CN211841990U - 太空垃圾捕获软体机器人 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及仿生软体机器人技术领域，具体公开了一种太空垃圾捕获软体机器人，包括依次连接的动力装置、控制装置、软体机械臂和软体机械手，动力装置包括储气罐，控制装置包括气源三联件和电磁阀组，电磁阀组的电磁阀进气口通过气源三联件与储气罐连接，软体机械臂包括外层纤维网、机械臂主体、机械臂气腔和机械臂气管，机械臂气腔为三个且绕机械臂主体的轴线均匀分布在机械臂主体上，软体机械手包括多个机械手单指，机械手单指包括机械手主体和机械手中间限变层，机械手主体为腔体结构，机械手中间限变层设在机械手主体的内部。本实用新型在与高速运动的太空垃圾接触的时候不会因能量交换过大产生二次撞击碎片，在差额能量消失后，实现抓取。
Description
技术领域
本实用新型涉及仿生软体机器人技术领域，尤其涉及一种太空垃圾捕获软体机器人。
背景技术
太空垃圾是围绕地球轨道的无用人造物体，太空垃圾不仅给航天事业带来巨大隐患，而且还污染了宇宙空间，给人类带来灾难，据统计现今在近地轨道上直径介于1-10cm的空间碎片占据了整体数量的90％，且尚未有有效手段清除。针对太空垃圾的捕获机器装置，目前均为刚性机械臂支撑刚性结构去抓取空间碎片。
刚性机械臂支撑刚性结构去抓取空间碎片，空间碎片除了有高达7-8km的绕地球圆周运动的速度外，还有自旋速度来维持自身平衡，因此刚性机构在抓取的时候，会产生巨大的能量交换，碎片会摧毁刚性机械臂，造成轨道二次污染。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种太空垃圾捕获软体机器人，以克服现有技术的刚性结构在抓去的时候机械臂容易损坏的问题。
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种太空垃圾捕获软体机器人，包括依次连接的动力装置、控制装置、软体机械臂和软体机械手；所述动力装置包括储气罐，所述控制装置包括气源三联件和电磁阀组，所述电磁阀组的电磁阀进气口通过所述气源三联件与所述储气罐连接，所述软体机械臂包括外层纤维网、机械臂主体、机械臂气腔和机械臂气管，所述外层纤维网包裹在所述机械臂主体的外侧，所述机械臂气腔为三个且绕所述机械臂主体的轴线均匀分布在所述机械臂主体上，所述软体机械手包括多个机械手单指，所述机械手单指包括机械手主体和机械手中间限变层，所述机械手主体为腔体结构，所述机械手中间限变层设在所述机械手主体的内部且将所述机械手主体的内部平均分为两个腔体，所述电磁阀组的电磁阀出气口分别通过所述机械臂气管与所述机械臂气腔和机械手主体的两个腔体连接。
优选的，所述动力装置还包括储气罐承载外壳，所述储气罐设在所述储气罐承载外壳的内部，所述储气罐的储气罐接口通过气管与所述气源三联件连接。
优选的，所述电磁阀组包括多个电磁阀，每个电磁阀的出气口均通过单独的机械臂气管与对应的机械臂气腔或机械手主体连接。
优选的，所述控制装置还包括控制装置外壳，所述气源三联件和电磁阀组均设在所述控制装置外壳的内部。
优选的，所述软体机械臂还包括位于两端的机械臂连接台，所述软体机械臂的两端分别通过所述机械臂连接台与所述控制装置和软体机械手连接。
优选的，所述软体机械臂还包括机械臂型芯腔，所述机械臂型芯腔设在所述机械臂主体的轴线处，所述电磁阀组的电磁阀出气口通过所述机械臂气管与所述机械臂型芯腔连接。
优选的，所述软体机械臂为个且沿轴向依次连接在一起，每个软体机械臂均单独通过所述机械臂气管与所述电磁阀组连接。
优选的，所述软体机械手还包括机械手固定架、机械手承载台和机械手连接台，所述机械手单指的一端通过所述机械手固定架与所述机械手承载台连接，所述机械手承载台通过所述机械手连接台与所述软体机械臂连接。
优选的，所述机械手单指还包括机械手安装卡，所述机械手单指通过所述机械手安装卡与所述机械手固定架配合连接，所述机械手主体的外部为波纹状的机械手外表皮。
