CN115213879A - 一种基于刚柔转换复合机构的充气式空间机械臂及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于刚柔转换复合机构的充气式空间机械臂及其使用方法，包括充气式可卷曲连接臂，充气式可卷曲连接臂上套设有第一刚柔转换复合机构及第二刚柔转换复合机构，所述的第一刚柔转换复合机构及第二刚柔转换复合机构在充气式可卷曲连接臂上的位置可调整，所述的充气式可卷曲连接臂与机械臂收放机构相连用以调整充气式可卷曲连接臂的长度。由上述技术方案可知，本发明通过刚柔转换复合机构可实现旋转关节位置的调节，有效的提升了机器人工作的适用性和灵活性；充气式机械臂可实现不同需求下的收缩和伸长，进一步提升了空间机械臂的工作空间，同时减小了运载携带时的体积并降低了整体质量。

Description

一种基于刚柔转换复合机构的充气式空间机械臂及其使用 方法

技术领域

本发明涉及空间机械臂领域，具体涉及一种基于刚柔转换复合机构的充气式空间机械臂及其使用方法。

背景技术

随着航空事业的不断发展，空间装置的在轨服务需求也越来越迫切，空间机械臂能够有效实现在轨作业，是当前航空工业的研究热点之一。空间机械臂在太空微重力环境下运行，辅助或代替航天员完成航天器的在轨组装、在轨维修、在轨燃料加注、在轨升级等在轨操作任务，提高空间操作和应用的安全性和效率。

目前的空间机械臂研究较为成熟的是加拿大、日本及欧盟等国家，这些国家设计的SSRMS机械臂、Dextre机械臂、JEMRMS机械臂和ROKVISS机械臂等都已经用于空间作业。以上述的空间机械臂均采用传统刚性的串联机械臂结构，采用转动关节与固定长度连杆相连的构型设计方法。上述设计的缺陷在于：当机械臂设计完成时，其臂长已经固定，因而其工作空间范围已经确定，机械臂对应的工作能力也已经确定，结构因素对于空间机械臂的使用场景以及适用范围将产生一定的限制。并且，根据不同的工作需求以及应用场景来设计不同的空间机械臂，在研发成本、运输成本、时间效率上产生巨大消耗，对于航天器以及工作卫星等也提出更高要求。由于在轨作业的需求，传统空间机械臂的长度一般较大，质量也较重，对于运载火箭的携带问题也是一种考验。

所以，如何满足空间机械臂较工大作空间、更加广泛的适用性、较轻质量及较小体积的需求，提升空间机械臂的作业效率和降低空间机械臂的应用成本，成为急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于刚柔转换复合机构的充气式空间机械臂，其通过刚柔转换复合机构可实现旋转关节位置的调节，有效的提升了机器人工作的适用性和灵活性；充气式机械臂可实现不同需求下的收缩和伸长，进一步提升了空间机械臂的工作空间，同时减小了运载携带时的体积并降低了整体质量。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：包括充气式可卷曲连接臂，所述的充气式可卷曲连接臂上套设有第一刚柔转换复合机构及第二刚柔转换复合机构，所述的充气式可卷曲连接臂与机械臂收放机构相连用以调整充气式可卷曲连接臂的长度；所述的充气式可卷曲连接臂通过输气管与储气罐连通，所述的储气罐与输气管之间设有气体调节机构及输气管收放机构，所述的气体调节机构用以调节充气式可卷曲连接臂的内部气压，所述的输气管收放机构用以在充气式可卷曲连接臂长度发生变化时同步调整输气管的长度，使输气管的长度与充气式可卷曲连接臂的长度相匹配；

所述的充气式可卷曲连接臂为一体结构，包括依次连通的第一充气连接臂、第一挤压臂、第二充气连接臂、第二挤压臂、第三充气连接臂及挤压卷曲臂，所述的第一挤压臂及第二挤压臂分别为充气式可卷曲连接臂与第一刚柔转换复合机构及第二刚柔转换复合机构相配合的部位，所述的第一挤压臂及第二挤压臂均呈扁平状，且两者的扁平方向相垂直，所述的第一刚柔转换复合机构与第一挤压臂组合形成第一旋转关节，第一旋转关节驱使第一充气连接臂实现上下方向的转动，所述的第二刚柔复合机构与第二挤压臂组合形成第二旋转关节，第二旋转关节驱使第二充气连接臂实现左右方向的转动，所述的第一刚柔转换复合机构及第二刚柔转换复合机构在充气式可卷曲连接臂上的位置可调整，从而使第一充气连接臂、第二充气连接臂及第三充气连接臂的长度可调，所述的机械臂收放机构包括收放滚筒，所述的挤压卷曲臂缠绕在收放滚筒上，所述收放滚筒的转动可调节充气式可卷曲连接臂的整体长度。

所述的充气式可卷曲连接臂整体呈筒状，且由橡胶复合材质制成；第一充气连接臂的端部设有与其密封配合的法兰盖，所述的法兰盖用于连接末端执行器，且输气管的一端贯穿法兰盖与充气式可卷曲连接臂的内部连通；所述的挤压卷曲臂呈扁平状的自然卷曲状态，挤压卷曲臂缠绕在收放滚筒上且挤压卷曲臂的端部与收放滚筒相固定形成密封。

所述的第一刚柔转换复合机构及第二刚柔转换复合机构的结构相同，均分别包括移动挤压装置及转动调节装置，所述的移动挤压装置用于驱使第一刚柔转换复合机构或第二刚柔转换复合机构在充气式可卷曲连接臂上的移动，所述的转动调节装置用于驱使第一旋转关节或第二旋转关节发生转动。

所述的移动挤压装置包括沿充气式可卷曲连接臂长度方向依次布置的第一挤压滚筒、第一旋转挤压滚筒、关节转筒、第二旋转挤压滚筒及第二挤压滚筒，上述各滚筒均分别对称设置两组以形成对充气式可卷曲连接臂的挤压，所述的第一挤压滚筒与第一旋转挤压滚筒之间设有第一约束导板，所述的关节转筒与第二旋转挤压滚筒之间设有第二约束导板，所述的第二旋转挤压滚筒与第二挤压滚筒之间设有第三约束导板，上述各约束导板均分别对称设置两组以形成对充气式可卷曲连接臂的导向约束，所述的第一挤压滚筒、第一约束导板及第一旋转挤压滚筒均固定在第一支架上，所述的关节转筒、第二约束导板、第二旋转挤压滚筒、第三约束导板及第二挤压滚筒均固定在第二支架上，所述第一支架与第二支架的一端铰接相连，第一支架的非铰接端连接有第一约束圆筒，第二支架的非铰接端连接有第二约束圆筒，所述的第一约束圆筒及第二约束圆筒套设在充气式可卷曲连接臂上；

