CN114800603B - 类化学键的机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种类化学键的机械臂，机械臂包括臂体、弯折部分和旋转部分。臂体构造为杆状；弯折部分连接至臂体的端部；旋转部分连接至弯折部分，旋转部分远离弯折部分的一端能够连接外部设备；其中，弯折部分绕垂直于臂体的轴向方向的第一旋转轴可旋转地连接至臂体的端部，旋转部分绕垂直于第一旋转轴的第二旋转轴可旋转地连接至弯折部分。本发明中的机械臂具有充足的活动空间，能够根据安装需求灵活地改变安装角度和方向，可以方便地与其他装置连接，在与原子卫星组装后，可以赋予化学分子卫星强大的在轨变形能力。

Description

类化学键的机械臂

技术领域

本发明涉及机械臂结构技术领域，尤其涉及一种类化学键的机械臂。

背景技术

人造卫星是遵循轨道力学规律长期环绕地球或其它行星飞行、执行在轨任务的航天器。人造卫星可以实现多种功能，例如可以实现对地监测、天文观测、通信转播以及科学研究。而随着人类对太空探索的不断深入，建造更复杂、更大型化的空间系统将成为空间科学技术的发展重点，为了更好地满足大型空间结构的装配要求，亟需发展在轨组装技术。

现有技术中，在对卫星等装置进行在轨组装时，需要借助机械臂将多个目标装置连接在一起，现有的机械臂无法有效地满足安装需求。例如，德国iBOSS在轨建造块计划针对模块卫星服务提出了一种机械臂服务方案，该机械臂旨在运输和替换模块卫星。该计划中的机械臂两头对称，可以抓取模块卫星以便进行在轨建造。然而，该机械臂作为一种建造工具，仅用于移动卫星，并不参与卫星的空间构型。其次，该机械臂的活动范围有限，无法根据安装需求随意地切换安装角度，并且不能方便地与其他装置对接。此外，该机械臂端口的爪形结构的尺寸远远超过机械臂的直径，占用了较多的空间。

发明内容

为至少部分地解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种类化学键的机械臂。

本发明的技术方案如下：

一种类化学键的机械臂，所述机械臂包括：

臂体，所述臂体构造为杆状；

弯折部分，所述弯折部分连接至所述臂体的端部；以及

旋转部分，所述旋转部分连接至所述弯折部分，所述旋转部分远离所述弯折部分的一端能够连接外部设备；

其中，所述弯折部分绕垂直于所述臂体的轴向方向的第一旋转轴可旋转地连接至所述臂体的端部，所述旋转部分绕垂直于所述第一旋转轴的第二旋转轴可旋转地连接至所述弯折部分。

可选地，所述臂体的两个端部均设置有所述弯折部分和所述旋转部分。

可选地，所述弯折部分包括依次连接的第一延伸段、支撑段和第二延伸段，所述旋转部分通过第二旋转轴连接至所述支撑段，所述第一延伸段和所述第二延伸段均朝向远离所述旋转部分的方向延伸，以使得所述弯折部分大致构造为U型。

可选地，所述弯折部分构造为能够弯折至与所述臂体之间成±90°。

可选地，所述臂体在所述臂体的轴向方向上的投影覆盖所述弯折部分和所述旋转部分的投影。

可选地，所述第一旋转轴和所述第二旋转轴位于同一平面内。

可选地，所述旋转部分包括：

连接基座，所述连接基座构造为中空的筒状结构；

对接件，所述对接件至少部分地容纳在所述连接基座中，所述对接件包括支撑体和卡接部分，所述卡接部分连接至所述支撑体的顶部并沿所述支撑体的周向方向间隔均匀设置，所述卡接部分沿所述支撑体的高度方向延伸设置，所述卡接部分包括沿所述支撑体的高度方向依次设置的突出部和凹陷部，所述凹陷部靠近所述支撑体并容纳在所述连接基座中，所述突出部延伸超出所述连接基座；