优选的，所述机械手单指为三个。
本实用新型的太空垃圾捕获软体机器人采用软体机械臂和软体机械手并采用气体作为动力源，具有无限自由度且具有弹性，在与高速运动的太空垃圾接触的时候不会因能量交换过大产生二次撞击碎片，在差额能量消失后，实现抓取。
附图说明
图1为本实用新型的实例的太空垃圾捕获软体机器人的整体结构图；
图2为本实用新型的实例的太空垃圾捕获软体机器人的动力装置的透视图；
图3为本实用新型的实例的太空垃圾捕获软体机器人的控制装置的透视图；
图4为本实用新型的实例的太空垃圾捕获软体机器人的软体机械臂的单节结构体；
图5为本实用新型的实例的太空垃圾捕获软体机器人的软体机械臂的单节剖面图；
图6为本实用新型的实例的太空垃圾捕获软体机器人的软体机械手的结构图；
图7为本实用新型的实例的太空垃圾捕获软体机器人的软体机械手的单指剖面图；
图8为本实用新型的实例的太空垃圾捕获软体机器人的软体机械臂未弯曲时的示意图。
图中，1：动力装置；2：控制装置；3：软体机械臂；4：软体机械手；101：储气罐承载外壳；102：储气罐接口；103：储气罐；201：电磁阀进气口；202：气源三联件；203：电磁阀组；204：电磁阀出气口；301：机械臂连接台；302：外层纤维网；303：机械臂气腔；304：机械臂主体；305：机械臂型芯腔；306：机械臂气管；401：机械手单指；402：机械手固定架；403：机械手承载台；404：机械手连接台；411：机械手主体；412：机械手中间限变层；413：机械手外表皮；414：机械手安装卡。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不能用来限制本实用新型的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
如图1-8所示，本实施例的太空垃圾捕获软体机器人包括：依次连接的动力装置1、控制装置2、软体机械臂3和软体机械手4。动力装置1包括储气罐103，控制装置2包括气源三联件202和电磁阀组203，电磁阀组203的电磁阀进气口201 通过气源三联件202与储气罐103连接，软体机械臂3包括外层纤维网302、机械臂主体304、机械臂气腔303和机械臂气管306，外层纤维网302包裹在机械臂主体304的外侧，机械臂气腔303为三个且绕机械臂主体304的轴线均匀分布在机械臂主体304上，软体机械手4包括多个机械手单指401，机械手单指401包括机械手主体411和机械手中间限变层412，机械手主体411为腔体结构，机械手中间限变层412设在机械手主体411的内部且将机械手主体411的内部平均分为两个腔体，电磁阀组203的电磁阀出气口204分别通过机械臂气管306与机械臂气腔303 和机械手主体411的两个腔体连接。
动力装置1(即气源)还包括储气罐承载外壳101，储气罐103设在储气罐承载外壳101的内部，储气罐103的储气罐接口102通过气管与气源三联件202连接。
电磁阀组203包括多个电磁阀(如本实施例中，三节软体机械臂3对应九个电磁阀，三个机械手单指401对应六个电磁阀，十五个电磁阀均可以有效且精确的控制气体输出量)，每个电磁阀的出气口均通过单独的机械臂气管306与对应的机械臂气腔303或机械手主体411连接。控制装置2还包括控制装置外壳，气源三联件202和电磁阀组203均设在控制装置外壳的内部。
软体机械臂3还包括位于两端的机械臂连接台301，软体机械臂3的两端分别通过机械臂连接台301与控制装置2和软体机械手4连接。软体机械臂3还包括机械臂型芯腔305，机械臂型芯腔305设在机械臂主体304的轴线处，电磁阀组203 的电磁阀出气口204通过机械臂气管306与机械臂型芯腔305连接。软体机械臂3 为个且沿轴向依次连接在一起，本实施例中为三节，每个软体机械臂3均单独通过机械臂气管306与电磁阀组203连接。