所述的第一旋转挤压滚筒及第二旋转挤压滚筒均分别由第一动力传动装置驱动其同时转动以实现第一刚柔转换复合机构或第二刚柔转换复合机构在充气式可卷曲连接臂上的移动。

所述的关节转筒位于第一挤压臂的中间位置，所述的第一挤压滚筒及第二挤压滚筒、第一旋转挤压滚筒及第二旋转挤压滚筒、第一约束导板及第三约束导板均分别对称设置在关节转筒的两侧；所述的两组第一挤压滚筒之间的间距与第两组第二挤压滚筒之间的间距相吻合，所述的两组第一旋转挤压滚筒之间的间距与两组第二旋转挤压滚筒之间的间距相吻合，且两组第一挤压滚筒之间的间距大于两组第一旋转挤压滚筒之间的间距；所述的两组第二约束导板平行布置，所述的两组第一约束导板及两组第三约束导板均在远离第二约束导板的一端间距大、靠近第二约束导板的一端间距小。

所述的转动调节装置包括结构相同且为中心对称的第一滚珠丝杠旋转机构及第二滚珠丝杠旋转机构，所述的第一滚珠丝杠旋转机构及第二滚珠丝杠旋转机构分别设置在充气式可卷曲连接臂的两侧，所述的第一滚珠丝杠旋转机构及第二滚珠丝杠旋转机构均分别包括驱动电机、固定驱动电机的电机座、与电机座转动连接的旋转座、通过联轴器与驱动电机相连的丝杠、与丝杠通过丝杠螺母结构相连的滑台、与滑台通过螺栓固连的连接转台，其中：所述第一滚珠丝杠旋转机构中的旋转座与第二支架固定连接，所述第一滚珠丝杠旋转机构中的连接转台与第一支架转动连接，所述第二滚珠丝杠旋转机构中的旋转座与第一支架固定连接，所述第二滚珠丝杠旋转机构中的连接转台与第二支架转动连接，所述第一滚珠丝杠旋转机构中的驱动电机与第二滚珠丝杠旋转机构中的驱动电机转向相反。

所述的机械臂收放机构包括第三挤压滚筒、第四挤压滚筒及收放滚筒，所述的第三挤压滚筒及第四挤压滚筒分别对称设置两组以形成对充气式可卷曲连接臂的挤压，所述的第三挤压滚筒与第四挤压滚筒之间设有第四约束导板，所述的第四约束导板对称设置两组以形成对充气式可卷曲连接臂的导向约束，两组第四约束导板在靠近第四挤压滚筒的一端间距小、远离第四挤压滚筒的一端间距大，所述的第三挤压滚筒、第四约束导板、第四挤压滚筒固定在第三支架上，第三支架的一端连接有第三约束圆筒，第三支架的另一端与固定气体调节机构及输气管收放机构的第四支架相连，所述的收放滚筒与第二动力传动装置相连，第二动力传动装置驱动收放滚筒转动以实现充气式可卷曲连接臂的收放。

所述的气体调节机构包括连接储气罐与输气管的调节气管，所述的调节气管上设有第一调节阀，所述第一调节阀与输气管之间的调节气管上旁通有第一支气管及第二支气管，所述的第一支气管上设有第二调节阀，且第一支气管的端口与外界环境连通，所述的第二支气管上设有第三调节阀，且第二支气管的端口与调节储气球连通。

所述的输气管收放机构包括固定在第四支架外侧面的固定轴，所述的固定轴上套设有与其转动连接的收放管盘，所述的收放管盘通过与固定轴相配合的固定螺栓来实现轴向定位，所述的收放管盘其内部为中空结构，包括管盘本体及管盘端盖，所述的管盘本体上套设有螺旋状的收放气管，所述收放气管的一端与调节气管连通，收放气管的另一端与输气管连通，所述的管盘本体上设有供收放气管穿过的固定环，所述收放管盘的内部设有套设在固定轴上的涡卷弹簧，涡卷弹簧的一端与固定轴固连，涡卷弹簧的另一端与管盘本体的内壁固连。

由上述技术方案可知，本发明的空间机械臂采用的是充气式结构，可以通过机械臂收放机构、气体调节机构共同作用实现卷曲收放，从而有效地降低了空间机械臂的体积和质量，降低了空间机械臂的航空运输成本；本发明的第一刚柔转换复合机构、第二刚柔转换复合机构为可移动式结构，配合充气式可卷曲连接臂可挤压卷曲的特性，可以实现旋转关节在空间机械臂上移动，同时由于机械臂收放机构可以改变机械臂的总长，再配合两个可移动关节可以实现不同臂长任务的需求，从而有效的提升了空间机械臂对不同在轨任务的适应性。

本发明的另一目的在于提供一种基于刚柔转换复合机构的充气式空间机械臂的使用方法，包括如下步骤：

步骤1：空间机械臂完成在轨安装，系统初始化；

步骤2：回收状态的充气式可弯曲连接臂启动进入在轨工作模式，第一调节阀、第三调节阀打开，第二调节阀关闭；

步骤3：储气罐向充气式可弯曲连接臂以及调节储气球内部输送气体，机械臂收放机构展开回收状态的充气式可卷曲连接臂；传感器监测输气管内的气压及充气式可弯曲连接臂的长度；

步骤4：当充气式可弯曲连接臂达到指定长度且充气式可弯曲连接臂内部气压达到设定值时，第一调节阀关闭，调节储气球达到其设定气压时，第三调节阀关闭，进入待工作状态；

步骤5：判断在轨工作任务是否需要调整机械臂长度，如判断结果为否则充气式可弯曲连接臂通过第一旋转关节、第二旋转关节执行基本任务；反之则对充气式可弯曲连接臂的长度进行调整，使其满足当前工作任务需要，调整结束后充气式可弯曲连接臂通过第一旋转关节、第二旋转关节执行基本任务。

步骤6：当前在轨工作任务执行完毕，如需进行下一任务，返回步骤5。

步骤7：在轨工作任务结束。

由上述技术方案可知，该使用方法可以准确地根据不同工况合理选择调整机械臂的长度，有效应对不同在轨工作任务需求；机械臂通过充气式调节方式可以实现从回收状态至工作状态，有效保证机器人在轨工作的效率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明充气式可卷曲连接臂的结构示意图一；

