一种空间机械臂末端抓取机构与抓取方法技术

本发明专利技术公开了一种空间机械臂末端抓取机构与抓取方法，属于空间探测技术领域。空间机械臂末端抓取机构包括壳体组件、约束在壳体组件内部的捕获组件、与壳体组件固定连接的锁紧组件与拖动组件，通过捕获、拖动和锁紧操作，可实现对空间合作目标上的目标适配器大容差柔性抓取。性抓取。性抓取。

【技术实现步骤摘要】
一种空间机械臂末端抓取机构与抓取方法


[0001]本专利技术属于空间探测
，应用于空间站机械臂，尤其涉及一种空间机械臂末端抓取机构。

技术介绍

[0002]末端抓取机构安装在空间机械臂的肩、腕两端，可对固定和浮动的空间合作目标进行抓取，实现机械臂在轨爬行、支持航天员出舱等任务。目前已成功发射应用的机械臂末端执行器还包括国际空间站加拿大机械臂系统(SSRMS)末端执行器、国际空间站欧洲臂ERA末端执行器，其中加拿大机械臂未能爬行，欧洲臂ERA末端执行器不能抓取浮动目标。
[0003]专利(CN105659728B)公开了一种绳索捕获式末端执行器，实现了对具有特定对接接口目标物的大容差捕获，但该末端执行器不能对目标物进行大预紧力锁紧以及电气连接。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，设计了一种新型的末端抓取机构与抓取方法，通过捕获、拖动和锁紧操作，可实现对目标适配器的大容差、高精度和高刚度抓取。
[0005]本专利技术目的通过以下技术方案予以实现：
[0006]一种空间机械臂末端抓取机构，用于对空间合作目标上的目标适配器抓取和释放，其特征在于，所述空间机械臂末端抓取机构包括壳体组件、捕获组件、锁紧组件与拖动组件；
[0007]所述壳体组件具有与所述目标适配器相耦合的结构，通过导轨约束所述捕获组件；
[0008]所述捕获组件用于实现对所述目标适配器的初始捕获；
[0009]所述拖动组件用于拖动完成捕获后的捕获组件与目标适配器，实现壳体组件与目标适配器的对接；所述拖动组件固定在壳体组件上，所述拖动组件包括拖动滚珠丝杠、拖动驱动组件、底盖、传动齿轮；拖动滚珠丝杠与拖动驱动组件固定在底盖上；拖动滚珠丝杠的一端通过传动齿轮与拖动驱动组件的输出端连接，拖动滚珠丝杠的另一端与捕获组件连接，通过拖动滚珠丝杠沿轴向作直线运动实现对捕获组件与目标适配器的拖动；
[0010]所述锁紧组件固定在壳体组件上，用于锁紧目标适配器，并实现与目标适配器的电连接。
[0011]优选的，所述锁紧组件包括至少4套锁紧机构、随动组件、锁紧驱动组件和大齿轮；锁紧机构、锁紧驱动组件和大齿轮固定在外壳的外表面，锁紧驱动机构与大齿轮通过齿轮啮合连接，大齿轮与所有锁紧机构通过齿轮啮合连接；随动组件固定用于电连接的电缆，随动组件固定在锁紧机构上。
[0012]优选的，所述锁紧机构包括滚轮、电连接器、连杆、锁紧支撑架、活动组件、碟簧组
件、小导轨、固定支架、锁紧滚珠丝杠；锁紧时，滚轮与目标适配器连接，电连接器与目标适配器实现电连接；
[0013]滚轮通过销轴连接在连杆上，连杆通过销轴连接在活动组件上，碟簧组件固定在活动组件上；
[0014]小导轨固定在壳体组件上，并通过转接件与锁紧支撑架连接；
[0015]固定支架、轴承支撑件固定在壳体组件上；
[0016]电连接器与随动组件固定在锁紧支撑架上；
[0017]锁紧滚珠丝杠螺母上设计有齿轮，固定在轴承支撑件上，锁紧滚珠丝杠穿过固定支架、活动组件后，与锁紧支撑架固定连接。
[0018]优选的，所述捕获组件包括固定环、钢丝绳组件、转动环、一维力传感器、滑块组件和捕获驱动组件；固定环与转动环之间通过轴承连接；钢丝绳组件的两端分别与固定环、转动环连接，钢丝绳组件至少有3套，沿固定环、转动环周向均匀分布；捕获驱动组件固定在固定环上，输出端通过齿轮与转动环连接；至少3组滑块组件固定在固定环上，沿固定环轴向均匀分布，并与所述导轨连接；一维力传感器固定在滑块组件上；捕获组件工作时，捕获驱动组件驱动转动环转动，带动钢丝绳组件一端运动，使得钢丝绳组件组成的初始圆收缩，捕获目标适配器。
[0019]优选的，所述捕获组件还包括2个到位开关，到位开关固定连接在固定环上，用于指示捕获组件的2个位置状态，分别是捕获起始位置和捕获终止位置。
[0020]优选的，所述拖动组件的底盖上装有供电模块，用于机械臂整臂配电控制。
[0021]优选的，还包括控制器，安装在壳体组件外侧，用于对捕获驱动组件、拖动驱动组件、锁紧驱动组件进行控制，并与机械臂通信。
[0022]优选的，还包括六维力传感器，与底盖连接，用于测量抓取过程中的受力情况。
[0023]优选的，还包括快换装置，与六维力传感器连接，用于实现对壳体组件、捕获组件、锁紧组件与拖动组件的组合体在轨更换。
[0024]一种空间机械臂末端抓取机构抓取方法，按序对目标适配器进行捕获、拖动、锁紧操作：
