CN110525697B - 一种充气手的收拢装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种充气手的收拢装置，包括外部套筒，电机，绳索。外部套筒为圆锥形结构或半球形结构，是充气手收拢后的容纳装置，便于绳索对充气手的拉拽，其容积由充气手尺寸与折叠冗余确定；电机包括数个在套筒内壁上直线排列的电机，电机数量由指节数量确定；电机和手掌、指节及指尖通过绳索连接，每个电机所连绳索数目由手指数量确定。当充气手需要回收时，电机按照从手掌到指节再到指尖的顺序收回绳索，充气手会收拢至外部套筒内腔中。本发明用于空间在轨维修或抓取废弃卫星等的充气手的收拢，结构简单，适用范围广，可多次重复使用。

Description

一种充气手的收拢装置
技术领域
本发明涉及一种空间柔性体收拢装置，特别是一种柔性充气手指的收拢装置，属于空间在轨维修技术领域。
背景技术
现今世界各国越来越重视外层空间的探索与开发，在这个过程中空间航天器的故障或废弃等使得需要在轨维修或回收外层空间中存在的越来越多的空间碎片，因此开展在轨维修及空间碎片回收清除方面的工作具有非常重要的意义。
现阶段已研发出各种空间在轨维修及回收装置，例如：空间机械臂、充气手指装置等。其中充气手指装置的工作过程为接近碎片、展开装置、抓取碎片，回收碎片。在工作过程中需要充气手装置的灵活展开与收拢。目前还没有针对充气手的收拢装置，即无法满足多次重复使用的需求，要实现应用充气手的空间碎片多次重复回收清除工作，必须考虑充气手的收拢装置。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为克服现有技术的不足，本发明提供了一种充气手的收拢装置，解决空间充气手收拢问题。
本发明所采用的技术方案是：
一种充气手的收拢装置，包含外部套筒、电机和绳索，外部套筒为圆锥形结构或半球形结构，外部套筒小径端固定连接在伸展手臂距离末端1/4-1/3位置处，伸入外部套筒中的伸展手臂端依次连接有手掌和手指，每个手指之间设置指节，通过伸展手臂实现对手掌和手指的充放气；
电机呈直线排布方式设置在外部套筒的内壁上，且分布于手掌的两侧，两侧首个电机位置与伸展手臂和手掌的连接处平齐，后续电机依次连续排列，电机与手掌、指节及指尖通过绳索连接，电机数量由指节数量确定，每个电机所连绳索数量由手指数量确定；
收拢时，电机(按照从手掌到指尖的顺序依次收回绳索，手掌手指折叠收回至外部套筒内腔中。
电机数量A与每根手指所含指节数量C的关系为A＝(C+2)*2，电机在手掌所在平面内，分布在手掌两侧，每侧电机数目均为A/2个，充气手最终收拢状态为：手掌紧贴伸展手臂，手指分布在外部套筒内壁上。
连接手掌的每个电机所连绳索数量均为1，连接指节及指尖的每个电机所连绳索数量D与手指数量B的关系为D＝[B/2]，[]表示向上取整数。
与外部套筒小径端最近的两侧电机通过绳索连接手掌末端，相邻的电机通过绳索连接手指的第一个指节，按此顺序电机依次与对应指节及指尖通过绳索连接。
每个电机上的绳索和与电机相近的手指上的指节相连，当充气手的手指数量B为偶数时，手掌两侧的电机依次连接就近的B/2根手指的对应指节；当B为奇数时，手掌一侧的电机依次连接就近的[B/2]根手指的对应指节及指尖，[]表示向上取整数，另一侧电机依次连接(B/2)根手指的对应指节及指尖，()表示向下取整。
电机数量A与每根手指所含指节数量C的关系为A＝C+3，电机在手掌所在平面外，沿平面法线正负方向分布，两侧电机数目分别为[A/2]个和(A/2)个，[]表示向上取整，()表示向下取整，充气手最终收拢状态为：手掌紧贴伸展手臂，充气手收拢截面为折线型。
电机与指节及指尖通过绳索连接，连接指节和指尖的每个电机所连绳索数目D与手指数量B的关系为D＝B。
与外部套筒小径端最近的两侧电机通过绳索连接手掌，一侧的相邻电机通过绳索连接全部手指的第一个指节，另一侧相邻电机连接全部手指的第二个指节，按此顺序两侧电机依次与对应指节及指尖交替连接。
手掌和手指收拢后的折叠冗余δ满足：0.05m3≤δ≤0.1m3。
当充气手需要收拢时，两侧电机按照从手掌到指尖的顺序依次启动收回绳索，且要保证上一部位已收拢完成后才可进行下一部位的收拢，即连接手掌的电机先转动收回绳索，待手掌收拢完毕后，连接不同手指第一个指节的电机再转动收回绳索，按此顺序依次进行收拢，直至充气手完全收拢至外部套筒内腔中。
