部向顶部逐渐减小。

7.根据权利要求1所述的多功能末端执行器，其特征在于：所述末端执行器支架(8)一端的两侧对称安装有支撑杆固定角码(4)，每侧的支撑杆固定角码(4)上均连接有相机支撑杆(3)，所述相机(2)安装在该相机支撑杆(3)上。