[0025]捕获操作：捕获驱动组件驱动转动环转动，带动钢丝绳组件的一端运动，使三套钢丝绳组件组成的初始圆收缩，直至将目标适配器捕获；
[0026]拖动操作：拖动驱动组件通过传动齿轮驱动拖动滚珠丝杠转动，丝杠螺母作沿轴向作直线运动，拖动捕获组件及目标适配器运动；拖动过程中，通过壳体组件与目标适配器耦合连接，进行末端抓取机构与目标适配器之间定位，实现末端抓取机构与目标适配器对接；
[0027]锁紧操作：锁紧驱动组件通过大齿轮同时驱动锁紧机构的锁紧滚珠丝杠螺母转动，丝杠连同锁紧支撑架、活动组件沿小导轨作直线运动，实现对目标适配器锁紧以及电连接。
[0028]优选的，通过控制器来控制捕获、拖动、锁紧操作。
[0029]本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：
[0030]1)该末端抓取机构通过捕获组件的结构设计，在捕获过程中，通过钢丝绳组件缠绕方式，驱动捕获杆运动至拖动初始位置，消除目标适配器、末端抓取机构之间的径向误
差，实现大容差柔性抓取，捕获位置容差优于100mm。
[0031]2)该末端抓取机构通过拖动组件的结构设计，在拖动过程中，通过粗定位、精定位操作，消除目标适配器、末端抓取机构之间的位姿误差，实现高精度对接，对接精度优于0.1mm。
[0032]3)该末端抓取机构通过锁紧组件的结构设计，在锁紧过程中，通过锁紧驱动组件带动大齿轮转动，大齿轮同步驱动所有锁紧机构对目标适配器进行大预紧力锁紧，锁紧刚度优于2e7Nm/rad。
[0033]4)该末端抓取机构捕获、拖动和锁紧动作顺序衔接，在实现每一步动作的同时，为下一步动作提供初始运动条件，使得捕获组件、拖动组件和锁紧组件等组合集成为一个有机整体，分步实现对目标适配器的大容差捕获、高精度对接以及高刚度锁紧，并可实现在空间环境下对目标适配器的重复抓取。
附图说明
[0034]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0035]图1是本专利技术实施例提供的一种新型的末端抓取机构示意图；
[0036]图2是本专利技术实施例提供的目标适配器组成示意图；
[0037]图3是本专利技术实施例提供的捕获组件组成示意图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空间机械臂末端抓取机构，用于对空间合作目标上的目标适配器抓取和释放，其特征在于，所述空间机械臂末端抓取机构包括壳体组件、捕获组件、锁紧组件与拖动组件；所述壳体组件具有与所述目标适配器相耦合的结构，通过导轨约束所述捕获组件；所述捕获组件用于实现对所述目标适配器的初始捕获；所述拖动组件用于拖动完成捕获后的捕获组件与目标适配器，实现壳体组件与目标适配器的对接；所述拖动组件固定在壳体组件上，所述拖动组件包括拖动滚珠丝杠、拖动驱动组件、底盖、传动齿轮；拖动滚珠丝杠与拖动驱动组件固定在底盖上；拖动滚珠丝杠的一端通过传动齿轮与拖动驱动组件的输出端连接，拖动滚珠丝杠的另一端与捕获组件连接，通过拖动滚珠丝杠沿轴向作直线运动实现对捕获组件与目标适配器的拖动；所述锁紧组件固定在壳体组件上，用于锁紧目标适配器，并实现与目标适配器的电连接。2.如权利要求1所述的空间机械臂末端抓取机构，其特征在于，所述锁紧组件包括至少4套锁紧机构、随动组件、锁紧驱动组件和大齿轮；锁紧机构、锁紧驱动组件和大齿轮固定在壳体组件上，锁紧驱动机构与大齿轮通过齿轮啮合连接，大齿轮与所有锁紧机构通过齿轮啮合连接；随动组件固定用于电连接的电缆，随动组件固定在锁紧机构上。3.如权利要求2所述的空间机械臂末端抓取机构，其特征在于，所述锁紧机构包括滚轮、电连接器、连杆、锁紧支撑架、活动组件、碟簧组件、小导轨、固定支架、锁紧滚珠丝杠；锁紧时，滚轮与目标适配器连接，电连接器与目标适配器实现电连接；滚轮通过销轴连接在连杆上，连杆通过销轴连接在活动组件上，碟簧组件固定在活动组件上；小导轨固定在壳体组件上，并通过转接件与锁紧支撑架连接；固定支架、轴承支撑件固定在壳体组件上；电连接器与随动组件固定在锁紧支撑架上；锁紧滚珠丝杠螺母上设计有齿轮，固定在轴承支撑件上，锁紧滚珠丝杠穿过固定支架、活动组件后，与锁紧支撑架固定连接。4.如权利要求1所述的空间机械臂末端抓取机构，其特征在于，所述捕获组件包括固定环、钢丝绳组件、转动环、一维力传感器、滑块组件和捕获驱动组件；固定环与转动环之间通...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文明，杨旭，曾磊，赵志军，周永辉，李德伦，胡成威，熊明华，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：