本发明与现有技术相比的有益效果：
(1)本发明的充气手的收拢装置，电机按照从手掌到指尖的顺序依次收回绳索，手掌手指折叠收回至外部套筒内腔中，实现了充气手在太空中的可多次重复使用；
(2)本发明通过电机的数量、电机的排布方式、绳索与指节的不同连接方式，实现了空间在轨维修或抓取废弃卫星等所用的充气手的不同方式收拢，适用范围广泛。
附图说明
图1是本发明实施例外部套筒为喇叭口形，充气手指数目为偶数且充气手指最终收拢状态为：手指分布在外部套筒内壁上的结构示意图；
图2是本发明实施例外部套筒为半球形，充气手指数目为偶数且充气手指最终收拢状态为：手指分布在外部套筒内壁上的结构示意图；
图3是本发明实施例外部套筒为半球形，充气手指数目为偶数且充气手指最终收拢状态为：手指收拢截面为折线型的结构示意图；
图4是本发明实施例外部套筒为喇叭口形，充气手指数目为奇数且最终收拢状态为：手指分布在外部套筒内壁上的结构示意图；
图5是本发明实施例外部套筒为喇叭口形，充气手每根手指指节数目为1且手指最终收拢状态为：手指分布在外部套筒内壁上的结构示意图；
图6是本发明实施例外部套筒为喇叭口形，充气手每根手指指节数目为1且手指最终收拢状态为：手指收拢截面为折线型的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步描述。
参照图1至6，一种充气手的收拢装置，包含外部套筒1、电机2和绳索3，外部套筒1为圆锥形结构或半球形结构，外部套筒1小径端固定连接在伸展手臂距离末端1/4-1/3位置处，伸入外部套筒1中的伸展手臂端依次连接有手掌和手指，每个手指之间设置指节，通过伸展手臂实现对手掌和手指的充放气；
电机2呈直线排布方式设置在外部套筒1的内壁上，且分布于手掌的两侧，两侧首个电机位置与伸展手臂和手掌的连接处平齐，后续电机依次连续排列，电机2与手掌、指节及指尖通过绳索3连接，电机2数量由指节数量确定，每个电机2所连绳索数量由手指数量确定；
收拢时，电机2按照从手掌到指尖的顺序依次收回绳索3，手掌手指折叠收回至外部套筒1内腔中。手掌和手指收拢后的折叠冗余δ满足：0.05m3≤δ≤0.1m3。外部套筒的内部容积不小于充气手完全收拢后的体积，充气手完全收拢后完全置于外部套筒内腔中。
如图1、2、4、5所示，电机2数量A与每根手指所含指节数量C的关系为A＝(C+2)*2，电机在手掌所在平面内，分布在手掌两侧，每侧电机数目均为A/2个，充气手最终收拢状态为：手掌紧贴伸展手臂，手指分布在外部套筒内壁上。连接手掌的每个电机所连绳索数量均为1，连接指节及指尖的每个电机所连绳索数量D与手指数量B的关系为D＝[B/2]，[]表示向上取整数。与外部套筒(1)小径端最近的两侧电机通过绳索连接手掌末端，相邻的电机通过绳索连接手指的第一个指节，按此顺序电机依次与对应指节及指尖通过绳索连接。每个电机上的绳索和与电机相近的手指上的指节相连，当充气手的手指数量B为偶数时，手掌两侧的电机依次连接就近的B/2根手指的对应指节；当B为奇数时，手掌一侧的电机依次连接就近的[B/2]根手指的对应指节及指尖，[]表示向上取整数，另一侧电机依次连接(B/2)根手指的对应指节及指尖，()表示向下取整。
如图3、6所示，电机2数量A与每根手指所含指节数量C的关系为A＝C+3，电机在手掌所在平面外，沿平面法线正负方向分布，两侧电机数目分别为[A/2]个，[]表示向上取整，(A/2)个，()表示向下取整，充气手最终收拢状态为：手掌紧贴伸展手臂，充气手收拢截面为折线型。电机2与指节及指尖通过绳索(3)连接，连接指节和指尖的每个电机所连绳索数目D与手指数量B的关系为D＝B。与外部套筒1小径端最近的两侧电机通过绳索连接手掌，一侧的相邻电机通过绳索连接全部手指的第一个指节，另一侧相邻电机连接全部手指的第二个指节，按此顺序两侧电机依次与对应指节及指尖交替连接。
当充气手需要收拢时，两侧电机按照从手掌到指尖的顺序依次启动收回绳索，且要保证上一部位已收拢完成后才可进行下一部位的收拢，即连接手掌的电机先转动收回绳索，待手掌收拢完毕后，连接不同手指第一个指节的电机再转动收回绳索，按此顺序依次进行收拢，直至充气手完全收拢至外部套筒内腔中。
具体实施例：