其中，所述卡接部分在所述支撑体的周向方向上的两侧均设置有突出部和凹陷部，并且所述突出部形成的突出结构与所述凹陷部形成的凹陷区域相适配。

可选地，所述凹陷部构造为沿所述支撑体的周向方向向内凹陷，所述突出部构造为沿所述支撑体的周向方向向外突出。

可选地，所述凹陷部包括倾斜于所述支撑体的轴向方向延伸的第一凹陷面和第二凹陷面，所述第一凹陷面和所述第二凹陷面经由第一邻边相接，所述第一邻边远离所述突出部的一端在所述支撑体的周向方向上朝向所述卡接部分的内侧延伸，以至少部分地形成所述凹陷区域；

所述突出部包括倾斜于所述支撑体的轴向方向延伸的第一突出面和第二突出面，所述第一突出面和所述第二突出面至少部分地形成所述突出结构；

其中，所述第一凹陷面和所述第一突出面相适配，所述第二凹陷面和所述第二突出面相适配。

可选地，所述卡接部分的数量为至少三个。

本发明技术方案的主要优点如下：

本发明的类化学键的机械臂，包括臂体、弯折部分和旋转部分，其中，弯折部分连接至臂体的端部，旋转部分连接至弯折部分。弯折部分能够绕垂直于臂体的轴向方向的第一旋转轴相对于臂体旋转，旋转部分能够绕垂直于第一旋转轴的第二旋转轴相对于弯折部分旋转。与现有技术相比，本发明中的机械臂具有充足的活动空间，能够根据安装需求灵活地改变安装角度和方向，可以方便地与其他装置连接，在与原子卫星组装后，可以赋予化学分子卫星强大的在轨变形能力。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

在附图中：

图1为根据本发明的一个实施方式中的机械臂的结构示意图；

图2为图1中所示的机械臂的局部结构示意图；

图3为图1中所示的机械臂中的旋转部分的分解示意图；

图4为图3中的旋转部分中的对接件的结构示意图；

图5为图4中的旋转部分中的电连接组件的结构示意图；

图6为图3中的旋转部分的俯视图；以及

图7为图3中所示的旋转部分中的电连接组件的安装结构示意图。

附图标记说明：

100：臂体 200：弯折部分 210：第一延伸段

220：支撑段 230：第二延伸段 300：旋转部分

P1：第一旋转轴 P2：第二旋转轴 10：连接基座

20：对接件 21：支撑体 22：卡接部分

23：突出部 231：第一突出面 232：第二突出面

24：凹陷部 241：第一凹陷面 242：第二凹陷面

30：驱动组件 31：驱动电机 32：传送带

40：电连接组件 41：转动件 42：导向件

43：可移动端头 44：盖板 45：滑销

46：凸缘。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下结合附图，详细说明本发明实施例提供的技术方案。

如图1至图7所示，根据本发明的一个实施方式中，提供了一种类化学键的机械臂，该机械臂可用于在轨组装中连接目标设备。

如图1和图2所示，该机械臂包括臂体100、弯折部分200和旋转部分300。其中，臂体100构造为杆状，弯折部分200连接至臂体100的端部，旋转部分300连接至弯折部分200，旋转部分300远离弯折部分200的一端能够连接外部设备。

具体地，弯折部分200绕垂直于臂体100的轴向方向的第一旋转轴P1可旋转地连接至臂体100的端部，旋转部分300绕垂直于第一旋转轴P1的第二旋转轴P2可旋转地连接至弯折部分300。

臂体100的两个端部均设置有弯折部分200和旋转部分300。在本实施方式中，弯折部分200和旋转部分300共同形成机械臂的连接部，即机械臂的两端均具有连接部。旋转部分300远离弯折部分200的一端能够连接外部的目标设备，由此，机械臂可以借助连接部与目标设备连接，同时可以控制目标设备沿多个方向移动。