图3是本发明充气式可卷曲连接臂的结构示意图二；

图4是本发明第一刚柔转换复合机构的结构示意图一；

图5是本发明第一刚柔转换复合机构的结构示意图二；

图6是本发明第一刚柔转换复合机构去除第一支架后的内部示意图；

图7是本发明第一滚珠丝杠旋转机构的分解结构示意图；

图8是本发明机械臂收放机构、气体调节机构及输气管收放机构的结构示意图；

图9是本发明机械臂收放机构的内部结构示意图；

图10是本发明气体调节机构的结构示意图；

图11是本发明输气管收放机构的结构示意图；

图12是本发明第一旋转关节的转动示意图；

图13是本发明充气式可卷曲连接臂的长度调整示意图；

图14是本发明第一旋转关节与第二旋转关节的转动示意图；

图15是本发明的方法流程图。

上述附图中的标记为：充气式可卷曲连接臂1、第一充气连接臂11、第一挤压臂12、第二充气连接臂13、第二挤压臂14、第三充气连接臂15、挤压卷曲臂16、法兰盖17、第一刚柔转换复合机构2、移动挤压装置21、第一挤压滚筒211、第一旋转挤压滚筒212、上滚筒2121、下滚筒2122、关节转筒213、第二旋转挤压滚筒214、第二挤压滚筒215、第一约束导板216、第二约束导板217、第三约束导板218、第一滚珠丝杠旋转机构22、驱动电机221、电机座222、旋转座223、联轴器224、丝杠225、滑台226、连接转台227、第二滚珠丝杠旋转机构23、第一支架24、第二支架25、第一约束圆筒26、第二约束圆筒27、第一动力传动装置28、第一电机281、第一电机齿轮282、第一驱动齿轮283、第一换向齿轮284、第二换向齿轮285、第一中间齿轮286、第二刚柔转换复合机构3、机械臂收放机构4、收放滚筒41、第三挤压滚筒42、第四挤压滚筒43、第四约束导板44、第三支架45、第三约束圆筒46、第二动力传动装置47、第二电机471、第二电机齿轮472、第二中间齿轮473、第二驱动齿轮474、第四支架48、输气管5、输气管套环51、储气罐6、气体调节机构7、调节气管71、第一调节阀72、第一支气管73、第二支气管74、第二调节阀75、第三调节阀76、调节储气球77、输气管收放机构8、固定轴81、管盘本体82、固定环821、管盘端盖83、收放气管84、涡卷弹簧85。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1所示的一种基于刚柔转换复合机构的充气式空间机械臂，包括充气式可卷曲连接臂1，充气式可卷曲连接臂1上套设有第一刚柔转换复合机构2及第二刚柔转换复合机构3，充气式可卷曲连接臂1与机械臂收放机构4相连用以调整充气式可卷曲连接臂1的长度；充气式可卷曲连接臂1通过输气管5与储气罐6连通，储气罐6与输气管5之间设有气体调节机构7及输气管收放机构8，气体调节机构7用以调节充气式可卷曲连接臂1的内部气压，输气管收放机构8用以在充气式可卷曲连接臂1长度发生变化时同步调整输气管5的长度，使输气管5的长度与充气式可卷曲连接臂1的长度相匹配。

进一步的，如图2、图3所示,充气式可卷曲连接臂1为一体结构，包括依次连通的第一充气连接臂11、第一挤压臂12、第二充气连接臂13、第二挤压臂14、第三充气连接臂15及挤压卷曲臂16。其中：第一充气连接臂11的端部设有与其密封配合的法兰盖17，法兰盖17用于连接末端执行器。同时，输气管5的一端贯穿法兰盖17与充气式可卷曲连接臂1的内部连通，也就是输气管5的一端与法兰盖17连接，输气管5的另一端经过输气管收放机构8和气体调节机构7与储气罐6连通。挤压卷曲臂16呈扁平状的自然卷曲状态，挤压卷曲臂16缠绕在收放滚筒41上且挤压卷曲臂16的端部与收放滚筒41相固定形成密封。即充气式可卷曲连接臂1的两端分别与末端执行器及收放滚筒41相连并形成密封。

进一步的，第一挤压臂12及第二挤压臂14分别为充气式可卷曲连接臂1与第一刚柔转换复合机构2及第二刚柔转换复合机构3相配合的部位，第一挤压臂12及第二挤压臂14均呈扁平状，且两者的扁平方向相垂，也就是第一刚柔转换复合机构2与第二刚柔转换复合机构呈90度布置，第一刚柔转换复合机构2与第一挤压臂12组合形成第一旋转关节，第一旋转关节驱使第一充气连接臂11实现上下方向的转动，第二刚柔复合机构3与第二挤压臂14组合形成第二旋转关节，第二旋转关节驱使第二充气连接臂13实现左右方向的转动，即本发明的机器人具有两个转动自由度。

进一步的，机械臂收放机构4包括收放滚筒41，挤压卷曲臂16缠绕在收放滚筒41上，收放滚筒41的转动可调节充气式可卷曲连接臂1的整体长度。更进一步的，第一刚柔转换复合机构2及第二刚柔转换复合机构3在充气式可卷曲连接臂1上的位置可调整，从而使第一充气连接臂11、第二充气连接臂13及第三充气连接臂15的长度可调，即本发明的机器人具有三个移动自由度，三个移动自由度对应第一充气连接臂11、第二充气连接臂13及第三充气连接臂15长度的移动。

优选的，充气式可卷曲连接臂1整体呈筒状，由橡胶复合材质制成，在未充气时或挤压时可实现如布带般的卷曲，从而进一步实现收放和关节旋转。

进一步的，如图4、图5、图6所示，第一刚柔转换复合机构2及第二刚柔转换复合机构3的结构相同，均分别包括移动挤压装置21及转动调节装置，移动挤压装置21用于驱使第一刚柔转换复合机构2或第二刚柔转换复合机构3在充气式可卷曲连接臂1上的移动，转动调节装置用于驱使第一旋转关节或第二旋转关节发生转动。

具体的，移动挤压装置21包括沿充气式可卷曲连接臂1长度方向依次布置的第一挤压滚筒211、第一旋转挤压滚筒212、关节转筒213、第二旋转挤压滚筒214及第二挤压滚筒215，上述各滚筒均分别对称设置两组以形成对充气式可卷曲连接臂1的挤压第一挤压滚筒211与第一旋转挤压滚筒212之间设有第一约束导板216，关节转筒213与第二旋转挤压滚筒214之间设有第二约束导板217，第二旋转挤压滚筒214与第二挤压滚筒215之间设有第三约束导板218，上述各约束导板均分别对称设置两组以形成对充气式可卷曲连接臂1的导向约束。本发明中，第一刚柔转换复合机构2中的各组滚筒和各组约束导板呈上下方向对称设置，第二刚柔转换复合机构3中的各组滚筒和各组约束导板呈左右方向对称设置。