机械臂不通气时为直线状，如图7所示，即未弯曲状态，当分析出抓取目标物的状态未知后，计算出机械臂末端姿势后，在电磁阀组203的控制下，通过九个气路连接到机械臂气管306后，控制精确的气量分别输入每节机械臂气腔303 内，在压强的作用下，三节机械臂发生变形、弯曲、伸缩或扭转，其轴向膨胀则在外层纤维网302的约束下无明显作用，软体机械臂3从而可以将机械手4送入指定地点。
机械臂3在气腔的作用下可以产生需要的动作如弯曲，单节机械臂有三个机械臂气腔303，当两个空腔内通有气体在压强的作用下机械臂会向无气体或者少量气体即压强小的一侧弯曲，控制三个气腔内的气量，可以使单节机械臂产生任意方向的弯曲，当三个气腔内通有大小相等的气量，则机械臂会产生伸长，当三个气腔内部压强均不一致时，机械臂会产生扭转，在外层纤维网302的作用下，机械臂并不会产生膨胀，即有效防止了气球效应的产生。
单节机械臂内含有机械臂型芯腔305，这是为了在机械臂达到动作要求后，通入气体增加压强增大机械臂的刚度，保持软体机械手4完成抓取任务。
根据具体工况，可以增加或者减少关节数量，增加数量可以使得机械臂末端达到更远的地方，即机械手抓取目标范围进一步扩大；减少数量如减少为两节，使机械臂更加稳定，更利于针对大直径高密度的目标。
软体机械手4还包括机械手固定架402、机械手承载台403和机械手连接台 404，机械手单指401的一端通过机械手固定架402与机械手承载台403连接，机械手承载台403通过机械手连接台404与软体机械臂3连接。机械手单指401还包括机械手安装卡414，机械手单指401通过机械手安装卡414与机械手固定架402 配合连接，机械手主体411的外部为波纹状的机械手外表皮413。机械手单指401 为三个。三指均通过U形卡固定在支架上，其固定直径可根据不同工况适当改变，当初始三指之间直径放大，则抓取范围可以在原来的基础上增大，实用性提升。
在软体机械臂3动作完成后，经分析后得出软体机械手4抓取目标物所需压强，然后在电磁阀组203的控制下，气体经气路传入机械手主体411的内部空腔，在压强作用下，机械手单指401产生膨胀，在机械手中间限变层412的作用下产生弯曲，三指配合实现抓取。
机械手单指401在通入压强后可以产生180°的弯曲达到夹取需求，具体的，两侧具有相同膨胀层，当靠近机械手固定架402侧的气腔内通入气体后，在限制层的作用下，手指产生-90°到0°的弯曲，当远离机械手固定架402侧气腔通入气体后，同理机械手指产生0°到90°的弯曲，从而达到弯曲需要，在三指配合下可以抓取一定范围直径内大小的目标物。
本实用新型的太空垃圾捕获软体机器人采用软体机械臂和软体机械手并采用气体作为动力源，具有无限自由度且具有弹性，在与高速运动的太空垃圾接触的时候不会因能量交换过大产生二次撞击碎片，在差额能量消失后，实现抓取。
本实用新型的太空垃圾捕获软体机器人通过控制装置的电磁阀作用内部气源动力装置供给精确的气体给软体机械臂使其发生弯曲、伸缩、扭转运动将软体机械手送入空间碎片附近，同样由精确气体压强的控制下软体机械手产生弯曲三指配合抓取目标垃圾；机械手为柔性结构，由硅橡胶组成，具有无限自由度且具有弹性，在与高速运动的太空垃圾接触的时候不会因能量交换过大产生二次撞击碎片，在差额能量消失后，实现抓取，软体机械手抓取物体力可以缓慢加载，不会产生力的突变，取得良好抓取效果，软体机械手采用两层膨胀层夹限制层的模式，理论变换角度为180°，可以在尽可能节约机械手承载台的结构的同时抓取较大尺寸的目标物；软体机械臂具有无限自由度，在允许的范围内可以到达任意位置，使机械手更加灵活；执行动力为气动压强，这在太空中由于空气稀薄的环境，更利于执行结构弯曲，抓取效果更好，且气体可直接排入太空，做到绿色机构。
本实用新型的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本实用新型限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本实用新型的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本实用新型从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