弯折部分200包括依次连接的第一延伸段210、支撑段220和第二延伸段230，旋转部分300通过第二旋转轴P2连接至支撑段220，第一延伸段210和第二延伸段230均朝向远离旋转部分300的方向延伸，以使得弯折部分200大致构造为U型。

示例性地，臂体100的端部至少部分地被夹持在第一延伸段210和第二延伸段230之间，而且臂体100的端部通过平行于其径向方向的第一旋转轴P1连接至第一延伸段210和第二延伸段230。由此，本实施方式中，例如可以通过电机的驱动，可使得弯折部分200能够绕第一旋转轴P1相对于臂体100弯折，同时旋转部分300也能够绕第二旋转轴P2相对于臂体100进行旋转。

当然，在其他实施方式中，第一延伸段和第二延伸段还可以具有其他的结构。

优选地，弯折部分200构造为能够弯折至与臂体100之间成±90°。由此，可以确保臂体100端部的连接部能够具备充足的活动空间，以便于满足更多的安装需求。

更优选地，臂体100在臂体100的轴向方向上的投影覆盖弯折部分200和旋转部分300的投影。可以理解，当弯折部分200、旋转部分300和臂体100均位于同一条轴线上时，弯折部分200和旋转部分300在该轴线方向上的投影不超出臂体100的投影区域。由此，可以有效地限制连接部的结构，避免连接部占据过大的空间区域，降低连接臂在移动过程中的安全隐患。

在本实施方式中，为了能够精确地控制连接部的活动位置，第一旋转轴P1和第二旋转轴P2位于同一平面内，可以理解，第一旋转轴P1的旋转中心轴线和第二旋转轴P2的旋转中心轴线处在同一个平面内。

为了保证连接部能够有效地连接目标设备，本实施方式中的旋转部分构造为雌雄同体的连接结构。

具体地，如图3所示，旋转部分300包括连接基座10和对接件20。

其中，连接基座10构造为中空的筒状结构，例如，连接基座10可以构造为具有一定高度的圆筒状的结构。在本实施方式中，该连接基座10能够经由第二旋转轴P2连接至弯折部分200的支撑段220。对接件20至少部分地容纳在连接基座10中。

如图4所示，对接件20包括支撑体21和卡接部分22，卡接部分22连接至支撑体21的顶部，并且卡接部分22沿着支撑体21的周向方向间隔均匀设置。优选地，卡接部分22的数量为至少三个。

例如，本实施方式中的支撑体21上设置有三个卡接部分22，该三个卡接部分22沿支撑体21的周向间隔均匀设置在支撑体21的顶部边缘。同时，该三个卡接部分22共同围成能够容纳其他结构的容纳空间。

进一步地，卡接部分22沿支撑体21的高度方向延伸设置，并且，卡接部分22包括沿支撑体21的高度方向依次设置的突出部23和凹陷部24。凹陷部24靠近支撑体21并容纳在连接基座10中，突出部23则延伸超出连接基座10。可以理解，以连接基座10的顶表面为基准，凹陷部24和支撑体21共同位于顶表面的内侧并容纳在连接基座10中，突出部23则位于顶表面的外侧。

此外，卡接部分22在支撑体21的周向方向上的两侧均设置有突出部23和凹陷部24，并且突出部23形成的突出结构与凹陷部24形成凹陷区域相适配，也就是说，突出部23所形成的空间造型能够有效且适配地容纳在凹陷部24形成的凹陷空间中。

可以理解，本实施方式中的旋转部分300为成对使用，在对人造卫星进行在轨组装的过程中，该成对的旋转部分300可以分别设置在两个需要连接的机械臂上，或者一个设置在机械臂上、另一个设置在目标设备上，该两个旋转部分中的对接件20能够相互连接，例如可以通过旋转卡接的方式连接，并且其中一个对接件20中的突出部23能够适配至另一个对接件20中的凹陷部24中，从而使得该两个旋转部分在周向方向上形成有效地连接。