更进一步的，关节转筒213位于第一挤压臂12的中间位置，第一挤压滚筒211及第二挤压滚筒215、第一旋转挤压滚筒212及第二旋转挤压滚筒214、第一约束导板216及第三约束导板218均分别对称设置在关节转筒213的两侧；两组第一挤压滚筒211之间的间距与两组第二挤压滚筒215之间的间距相吻合，两组第一旋转挤压滚筒212之间的间距与第两组第二旋转挤压滚筒214之间的间距相吻合，且两组第一挤压滚筒211之间的间距大于两组第一旋转挤压滚筒212之间的间距；两组第二约束导板217平行布置，两组第一约束导板216及两组第三约束导板218均在远离第二约束导板217的一端间距大、靠近第二约束导板217的一端间距小。

第一挤压滚筒211、第一约束导板216及第一旋转挤压滚筒212均固定在第一支架24上，形成第一移动挤压机构，两组第一挤压滚筒211之间的间距较大，用于初步挤压穿过的充气式可卷曲连接臂1，两组第一约束导板216进一步防止充气式可卷曲连接臂1在中间部分充气，两组第一旋转挤压滚筒212通过反向旋转可以实现挤压充气式可卷曲连接臂1以及实现第一移动挤压机构的移动。

关节转筒213、第二约束导板217、第二旋转挤压滚筒214、第三约束导板218及第二挤压滚筒215均固定在第二支架25上，形成第二移动挤压机构，第二约束导板217用于保证充气式可卷曲连接臂1在关节处无法充气膨胀，关节转筒213则有效保证第一旋转关节旋转时的充气式可卷曲连接臂1的压缩状态及位置。

第一支架24与第二支架25的一端铰接相连，第一支架24的非铰接端连接有第一约束圆筒26，第二支架25的非铰接端连接有第二约束圆筒27，第一约束圆筒26及第二约束圆筒27套设在充气式可卷曲连接臂1上。充气式可卷曲连接臂1穿过第二约束圆筒27进入第二移动挤压机构，第二移动挤压机构对进入的充气式可卷曲连接臂1进行挤压使其呈扁平状，扁平状的充气式可卷曲连接臂1进入第一移动挤压机构，并在第一移动挤压机构的另一端恢复筒状后再穿过第一约束圆筒26。需要注意的事，充气式可卷曲连接臂1在虽然在移动挤压装置21中被挤压，但其内部依然存有缝隙以保证气体在内部流通。

进一步的，第一旋转挤压滚筒212及第二旋转挤压滚筒214均分别由第一动力传动装置28驱动其同时转动以实现第一刚柔转换复合机构2或第二刚柔转换复合机构3在充气式可卷曲连接臂上1的移动。

下面以第一移动挤压机构为例进行说明：

第一旋转挤压滚筒212包括上滚筒2121及下滚筒2122，第一动力传动装置28包括第一电机281及传动齿轮组，传动齿轮组包括与第一电机281的输出轴连接的第一电机齿轮282、设置在上滚筒2121滚轴两端的第一驱动齿轮283与第一换向齿轮284、设置在下滚筒2122滚轴一端的第二换向齿轮285、以及分别与第一电机齿轮282及第一驱动齿轮283相啮合的第一中间齿轮286，第一换向齿轮284与第二换向齿轮285位于同侧且相互啮合，第一电机281通过传动齿轮组带动上滚筒2121及下滚筒2122同步反向转动，以形成对充气式可卷曲连接臂1的挤压。第二移动挤压机构的原理与第一移动挤压机构相同，在此不再赘述。也就是第一移动挤压机构通过控制第一旋转挤压滚筒212的旋转、第二移动挤压机构通过控制第二旋转挤压滚筒214的旋转进而实现第一刚柔转换机构2在充气式可卷曲连接臂1上的移动，从而实现了第一旋转关节的移动。

进一步的，如图7所示，转动调节装置包括结构相同且为中心对称的第一滚珠丝杠旋转机构22及第二滚珠丝杠旋转机构23，第一滚珠丝杠旋转机构22及第二滚珠丝杠旋转机构23分别设置在充气式可卷曲连接臂1的两侧，第一滚珠丝杠旋转机构22及第二滚珠丝杠旋转机构23均分别包括驱动电机221、固定驱动电机221的电机座222、与电机座222转动连接的旋转座223、通过联轴器224与驱动电机221相连的丝杠225、与丝杠225通过丝杠螺母结构相连的滑台226、与滑台226通过螺栓固连的连接转台227，其中：第一滚珠丝杠旋转机构22中的旋转座223与第二支架25固定连接，第一滚珠丝杠旋转机构22中的连接转台227与第一支架24转动连接，第二滚珠丝杠旋转机构23中的旋转座与第一支架固定连接，第二滚珠丝杠旋转机构23中的连接转台与第二支架转动连接，第一滚珠丝杠旋转机构22中的驱动电机与第二滚珠丝杠旋转机构23中的驱动电机转向相反。

第一滚珠丝杠旋转机构22与第二滚珠丝杠旋转机构23共同作用实现第一刚柔转换复合机构2的旋转，第一滚珠丝杠旋转机构22与第二滚珠丝杠旋转机构23中的丝杠与水平时的充气式可卷曲连接臂1的轴线存在夹角，以保证在水平的极限位置可以实现关节的旋转功能。第一滚珠丝杠旋转机构22与第二滚珠丝杠旋转机构23同时动作可以更好地提高转矩，保证结构的稳定性。

进一步的，如图8、图9所示，机械臂收放机构4包括第三挤压滚筒42、第四挤压滚筒43及收放滚筒41，第三挤压滚筒42及第四挤压滚筒43分别对称设置两组以形成对充气式可卷曲连接臂1的挤压，第三挤压滚筒42与第四挤压滚筒43之间设有第四约束导板44，第四约束导板44对称设置两组以形成对充气式可卷曲连接臂1的导向约束，两组第四约束导板44在靠近第四挤压滚筒43的一端间距小、远离第四挤压滚筒43的一端间距大，第三挤压滚筒42、第四约束导板44、第四挤压滚筒43固定在第三支架45上，第三支架45的一端连接有第三约束圆筒46，第三支架45的另一端与固定气体调节机构7及输气管收放机构8的第四支架48相连，第三支架45及第四支架46形成空间机械臂的基座体，基座体是空间机械臂与航天器的连接部。

