一种航天员用关节式多功能便携辅助工具制造技术

本实用新型专利技术提供了一种航天员用关节式多功能便携辅助工具，包括固定用标准接口、七自由度关节臂、末端工具和控制器，七自由度关节臂设有固定端标准接口和工具端标准接口，固定端标准接口用于可拆卸连接固定用标准接口，工具端标准接口与末端工具可拆卸连接，七自由度关节臂上安装视觉定位系统和力反馈系统，视觉定位系统、力反馈系统和七自由度关节臂的各个关节分别信号连接至控制器。本实用新型专利技术所述的航天员用关节式多功能便携辅助工具，设计标准接口，一端可与太空中固定或相对固定物体连接，方便随身携带和按需固定；另一端可以更换多种工具；大大拓展航天员在太空微低重力环境中实施舱外操作的能力和活动范围。中实施舱外操作的能力和活动范围。中实施舱外操作的能力和活动范围。

【技术实现步骤摘要】
一种航天员用关节式多功能便携辅助工具


[0001]本技术属于航天辅助工具
，尤其是涉及一种辅助航天员进行太空舱外活动、拓展航天员舱外活动能力的多功能辅助工具。

技术介绍

[0002]随着人类对空间资源的开发和利用，越来越多的载人航天器被发射，譬如目前在轨运行的国际空间站，我国空间站也将在2021年开始建造；除围绕地球运行的空间站外，载人登月、载人登火等载人航天工程也陆续被各国提上日程。舱外辅助设备和工具是航天员完成载人航天器维修维护、进行舱外活动的重要支撑和保障。当前航天员进行舱外活动时，均需要穿着特制的宇航服来维持自身所需要的氧气、压力等供给，另一方面，由于宇航服自身的特点，从一定程度上限制了航天员的活动范围、视野以及触觉等感官功能，加之太空中的微低重力和真空或近真空的环境，使得航天员进行舱外活动的能力受到了较大的限制，如航天员漂浮状态时，需要一只手来辅助固定防止危险事件发生，因而只能依靠另一只手完成需要的操作，这又进一步限制了其活动范围和活动能力，增加了舱外操作的难度。因此，需要一种高效的便携式辅助工具，进一步拓展航天员的能力，提高其在太空中舱外活动范围和完成维修维护任务的效率。
[0003]国际上，围绕国际空间站和航天飞机为代表的载人航天器进行的舱外活动开展较早，舱外辅助装置和维修工具也已广泛应用于各种舱外活动中，比较有代表性的有NASA研制的脚限位器(APFR)、限位辅助装置(TERA)、各种舱外电动、扳手和剪刀等手动工具，且随着现代科技的发展，航天器的复杂程度的提高，舱外辅助装置和工具的种类也逐渐增多、功能不断完善。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本技术旨在提出一种航天员用关节式多功能便携辅助工具，以提供一种具有标准接口，方便随身携带和按需固定，能够更换多种工具，有效拓展航天员在太空微低重力环境中实施舱外操作的能力和活动范围的关节式多功能便携辅助工具。
[0005]为达到上述目的，本技术的技术方案是这样实现的：
[0006]一种航天员用关节式多功能便携辅助工具，包括七自由度关节臂、末端工具和控制器，七自由度关节臂设有固定端标准接口和工具端标准接口，固定端标准接口用于可拆卸连接固定用标准接口，工具端标准接口与末端工具可拆卸连接，七自由度关节臂上安装视觉定位系统和力反馈系统，视觉定位系统、力反馈系统和七自由度关节臂的各个关节分别信号连接至控制器。
[0007]进一步的，所述控制器为无线控制器。
[0008]进一步的，所述七自由度关节臂包括七自由度关节臂杆，七自由度关节臂杆内部安装供电电池，七自由度关节臂杆两端分别设有固定端标准接口和工具端标准接口。
[0009]进一步的，所述七自由度关节臂杆包括回转关节、肩关节、肘关节、小臂俯仰关节、
腕部回转关节、腕部俯仰关节和腕部偏航关节，回转关节下方安装固定端标准接口，上方活动连接至肩关节，回转关节和肩关节互相垂直；肩关节与肘关节一端活动连接，且两者轴线重合；肘关节的另一端活动连接至小臂俯仰关节一端，小臂俯仰关节的另一端活动连接至腕部回转关节的一端，腕部回转关节的另一端与腕部俯仰关节的一端活动连接，腕部俯仰关节的另一端与腕部偏航关节上方活动连接，腕部偏航关节上设有视觉定位系统和力反馈系统，腕部偏航关节下方安装工具端标准接口，回转关节、肩关节、肘关节、小臂俯仰关节、腕部回转关节、腕部俯仰关节和腕部偏航关节内分别设有一个电机，每个电机分别通过无线信号连接至控制器。
[0010]进一步的，所述固定端标准接口设有弹簧卡钩结构，与固定用标准接口的卡槽配合，且安装后固定端标准接口的弹簧卡钩楔入固定用标准接口的卡槽中，弹簧卡钩和卡槽的接口均为快拆式接口。