例如，在一次实际的安装连接中，设置有该旋转部分300的机械臂需要和设置有相同旋转部分的目标设备连接时，可以借助外部驱动装置，使得机械臂上的旋转部分与目标设备上的旋转部分位置相对并同步运动。然后，让该两个旋转部分300相互靠近，直到其中一个旋转部分300的对接件20插入另一个旋转部分300的对接件20中，之后，让这两个旋转部分300以其轴向方向为中心轴，沿任意方向旋转，使得其中一个对接件20中的突出部连接至另一个对接件20中的凹陷部中，即可以让这两个旋转部分300相互连接。

在本实施方式中，由于对接件20沿支撑体21的周向方向的两侧均设置有突出部23和凹陷部24，因此，当两个旋转部分300相互连接时，它们之间可以沿任意方向相对旋转，其中一个旋转部分300的突出部23总是能够卡接至另一个旋转部分300的凹陷部24中，由此可以限制该两个旋转部分300在轴向方向上的位置关系，之后，再通过其他连接部件限制该两个旋转部分300在周向方向上的相对旋转，就可以保证该两个旋转部分300能够在空间中实现有效的连接。

为了保证凹陷部24和突出部23的形状能够充分适配，在本实施方式中，凹陷部24构造为沿支撑体21的周向方向向内凹陷，突出部23构造为沿支撑体21的周向方向向外突出。

具体地，如图4所示，凹陷部24包括倾斜于支撑体21的轴向方向延伸的第一凹陷面241和第二凹陷面242，第一凹陷面241和第二凹陷面241经由第一邻边相互连接，并且第一邻边远离突出部23的一端在支撑体21的周向方向上朝向卡接部分22的内侧倾斜延伸，从而至少部分地形成凹陷区域。突出部23包括倾斜于支撑体21的轴向方向延伸的第一突出面231和第二突出面232，第一突出面231和第二突出面232至少部分地形成突出结构。

而且，第一凹陷面241能够与第一突出面231相匹配，第二凹陷面242能够与第二突出面232相匹配。可以理解，当两个旋转部分300相互连接时，其中一个旋转部分300的突出部23的第一突出面231和第二突出面232能够分别与另一个旋转部分300的凹陷部24的第一凹陷面241和第二凹陷面242相互贴合，从而能够有效地保证突出部23和凹陷部24之间的连接效果。

进一步地，旋转部分300还包括驱动组件30和电连接组件40。

如图3所示，驱动组件30和电连接组件40至少部分地容纳在连接基座10中，电连接组件40位于支撑体21的顶部并被环绕在卡接部分22之间，也就是说，多个卡接部分22环绕设置在电连接组件40的外周。此外，驱动组件30能够驱动电连接组件40的至少一部分延伸超出连接基座10的顶端面。由此，当两个旋转部分300相互连接时，其中一个旋转部分300的电连接组件40中延伸超出连接基座10的部分能够插设至另一个旋转部分300中，从而使得该两个旋转部分300能够有效地连接，并限制该两个旋转部分300相对旋转。

具体地，驱动组件30能够为电连接组件40中可移动部分的移动提供动力。作为一种实现方式，驱动组件30可以包括驱动电机31和传送带32，驱动电机31能够经由传送带32驱动电连接组件40的可移动部分移动。

在本实施方式中，如图5所示，电连接组件40包括转动件41、导向件42和可移动端头43。

其中，转动件41靠近支撑体21的端部外周设置有能够承接传送带32的传动槽。当传送带32安装至传动槽中后，驱动电机31能够通过传送带32驱动转动件41旋转。转动件41远离支撑体21的端部还设置有容纳腔，容纳腔具有开口。导向件42套设在转动件41的外周，可移动端43设置在容纳腔中。