收放滚筒41与第二动力传动装置47相连，第二动力传动装置47驱动收放滚筒41转动以实现充气式可卷曲连接臂1的收放。具体的，第二动力传动装置47包括第二电机471、与第二电机471输出轴相连的第二电机齿轮472、与第二电机齿轮472相啮合的第二中间齿轮473、与第二中间齿轮473相啮合的第二驱动齿轮474，所述的第二驱动齿轮474固定在收放滚筒41的滚筒轴上。

充气式可卷曲连接臂1穿过第三约束圆筒46进入机械臂收放机构4内部，通过第三挤压滚筒42进行初步挤压，再通过第四挤压滚筒43实现最终挤压以保证内部无空气，进而通过收放滚筒41进行卷曲和舒张以实现收放过程，第二电机471带动收放滚筒41逆向旋转实现充气式可卷曲连接臂1的卷曲回收，第二电机471带动收放滚筒41正向旋转同时配合充气式可卷曲连接臂1带来的气体张力实现舒张展开。

进一步的，如图10所示，气体调节机构7包括连接储气罐6与输气管5的调节气管71，调节气管71上设有第一调节阀72，第一调节阀72用于控制储气罐6中的气体输送；第一调节阀72与输气管5之间的调节气管71上旁通有第一支气管73及第二支气管74，第一支气管73上设有第二调节阀75，且第一支气管73的端口与外界环境连通，第二调节阀75用于充气式可卷曲连接臂1大范围回收时气体的排放；第二支气管74上设有第三调节阀76，且第二支气管73的端口与调节储气球77连通，第三调节阀76控制管路气体与调节储气球77之间的输入与输出。调节储气球77的体积大小可根据充入气体体积的变化而变化，当空间机械臂小范围调整长度时，可以通过调节储气球77来实现充气式可卷曲连接臂1内部气体的储存与释放，当空间机械臂大范围调节长度时需要储气罐6与第二调节阀75同时调节。

优选的，在已经稳定的航空在轨作业中环境中，由于空间机械臂的基本工作内容已经确定，通过调节所述第一刚柔转换复合机构2和第二刚柔转换复合机构3以实现关节位置的移动，配合第三调节阀76控制调节储气球77实现机械臂长度的小范围调整，即可完机械臂的多数任务。所以，第一调节阀72和第二调节阀75处于常闭状态。

进一步的，机械臂收放机构4在工作时，输气管收放机构8会被动进行相应调整输气管5的长度，从而实现输气管5的长度与充气式可卷曲连接臂1的长度保持一致。

如图11所示，输气管收放机构8包括固定在第四支架48外侧面的固定轴81，固定轴81上套设有与其转动连接的收放管盘，收放管盘通过与固定轴81相配合的固定螺栓来实现轴向定位，收放管盘其内部为中空结构，包括管盘本体82及管盘端盖83，管盘本体82上套设有螺旋状的收放气管84，收放气管84的一端与调节气管71连通，收放气管84的另一端与输气管5连通，管盘本体82上设有供收放气管84穿过的固定环821，收放管盘的内部设有套设在固定轴81上的涡卷弹簧85，涡卷弹簧85的一端与固定轴81固连，涡卷弹簧85的另一端与管盘本体82的内壁固连。当充气式可卷曲连接臂1展开时，会带动输气管5往外拉伸，从而拉动收放管盘并带动涡卷弹簧85旋转，从而使输气管5始终存在拉力以保持输气管5始终与空间机械臂等长。

优选的，输气管5通过多个输气管套环51悬吊于第一刚柔转换复合机构、第二刚柔转换复合机构、机械臂收放机构及法兰盖上，从而保证输气管不会随空间机械臂的运动发生位置偏移。

空间机械臂的输气管路为整体结构，本发明为了便于描述将其拆解成输气管5、收放气管84和调节气管71三段，即依次连接的输气管5、收放气管84和调节气管71构成了空间机械臂的输气管路。

另外，本发明中的第一刚柔转换复合机构2、第二刚柔转换复合机构3上安装有转角传感器，用于测量关节的转动角度；充气式可卷曲连接臂1、第一刚柔转换复合机构2、第二刚柔转换复合机构3上安装有位移传感器，用于测量空间机械臂各充气臂之间的长度；各电机上的编码器用于配合位移传感器测量结果；气体调节机构上设有气压传感器和流量计，用于监测气体调节及储气罐的情况。

本发明的工作原理如下：

1、充气式可卷曲连接臂的长度调节：

如图13所示，充气式可卷曲机械臂通过第一刚柔转换复合机构2及第二刚柔转换复合机构3配合机械臂收放机构4实现了第一充气连接臂11、第二充气连接臂13、第三充气连接臂15的长度调节。首先，机械臂收放机构4释放或回收出各个臂所需调节的总长度总和；之后，第二刚柔转换复合机构3根据第三充气连接臂15所需调节的长度在充气式可卷曲连接臂1上相应移动，使得第三充气连接臂15达到预定长度；最后，第一充气连接臂11在充气式可卷曲连接臂1上相应移动，直到达到第二充气连接臂13所需长度，此时，第一充气连接臂11也随之达到所需长度。由上可知，第三充气连接臂15长度单独调节只需要机械臂收放机构4释放或回收相应长度的充气式可卷曲连接臂1。第二充气连接臂13长度单独调节则需要机械臂收放机构4配合第二刚柔转换复合机构3在充气式可卷曲连接臂1的移动实现。第三充气连接臂13长度单独调节则需要机械臂收放机构4配合第一刚柔转换复合机构2第二刚柔转换复合机构3在充气式可卷曲连接臂1的移动实现。

2、旋转关节的转动调节：

如图14所示，充气式可卷曲机械臂通过两个刚柔转换复合机构实现了工作时所需的旋转关节的转动调节。第一旋转关节的转动调节是利用第一刚柔转换复合机构2自身两部分调节对应角度实现的，即通过第一刚柔转换复合机构2中的第一滚珠丝杠旋转机构22及第二滚珠丝杠旋转机构23的相互配合实现。