参照图4，现有3根手指且每根手指有2个弯曲指节的充气手，电机总数量为8，两侧均为4，连接手掌的电机2-1和2-2均与手掌末端通过1根绳索连接；其余电机均有2根绳索与指节及指尖连接，电机2-3和2-4均连接手指的第一个指节，且电机2-3上两根绳索连接上侧的两根手指的第一指节，电机2-4上两根绳索连接下侧手指的第一指节；电机2-5和2-6均连接手指的第二个指节，且电机2-5上两根绳索连接上侧的两根手指的第二指节，电机2-6上两根绳索连接下侧手指的第二指节；电机2-7和2-8均连接手指的指尖，且电机2-7上两根绳索连接上侧的两根手指的指尖，电机2-8上两根绳索连接下侧手指的指尖。若充气手需要收拢时，电机按照从手掌到指端的顺序依次收紧，且要保证上一部位已收拢完成后才可进行下一部位的收拢，即工作顺序依次为2-1和2-2、2-3和2-4、2-5和2-6、2-7和2-8。
本发明优点：结构简单，适用范围广，可多次重复使用，尤其适用于大型废弃卫星等的充气手收拢。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。

Claims (10)

1.一种充气手的收拢装置，其特征在于，包含外部套筒(1)、电机(2)和绳索(3)，外部套筒(1)为圆锥形结构或半球形结构，外部套筒(1)小径端固定连接在伸展手臂距离末端1/4-1/3位置处，伸入外部套筒(1)中的伸展手臂端依次连接有手掌和手指，每个手指之间设置指节，通过伸展手臂实现对手掌和手指的充放气；
电机(2)呈直线排布方式设置在外部套筒(1)的内壁上，且分布于手掌的两侧，两侧首个电机位置与伸展手臂和手掌的连接处平齐，后续电机依次连续排列，电机(2)与手掌、指节及指尖通过绳索(3)连接，电机(2)数量由指节数量确定，每个电机(2)所连绳索数量由手指数量确定；
收拢时，电机(2)按照从手掌到指尖的顺序依次收回绳索(3)，手掌和手指折叠收回至外部套筒(1)内腔中。
2.根据权利要求1所述的一种充气手的收拢装置，其特征在于：电机(2)数量A与每根手指所含指节数量C的关系为A＝(C+2)*2，电机在手掌所在平面内，分布在手掌两侧，每侧电机数目均为A/2个，充气手最终收拢状态为：手掌紧贴伸展手臂，手指分布在外部套筒内壁上。
3.根据权利要求2所述的一种充气手的收拢装置，其特征在于：连接手掌的每个电机所连绳索数量均为1，连接指节及指尖的每个电机所连绳索数量D与手指数量B的关系为D＝[B/2]，[]表示向上取整数。
4.根据权利要求2所述的一种充气手的收拢装置，其特征在于：与外部套筒(1)小径端最近的两侧电机通过绳索连接手掌末端，相邻的电机通过绳索连接手指的第一个指节，按此顺序电机依次与对应指节及指尖通过绳索连接。
5.根据权利要求4所述的一种充气手的收拢装置，其特征在于：每个电机上的绳索和与电机相近的手指上的指节相连，当充气手的手指数量B为偶数时，手掌两侧的电机依次连接就近的B/2根手指的对应指节；当B为奇数时，手掌一侧的电机依次连接就近的[B/2]根手指的对应指节及指尖，[]表示向上取整数，另一侧电机依次连接(B/2)根手指的对应指节及指尖，()表示向下取整。
6.根据权利要求1所述的一种充气手的收拢装置，其特征在于：电机(2)数量A与每根手指所含指节数量C的关系为A＝C+3，电机在手掌所在平面外，沿平面法线正负方向分布，两侧电机数目分别为[A/2]个和(A/2)个，[]表示向上取整，()表示向下取整，充气手最终收拢状态为：手掌紧贴伸展手臂，充气手收拢截面为折线型。
7.根据权利要求6所述的一种充气手的收拢装置，其特征在于：电机(2)与指节及指尖通过绳索(3)连接，连接指节和指尖的每个电机所连绳索数目D与手指数量B的关系为D＝B。
8.根据权利要求6所述的一种充气手的收拢装置，其特征在于：与外部套筒(1)小径端最近的两侧电机通过绳索连接手掌，一侧的相邻电机通过绳索连接全部手指的第一个指节，另一侧相邻电机连接全部手指的第二个指节，按此顺序两侧电机依次与对应指节及指尖交替连接。
9.根据权利要求1所述的一种充气手的收拢装置，其特征在于：手掌和手指收拢后的折叠冗余δ满足：0.05m3≤δ≤0.1m3。
10.根据权利要求2所述的一种充气手的收拢装置，其特征在于：当充气手需要收拢时，两侧电机按照从手掌到指尖的顺序依次启动收回绳索，且要保证上一部位已收拢完成后才可进行下一部位的收拢，即连接手掌的电机先转动收回绳索，待手掌收拢完毕后，连接不同手指第一个指节的电机再转动收回绳索，按此顺序依次进行收拢，直至充气手完全收拢至外部套筒内腔中。
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