具体地，导向件42的内壁设置有螺旋状的导向槽，转动件41的侧壁设置有沿转动件41的轴向方向延伸的贯穿槽，该贯穿槽贯穿转动件41的侧壁，可移动端头43的轴向外壁设置有滑销45，滑销45延伸穿过贯穿槽并伸入导向槽中，转动件41能够相对于导向件42旋转，以使得可移动端头43能够沿电连接组件40的高度方向移动。可以理解，当驱动电机31通过传送带32驱动电连接组件40时，导向件42保持不动，转动件41旋转，可移动端头43上的滑销45卡设在贯穿槽中，滑销45一方面沿着螺旋状的导向槽移动，另一方面沿着轴向方向的贯穿槽移动，从而使得可移动端头43沿着转动件41的轴向方向移动并延伸超出连接基座10。

为了有效地限制传送带32，同时避免转动件41沿其轴向方向移动，如图5所示，转动件41的外壁沿周向设置有两个凸缘46，传送带32可以被放置在该两个凸缘46之间，同时，靠近导向件42的凸缘46能够抵接至导向件42，由此可以有效地限制转动件41沿其轴向方向相对于导向件42移动。

电连接组件40还包括盖板44，盖板44容纳在连接基座10中并被环绕设置在卡接部分22之间，即多个卡接部分22环绕设置在盖板44的外周。此外，盖板44具有供可移动端头43穿过的通孔，在本实施方式中，驱动组件30能够驱动电连接组件40中的可移动端头43借助盖板44的通孔伸出连接基座10的外部。

优选地，盖板44的顶表面与连接基座10的顶表面相平齐，由此，避免两个旋转部分300在相互连接时产生过多的干涉，降低安全隐患。

电连接组件40沿支撑体21的周向方向间隔均匀设置，并且突出部23适配至凹陷部24中在支撑体21的周向方向上的夹角为N，相邻的电连接组件40在支撑体21的周向方向上的夹角为M，则

N＝P*M，其中，P为正整数。例如P可以等于1、2或3。

可以理解的是，当两个旋转部分300相互连接时，其中一个旋转部分300的突出部23形成的突出结构能够接合至另一个旋转部分300的凹陷部24的凹陷区域中，则，对于旋转部分而言，在支撑体的周向方向上，该突出结构和凹陷区域形成的最大夹角为N。

在本实施方式中，如图6所示，突出部23适配至凹陷部24中在支撑体21的周向方向上的夹角为20°，电连接组件40的数量为18个，18个电连接组件40沿支撑体21的周向方向间隔均匀设置，则相邻的电连接组件40在支撑体21的周向方向上的夹角为20°。当然，在其他实施方式中，突出部23适配至凹陷部24中的夹角还可以为其它数值，例如，在又一个实施方式中，突出部23适配至凹陷部24中在支撑体21的周向方向上的夹角为30°，则相邻的电连接组件40在支撑体21的周向方向上的夹角可以为15°。

为了保证该18个电连接组件40能够同步旋转，在本实施方式中，18个电连接组件40可以同时连接至同一个传送带32。

具体如图7所示，18个电连接组件40在支撑体21的周向方向上间隔均匀设置，驱动组件30包括两个驱动电机31和一个传送带32，该18个电连接组件40环绕设置在该两个驱动电机31的外周，传送带32的一端连接至其中一个驱动电机31，另一端依次与该18个电连接组件40的转动件41的外周连接后，返回连接至另一个驱动电机31，也就是说，传送带32环绕连接至该18个电连接组件40的外周后，其两端分别连接至该两个驱动电机31。由此，当其中一个驱动电机31旋转时，可以同时带动这18个电连接组件40同步旋转。