下面以第一旋转关节为例进行说明：

如图12所示，当第一充气连接臂11相对第二充气连接臂13需要旋转抬升目标角度时，第二滚珠丝杠旋转机构23中的驱动电机221正向旋转，通过联轴器224带动丝杠225正转，使滑台226沿着丝杠225和驱动电机座221相互靠近，驱动电机座221通过连接转台227拉动第一支架24相对于第二支架25逆时针旋转；同时，第一滚珠丝杠旋转机构22中的驱动电机221反向旋转，通过联轴器224带动丝杠225反转，使其滑台226沿着丝杠225与驱动电机座221相互远离，使得电机座221通过连接转台227从另一侧推动第一支架24相对于第二支架25逆时针旋转。这里需要注意的当丝杠225反向旋转到其轴线与关节轴线共面时，第一滚珠丝杠旋转机构22有逆向旋转改为正向旋转，和第二滚珠丝杠旋转机构23在同侧施加拉力。通过两个滚珠丝杠机构同时配合施力使得第一支架24相对于第二支架25逆时针旋转，进一步带动了与第一支架24固定连接的第一充气连接臂11相对于与第二支架25固定连接的第二充气连接臂13旋转抬升。关节角度的反向调节原理也相同。第二旋转关节的转动原理与第一旋转关节相同，在此不再赘述。

3、气体调节机构的工作原理：

(1)在轨工作任务需要大范围调节充气式可弯曲连接臂的长度时：

当空间机械臂所执行的任务需要大范围增加充气式可卷曲连接臂1的长度时，第一调节阀72打开，第二调节阀75和第三调节阀76关闭，储气罐6放出气体，机械臂收放机构4放出对应长度充气式可卷曲连接臂，达到指定长度以及预定气压后，第一调节阀72关闭；当需要回收空间机械臂时即减小可卷曲连接臂1的长度时，第二调节阀75打开，第一调节阀72打开和第三调节阀76关闭，多余的气体排出，机械臂收放机构4回收对应长度充气式可卷曲连接臂，达到指定回收长度后，第二调节阀75关闭。

(2)在轨工作任务需要大范围调节充气式可弯曲连接臂的长度时：

当空间机械臂所执行的任务需要小范围增加充气式可卷曲连接臂1的长度时，第三调节阀76打开，调节储气球77中高压气体输入充气式可卷曲连接臂1，机械臂收放机构4放出对应长度，达到指定长度及预定气压后第三调节阀关闭；当需要减小空间机械臂长度时，第三调节阀76打开，利用机械臂收放机构4挤压回收，实现多余气体进入调节储气球77中，此时回收长度需要超过指定长度以便保障充气式可卷曲连接臂1气压不会过高，第三调节阀76关闭，机械臂收放机构4放出过量回收的充气式可卷曲连接臂1，使空间机械臂达到所需的减少长度和预定气压。

4、输气管收放机构的工作原理：

输气管收放机构8是一个被动调节输气管5长度的机构，由于机构中涡卷弹簧85的存在，会始终给予输气管5一个回收的拉力，有效保证输气管5和空间机械臂的长度统一；当充气式可卷曲连接臂1展开伸长时，与其末端固定的输气管5被拉动，进而其螺旋状的收放气管84部分会带动管盘本体82，进一步使得涡卷弹簧85旋转，出现反向拉力，使输气管5处于张紧状态，不会随空间机械臂长度缩短而出现冗余。

如图15所示，本发明的另一目的在于提供一种基于刚柔转换复合机构的充气式空间机械臂的使用方法，包括如下步骤：

步骤1：空间机械臂完成在轨安装，系统初始化；

步骤2：回收状态的充气式可弯曲连接臂启动进入在轨工作模式，第一调节阀、第三调节阀打开，第二调节阀关闭；

步骤3：储气罐向充气式可弯曲连接臂以及调节储气球内部输送气体，机械臂收放机构展开回收状态的充气式可卷曲连接臂；传感器监测输气管内的气压及充气式可弯曲连接臂的长度；

步骤4：当充气式可弯曲连接臂达到指定长度且充气式可弯曲连接臂内部气压达到设定值时，第一调节阀关闭，调节储气球达到其设定气压时，第三调节阀关闭，进入待工作状态；

步骤5：判断在轨工作任务是否需要调整机械臂长度，如判断结果为否则充气式可弯曲连接臂通过第一旋转关节、第二旋转关节执行基本任务；反之则对充气式可弯曲连接臂的长度进行调整，使其满足当前工作任务需要，调整结束后充气式可弯曲连接臂通过第一旋转关节、第二旋转关节执行基本任务。

步骤6：当前在轨工作任务执行完毕，如需进行下一任务，返回步骤5。

步骤7：在轨工作任务结束。

具体的说：第一步，空间机械臂先完成在轨安装，系统进行初始化，各传感器自检复位。第二步，回收状态的充气式可弯曲连接臂启动进入在轨工作模式，这时第一调节阀、第三调节阀处于打开状态，第二调节阀处于关闭状态。第三步，储气罐打开，向充气式可弯曲连接臂以及调节储气球内部输送气体，机械臂收放机构展开回收状态的充气式可卷曲连接臂，传感器监测输气管内的气压及充气式可弯曲连接臂的长度。第四步，当充气式可弯曲连接臂达到指定长度且充气式可弯曲连接臂内部气压达到设定值时，关闭第一调节阀，调节储气球达到其设定气压时，关闭第三调节阀，进入待工作状态。第五步，判断在轨工作任务是否需要调整机械臂长度，如不需要调整机械臂长度，则充气式可弯曲连接臂通过第一旋转关节、第二旋转关节执行基本任务；如需要调整机械臂长度时，先判断当前工作任务是需要大范围调节空间机械臂的长度还是小范围调节空间机械臂的长度。在需要大范围增加机械臂的臂长时，第一调节阀72打开，第二调节阀75和第三调节阀76关闭，储气罐6放出气体，机械臂收放机构4放出对应长度充气式可卷曲连接臂，达到指定长度以及预定气压后，第一调节阀72关闭；在需要大范围减小机械臂的臂长时，第二调节阀75打开，第一调节阀72打开和第三调节阀76关闭，多余的气体排出，机械臂收放机构4回收对应长度充气式可卷曲连接臂，达到指定回收长度后，第二调节阀75关闭。在需要小范围增加机械臂的臂长时，第三调节阀76打开，调节储气球77中高压气体输入充气式可卷曲连接臂1，机械臂收放机构4放出对应长度，达到指定长度及预定气压后第三调节阀关闭；在需要小范围减小机械臂的臂长时，第三调节阀76打开，利用机械臂收放机构4挤压回收，实现多余气体进入调节储气球77中，此时回收长度需要超过指定长度以便保障充气式可卷曲连接臂1气压不会过高，第三调节阀76关闭，机械臂收放机构4放出过量回收的充气式可卷曲连接臂1，使空间机械臂达到所需的减少长度和预定气压。第六步，当前在轨工作任务执行完毕，充气式可弯曲连接臂如需进行下一任务，返回第五步重新判断。第七步，在轨工作任务结束。