Claims (10)
1.一种太空垃圾捕获软体机器人，其特征在于，包括依次连接的动力装置(1)、控制装置(2)、软体机械臂(3)和软体机械手(4)；所述动力装置(1)包括储气罐(103)，所述控制装置(2)包括气源三联件(202)和电磁阀组(203)，所述电磁阀组(203)的电磁阀进气口(201)通过所述气源三联件(202)与所述储气罐(103)连接，所述软体机械臂(3)包括外层纤维网(302)、机械臂主体(304)、机械臂气腔(303)和机械臂气管(306)，所述外层纤维网(302)包裹在所述机械臂主体(304)的外侧，所述机械臂气腔(303)为三个且绕所述机械臂主体(304)的轴线均匀分布在所述机械臂主体(304)上，所述软体机械手(4)包括多个机械手单指(401)，所述机械手单指(401)包括机械手主体(411)和机械手中间限变层(412)，所述机械手主体(411)为腔体结构，所述机械手中间限变层(412)设在所述机械手主体(411)的内部且将所述机械手主体(411)的内部平均分为两个腔体，所述电磁阀组(203)的电磁阀出气口(204)分别通过所述机械臂气管(306)与所述机械臂气腔(303)和机械手主体(411)的两个腔体连接。
2.根据权利要求1所述的太空垃圾捕获软体机器人，其特征在于，所述动力装置(1)还包括储气罐承载外壳(101)，所述储气罐(103)设在所述储气罐承载外壳(101)的内部，所述储气罐(103)的储气罐接口(102)通过气管与所述气源三联件(202)连接。
3.根据权利要求1所述的太空垃圾捕获软体机器人，其特征在于，所述电磁阀组(203)包括多个电磁阀，每个电磁阀的出气口均通过单独的机械臂气管(306)与对应的机械臂气腔(303)或机械手主体(411)连接。
4.根据权利要求1所述的太空垃圾捕获软体机器人，其特征在于，所述控制装置(2)还包括控制装置外壳，所述气源三联件(202)和电磁阀组(203)均设在所述控制装置外壳的内部。
5.根据权利要求1所述的太空垃圾捕获软体机器人，其特征在于，所述软体机械臂(3)还包括位于两端的机械臂连接台(301)，所述软体机械臂(3)的两端分别通过所述机械臂连接台(301)与所述控制装置(2)和软体机械手(4)连接。
6.根据权利要求1所述的太空垃圾捕获软体机器人，其特征在于，所述软体机械臂(3)还包括机械臂型芯腔(305)，所述机械臂型芯腔(305)设在所述机械臂主体(304)的轴线处，所述电磁阀组(203)的电磁阀出气口(204)通过所述机械臂气管(306)与所述机械臂型芯腔(305)连接。
7.根据权利要求1所述的太空垃圾捕获软体机器人，其特征在于，所述软体机械臂(3)为个且沿轴向依次连接在一起，每个软体机械臂(3)均单独通过所述机械臂气管(306)与所述电磁阀组(203)连接。
8.根据权利要求1所述的太空垃圾捕获软体机器人，其特征在于，所述软体机械手(4)还包括机械手固定架(402)、机械手承载台(403)和机械手连接台(404)，所述机械手单指(401)的一端通过所述机械手固定架(402)与所述机械手承载台(403)连接，所述机械手承载台(403)通过所述机械手连接台(404)与所述软体机械臂(3)连接。
9.根据权利要求8所述的太空垃圾捕获软体机器人，其特征在于，所述机械手单指(401)还包括机械手安装卡(414)，所述机械手单指(401)通过所述机械手安装卡(414)与所述机械手固定架(402)配合连接，所述机械手主体(411)的外部为波纹状的机械手外表皮(413)。
10.根据权利要求1-9中任何一项所述的太空垃圾捕获软体机器人，其特征在于，所述机械手单指(401)为三个。
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