[0011]进一步的，所述末端工具主要包括工具主体，工具主体上分别设有工具标准接口和工具固定接口，工具标准接口与工具端标准接口可拆卸连接，工具固定接口用于可拆卸连接至外部临时接口。
[0012]进一步的，所述工具标准接口与工具端标准接口通过弹簧卡钩和卡槽配对的方式，实现临时锁定功能。
[0013]进一步的，所述工具端标准接口与工具标准接口锁定后，通过接触部分实现电导通功能，为末端工具提供电源。
[0014]进一步的，所述末端工具为电动工具、机械式的非电动工具中的任一项或者多项的结合。
[0015]相对于现有技术，本技术所述的航天员用关节式多功能便携辅助工具具有以下优势：
[0016](1)本技术所述的航天员用关节式多功能便携辅助工具，设计有标准的固定用接口，可以临时安装于航天员宇航服或其他太空中相对固定的物体(带有固定用标准接口的)上，携带和使用方便，可有效的拓展航天员活动范围。
[0017](2)本技术所述的航天员用关节式多功能便携辅助工具，采用标准接口和模块化设计，关节式结构与末端工具配合使用，可以根据功能需求，进行末端工具的自动更换，增加了工具功能的多样性，可以大幅度提升航天员进行舱外维修和操作活动的能力。
附图说明
[0018]构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
[0019]图1为本技术实施例所述的航天员用关节式多功能便携辅助工具末端工具未安装的爆炸图；
[0020]图2为本技术实施例所述的航天员用关节式多功能便携辅助工具安装末端工具的爆炸图；
[0021]图3为本技术实施例所述的七自由度关节臂收纳状态的示意图；
[0022]图4为本技术实施例所述的七自由度关节臂杆的示意图；
[0023]图5为本技术实施例所述的末端工具一个实施例的示意图；
[0024]图6为本技术实施例所述的末端工具的示意图；
[0025]图7为本技术实施例所述的关节式多功能便携辅助工具安装在宇航服背包上收纳状态的示意图一；
[0026]图8为本技术实施例所述的关节式多功能便携辅助工具安装在宇航服背包上收纳状态的示意图二；
[0027]图9为本技术实施例所述的关节式多功能便携辅助工具安装在宇航服背包上工作状态的示意图一；
[0028]图10为本技术实施例所述的关节式多功能便携辅助工具安装在宇航服背包上工作状态的示意图二。
[0029]附图标记说明：
[0030]1‑
固定用标准接口；2
‑
七自由度关节臂；21
‑
七自由度关节臂杆；211
‑
回转关节；212
‑
肩关节；213
‑
肘关节；214
‑
小臂俯仰关节；215
‑
腕部回转关节；216
‑
腕部俯仰关节；217
‑
腕部偏航关节；22
‑
固定端标准接口；23
‑
工具端标准接口；3
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种航天员用关节式多功能便携辅助工具，其特征在于：包括七自由度关节臂、末端工具和控制器，七自由度关节臂设有固定端标准接口和工具端标准接口，固定端标准接口用于可拆卸连接固定用标准接口，工具端标准接口与末端工具可拆卸连接，七自由度关节臂上安装视觉定位系统和力反馈系统，视觉定位系统、力反馈系统和七自由度关节臂的各个关节分别信号连接至控制器。2.根据权利要求1所述的一种航天员用关节式多功能便携辅助工具，其特征在于：控制器为无线控制器。3.根据权利要求1所述的一种航天员用关节式多功能便携辅助工具，其特征在于：七自由度关节臂包括七自由度关节臂杆，七自由度关节臂杆内部安装供电电池，七自由度关节臂杆两端分别设有固定端标准接口和工具端标准接口。4.根据权利要求3所述的一种航天员用关节式多功能便携辅助工具，其特征在于：七自由度关节臂杆包括回转关节、肩关节、肘关节、小臂俯仰关节、腕部回转关节、腕部俯仰关节和腕部偏航关节，回转关节下方安装固定端标准接口，上方活动连接至肩关节，回转关节和肩关节互相垂直；肩关节与肘关节一端活动连接，且两者轴线重合；肘关节的另一端活动连接至小臂俯仰关节一端，小臂俯仰关节的另一端活动连接至腕部回转关节的一端，腕部回转关节的另一端与腕部俯仰关节的一端活动连接，腕部俯仰关节的另一端与腕部偏航关节上方活动连接，腕部偏航...

【专利技术属性】
技术研发人员：高奔，冉江南，徐春光，许江涛，
申请(专利权)人：天津航天机电设备研究所，
类型：新型
国别省市：