本发明的有益效果如下：

1、本发明的空间机械臂采用的是充气式结构，其充气式可卷曲连接臂可以通过机械臂收放机构、气体调节机构共同作用实现卷曲收放，从而有效地降低了空间机械臂的体积和质量，降低了空间机械臂的航空运输成本。

2、本发明中的第一刚柔转换复合机构、第二刚柔转换复合机构为可移动式结构，配合充气式可卷曲连接臂可挤压卷曲的特性，可以实现旋转关节在空间机械臂上移动，同时由于机械臂收放机构可以改变机械臂的总长，再配合两个可移动关节可以实现不同臂长任务的需求，从而有效的提升了空间机械臂对不同在轨任务的适应性。

3.本发明具有可重构性，其采用的关节结构即刚柔转换复合机构可以根据需求增加或者减少，此外，关节结构利用中心对称两个滚珠丝杠驱动实现旋转功能，有效配合了关节结构的特点，保障了旋转精度，提升了关节旋转驱动力和稳定性。

4、本发明的结构强度可以通过改变充气式可卷曲连接臂内部气体压强实现调整空间机械臂的刚度，充气式可卷曲连接臂在与各关节及基座体连接时有伸长的约束圆筒以保证连接刚度。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于刚柔转换复合机构的充气式空间机械臂，其特征在于：包括充气式可卷曲连接臂(1)，所述的充气式可卷曲连接臂(1)上套设有第一刚柔转换复合机构(2)及第二刚柔转换复合机构(3)，所述的充气式可卷曲连接臂(1)与机械臂收放机构(4)相连用以调整充气式可卷曲连接臂(1)的长度；所述的充气式可卷曲连接臂(1)通过输气管(5)与储气罐(6)连通，所述的储气罐(6)与输气管(5)之间设有气体调节机构(7)及输气管收放机构(8)，所述的气体调节机构(7)用以调节充气式可卷曲连接臂(1)的内部气压，所述的输气管收放机构(8)用以在充气式可卷曲连接臂(1)长度发生变化时同步调整输气管(5)的长度，使输气管(5)的长度与充气式可卷曲连接臂(1)的长度相匹配；

所述的充气式可卷曲连接臂(1)为一体结构，包括依次连通的第一充气连接臂(11)、第一挤压臂(12)、第二充气连接臂(13)、第二挤压臂(14)、第三充气连接臂(15)及挤压卷曲臂(16)，所述的第一挤压臂(12)及第二挤压臂(14)分别为充气式可卷曲连接臂(1)与第一刚柔转换复合机构(2)及第二刚柔转换复合机构(3)相配合的部位，所述的第一挤压臂(12)及第二挤压臂(14)均呈扁平状，且两者的扁平方向相垂直，所述的第一刚柔转换复合机构(2)与第一挤压臂(12)组合形成第一旋转关节，第一旋转关节驱使第一充气连接臂(11)实现上下方向的转动，所述的第二刚柔复合机构(3)与第二挤压臂(14)组合形成第二旋转关节，第二旋转关节驱使第二充气连接臂(13)实现左右方向的转动，所述的第一刚柔转换复合机构(2)及第二刚柔转换复合机构(3)在充气式可卷曲连接臂(1)上的位置可调整，从而使第一充气连接臂(11)、第二充气连接臂(13)及第三充气连接臂(15)的长度可调，所述的机械臂收放机构(4)包括收放滚筒(41)，所述的挤压卷曲臂(16)缠绕在收放滚筒(41)上，所述收放滚筒(41)的转动可调节充气式可卷曲连接臂(1)的整体长度。

2.根据权利要求1所述的基于刚柔转换复合机构的充气式空间机械臂，其特征在于：所述的充气式可卷曲连接臂(1)整体呈筒状，且由橡胶复合材质制成；第一充气连接臂(11)的端部设有与其密封配合的法兰盖(17)，所述的法兰盖(17)用于连接末端执行器，且输气管(5)的一端贯穿法兰盖(17)与充气式可卷曲连接臂(1)的内部连通；所述的挤压卷曲臂(16)呈扁平状的自然卷曲状态，挤压卷曲臂(16)缠绕在收放滚筒(41)上且挤压卷曲臂(16)的端部与收放滚筒(41)相固定形成密封。

3.根据权利要求1所述的基于刚柔转换复合机构的充气式空间机械臂，其特征在于：所述的第一刚柔转换复合机构(2)及第二刚柔转换复合机构(3)的结构相同，均分别包括移动挤压装置(21)及转动调节装置，所述的移动挤压装置(21)用于驱使第一刚柔转换复合机构(2)或第二刚柔转换复合机构(3)在充气式可卷曲连接臂(1)上的移动，所述的转动调节装置用于驱使第一旋转关节或第二旋转关节发生转动。

4.根据权利要求3所述的基于刚柔转换复合机构的充气式空间机械臂，其特征在于：所述的移动挤压装置(21)包括沿充气式可卷曲连接臂(1)长度方向依次布置的第一挤压滚筒(211)、第一旋转挤压滚筒(212)、关节转筒(213)、第二旋转挤压滚筒(214)及第二挤压滚筒(215)，上述各滚筒均分别对称设置两组以形成对充气式可卷曲连接臂(1)的挤压，所述的第一挤压滚筒(211)与第一旋转挤压滚筒(212)之间设有第一约束导板(216)，所述的关节转筒(213)与第二旋转挤压滚筒(214)之间设有第二约束导板(217)，所述的第二旋转挤压滚筒(214)与第二挤压滚筒(215)之间设有第三约束导板(218)，上述各约束导板均分别对称设置两组以形成对充气式可卷曲连接臂(1)的导向约束，所述的第一挤压滚筒(211)、第一约束导板(216)及第一旋转挤压滚筒(212)均固定在第一支架(24)上，所述的关节转筒(213)、第二约束导板(217)、第二旋转挤压滚筒(214)、第三约束导板(218)及第二挤压滚筒(215)均固定在第二支架(25)上，所述第一支架(24)与第二支架(25)的一端铰接相连，第一支架(24)的非铰接端连接有第一约束圆筒(26)，第二支架(25)的非铰接端连接有第二约束圆筒(27)，所述的第一约束圆筒(26)及第二约束圆筒(27)套设在充气式可卷曲连接臂(1)上；

所述的第一旋转挤压滚筒(212)及第二旋转挤压滚筒(214)均分别由第一动力传动装置(28)驱动其同时转动以实现第一刚柔转换复合机构(2)或第二刚柔转换复合机构(3)在充气式可卷曲连接臂上(1)的移动。