此外，旋转部分的中心轴线处还可以设置有数据接口。例如，盖板44的中心可以设置中心通孔，数据结构即可以设置在该中心通孔处。

在本实施方式中，当两个旋转部分300相互连接时，其中一个旋转部分经过旋转之后与另外一个旋转部分进行连接后，两者的卡接部分22相互连接，即其中一者的卡接部分22的突出部23与另一者的卡接部分22的凹陷部24相互连接。由于卡接部分22在支撑体21的周向方向上的两侧均设置有突出部23和凹陷部24，在对接的过程中，两个旋转部分可以沿任意方向相对旋转，因此可以根据安装需求灵活地确定安装方式。之后，其中一者的电连接组件40在驱动组件30的作用下，其可移动端头43延伸出连接基座10并伸入另一者雌雄同体连接结构的盖板44的通孔中，并与该盖板44中的电接头形成电连接。由此，最终实现了两个旋转部分的连接。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，本文中“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以附图中表示的放置状态为参照。

最后应说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种类化学键的机械臂，包括：

臂体，所述臂体构造为杆状；

弯折部分，所述弯折部分连接至所述臂体的端部；以及

旋转部分，所述旋转部分连接至所述弯折部分，所述旋转部分远离所述弯折部分的一端能够连接外部设备；

其中，所述弯折部分绕垂直于所述臂体的轴向方向的第一旋转轴可旋转地连接至所述臂体的端部，所述旋转部分绕垂直于所述第一旋转轴的第二旋转轴可旋转地连接至所述弯折部分；

其特征在于，所述旋转部分包括：

连接基座，所述连接基座构造为中空的筒状结构；

对接件，所述对接件至少部分地容纳在所述连接基座中，所述对接件包括支撑体和卡接部分，所述卡接部分连接至所述支撑体的顶部并沿所述支撑体的周向方向间隔均匀设置，所述卡接部分沿所述支撑体的高度方向延伸设置，所述卡接部分包括沿所述支撑体的高度方向依次设置的突出部和凹陷部，所述凹陷部靠近所述支撑体并容纳在所述连接基座中，所述突出部延伸超出所述连接基座；

其中，所述卡接部分在所述支撑体的周向方向上的两侧均设置有突出部和凹陷部，并且所述突出部形成的突出结构与所述凹陷部形成的凹陷区域相适配。

2.根据权利要求1所述的类化学键的机械臂，其特征在于，所述臂体的两个端部均设置有所述弯折部分和所述旋转部分。

3.根据权利要求1所述的类化学键的机械臂，其特征在于，所述弯折部分包括依次连接的第一延伸段、支撑段和第二延伸段，所述旋转部分通过第二旋转轴连接至所述支撑段，所述第一延伸段和所述第二延伸段均朝向远离所述旋转部分的方向延伸，以使得所述弯折部分大致构造为U型。

4.根据权利要求1所述的类化学键的机械臂，其特征在于，所述弯折部分构造为能够弯折至与所述臂体之间成±90°。

5.根据权利要求1所述的类化学键的机械臂，其特征在于，所述臂体在所述臂体的轴向方向上的投影覆盖所述弯折部分和所述旋转部分的投影。

6.根据权利要求1所述的类化学键的机械臂，其特征在于，所述第一旋转轴和所述第二旋转轴位于同一平面内。

7.根据权利要求1所述的类化学键的机械臂，其特征在于，所述凹陷部构造为沿所述支撑体的周向方向向内凹陷，所述突出部构造为沿所述支撑体的周向方向向外突出。

8.根据权利要求7所述的类化学键的机械臂，其特征在于，

所述凹陷部包括倾斜于所述支撑体的轴向方向延伸的第一凹陷面和第二凹陷面，所述第一凹陷面和所述第二凹陷面经由第一邻边相接，所述第一邻边远离所述突出部的一端在所述支撑体的周向方向上朝向所述卡接部分的内侧延伸，以至少部分地形成所述凹陷区域；

所述突出部包括倾斜于所述支撑体的轴向方向延伸的第一突出面和第二突出面，所述第一突出面和所述第二突出面至少部分地形成所述突出结构；

其中，所述第一凹陷面和所述第一突出面相适配，所述第二凹陷面和所述第二突出面相适配。

9.根据权利要求1所述的类化学键的机械臂，其特征在于，所述卡接部分的数量为至少三个。