5.根据权利要求4所述的基于刚柔转换复合机构的充气式空间机械臂，其特征在于：所述的关节转筒(213)位于第一挤压臂(12)的中间位置，所述的第一挤压滚筒(211)及第二挤压滚筒(215)、第一旋转挤压滚筒(212)及第二旋转挤压滚筒(214)、第一约束导板(216)及第三约束导板(218)均分别对称设置在关节转筒(213)的两侧；所述的两组第一挤压滚筒(211)之间的间距与两组第二挤压滚筒(215)之间的间距相吻合，所述的两组第一旋转挤压滚筒(212)之间的间距与第两组第二旋转挤压滚筒(214)之间的间距相吻合，且两组第一挤压滚筒(211)之间的间距大于两组第一旋转挤压滚筒(212)之间的间距；所述的两组第二约束导板(217)平行布置，所述的两组第一约束导板(216)及两组第三约束导板(218)均在远离第二约束导板(217)的一端间距大、靠近第二约束导板(217)的一端间距小。

6.根据权利要求3所述的基于刚柔转换复合机构的充气式空间机械臂，其特征在于：所述的转动调节装置包括结构相同且为中心对称的第一滚珠丝杠旋转机构(22)及第二滚珠丝杠旋转机构(23)，所述的第一滚珠丝杠旋转机构(22)及第二滚珠丝杠旋转机构(23)分别设置在充气式可卷曲连接臂(1)的两侧，所述的第一滚珠丝杠旋转机构(22)及第二滚珠丝杠旋转机构(23)均分别包括驱动电机(221)、固定驱动电机(221)的电机座(222)、与电机座(222)转动连接的旋转座(223)、通过联轴器(224)与驱动电机(221)相连的丝杠(225)、与丝杠(225)通过丝杠螺母结构相连的滑台(226)、与滑台(226)通过螺栓固连的连接转台(227)，其中：所述第一滚珠丝杠旋转机构(22)中的旋转座(223)与第二支架(25)固定连接，所述第一滚珠丝杠旋转机构(22)中的连接转台(227)与第一支架(24)转动连接，所述第二滚珠丝杠旋转机构(23)中的旋转座与第一支架固定连接，所述第二滚珠丝杠旋转机构(23)中的连接转台与第二支架转动连接，所述第一滚珠丝杠旋转机构(22)中的驱动电机与第二滚珠丝杠旋转机构(23)中的驱动电机转向相反。

7.根据权利要求1所述的基于刚柔转换复合机构的充气式空间机械臂，其特征在于：所述的机械臂收放机构(4)包括第三挤压滚筒(42)、第四挤压滚筒(43)及收放滚筒(41)，所述的第三挤压滚筒(42)及第四挤压滚筒(43)分别对称设置两组以形成对充气式可卷曲连接臂(1)的挤压，所述的第三挤压滚筒(42)与第四挤压滚筒(43)之间设有第四约束导板(44)，所述的第四约束导板(44)对称设置两组以形成对充气式可卷曲连接臂(1)的导向约束，两组第四约束导板(44)在靠近第四挤压滚筒(43)的一端间距小、远离第四挤压滚筒(43)的一端间距大，所述的第三挤压滚筒(42)、第四约束导板(44)、第四挤压滚筒(43)固定在第三支架(45)上，第三支架(45)的一端连接有第三约束圆筒(46)，第三支架(45)的另一端与固定气体调节机构(7)及输气管收放机构(8)的第四支架(48)相连，所述的收放滚筒(41)与第二动力传动装置(47)相连，第二动力传动装置(47)驱动收放滚筒(41)转动以实现充气式可卷曲连接臂(1)的收放。

8.根据权利要求1所述的基于刚柔转换复合机构的充气式空间机械臂，其特征在于：所述的气体调节机构(7)包括连接储气罐(6)与输气管(5)的调节气管(71)，所述的调节气管(71)上设有第一调节阀(72)，所述第一调节阀(72)与输气管(5)之间的调节气管(71)上旁通有第一支气管(73)及第二支气管(74)，所述的第一支气管(73)上设有第二调节阀(75)，且第一支气管(73)的端口与外界环境连通，所述的第二支气管(74)上设有第三调节阀(76)，且第二支气管(73)的端口与调节储气球(77)连通。

9.根据权利要求1所述的基于刚柔转换复合机构的充气式空间机械臂，其特征在于：所述的输气管收放机构(8)包括固定在第四支架(48)外侧面的固定轴(81)，所述的固定轴(81)上套设有与其转动连接的收放管盘，所述的收放管盘通过与固定轴(81)相配合的固定螺栓来实现轴向定位，所述的收放管盘其内部为中空结构，包括管盘本体(82)及管盘端盖(83)，所述的管盘本体(82)上套设有螺旋状的收放气管(84)，所述收放气管(84)的一端与调节气管(71)连通，收放气管(84)的另一端与输气管(5)连通，所述的管盘本体(82)上设有供收放气管(84)穿过的固定环(821)，所述收放管盘的内部设有套设在固定轴(81)上的涡卷弹簧(85)，涡卷弹簧(85)的一端与固定轴(81)固连，涡卷弹簧(85)的另一端与管盘本体(82)的内壁固连。

10.一种根据权利要求1～9中任意一项所述的一种基于刚柔转换复合机构的充气式空间机械臂的使用方法，包括如下步骤：

步骤1：空间机械臂完成在轨安装，系统初始化；

步骤2：回收状态的充气式可弯曲连接臂启动进入在轨工作模式，第一调节阀、第三调节阀打开，第二调节阀关闭；

步骤3：储气罐向充气式可弯曲连接臂以及调节储气球内部输送气体，机械臂收放机构展开回收状态的充气式可卷曲连接臂；传感器监测输气管内的气压及充气式可弯曲连接臂的长度；

步骤4：当充气式可弯曲连接臂达到指定长度且充气式可弯曲连接臂内部气压达到设定值时，第一调节阀关闭，调节储气球达到其设定气压时，第三调节阀关闭，进入待工作状态；

步骤5：判断在轨工作任务是否需要调整机械臂长度，如判断结果为否则充气式可弯曲连接臂通过第一旋转关节、第二旋转关节执行基本任务；反之则对充气式可弯曲连接臂的长度进行调整，使其满足当前工作任务需要，调整结束后充气式可弯曲连接臂通过第一旋转关节、第二旋转关节执行基本任务。

步骤6：当前在轨工作任务执行完毕，如需进行下一任务，返回步骤5。

步骤7：在轨工作任务结束。

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