一种小天体探测仿生机器人制造技术

本发明专利技术涉及深空探测机器人，特别涉及一种小天体探测仿生机器人。包括仿生附着器、机械臂、相机组件及机身主体，其中机身主体的外侧沿周向设有多个机械臂，各机械臂的执行末端均设有仿生附着器；相机组件设置于机身主体的顶部，相机组件用于小天体地形场景的识别与建模。本发明专利技术通过使用基于蟑螂、蜘蛛等微刺仿生而来的附着器能够顺应附着在小天体风化层表面，极大克服小天体微重力环境以及不确定表面的影响。的影响。的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种小天体探测仿生机器人


[0001]本专利技术涉及深空探测机器人，特别涉及一种小天体探测仿生机器人。

技术介绍

[0002]小天体数量多，分布广，组成成分以及环境特征不尽相同，主要包括小行星、彗星、流星体和其它星际物质。近年来，小天体探测任务受到广泛关注。出于空间资源开发、地球防御、揭示太阳系形成和演化以及探索生命起源等目的，采样返回与原位资源勘探已成为当前小天体探测任务的热点与重点。小天体巡视探测与资源开发利用等技术当前面临诸多挑战，小天体与月球、火星不同，其形状不规则，密度不均匀，旋转状态复杂，引力场微弱，对空间机器人在其表面长期巡视探测提出了较高要求；另一方面小天体表面地形条件复杂，其表面风化层和岩石的力学机理和物理性质目前相关研究较少难以确定，使得对小天体资源进行开发利用变得异常困难。由于小天体特殊的微重力环境、难以确定的表面情况等，当前的探测任务多为采样返回与原位分析，而长时间巡视探测与资源开采将是下一阶段研究的制高点。采用仿生技术设计与控制的空间机器人可以为未来小天体探测提供多种行之有效的解决思路，其中受蟑螂、壁虎等启发的附着机理以及动力攀爬机制已被应用于包括Sp i nybot、St i ckybot等多款地面爬壁机器人以及包括LEMUR I I b、LEMUR I I I等多款空间机器人的设计与控制方案中。采用仿生技术设计与控制的空间机器人在小天体探测任务中具有良好的应用前景可加以考虑。

技术实现思路

[0003]针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种小天体探测仿生机器人，以解决小天体巡视探测与资源开发利用问题。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0005]一种小天体探测仿生机器人，包括仿生附着器、机械臂、相机组件及机身主体，其中机身主体的外侧沿周向设有多个机械臂，各机械臂的执行末端均设有仿生附着器；相机组件设置于机身主体的顶部，相机组件用于小天体地形场景的识别与建模。
[0006]所述机械臂包括机械臂基座、关节Ⅰ、连杆Ⅰ、关节Ⅱ、转接头、关节Ⅲ、连杆Ⅱ及关节Ⅳ，其中机械臂基座与所述机身主体连接，连杆Ⅰ的一端通过关节Ⅰ与机械臂基座连接，连杆Ⅰ的另一端通过关节Ⅱ与转接头的一端连接；连杆Ⅱ的一端通过关节Ⅲ与转接头的另一端连接，连杆Ⅱ的另一端与关节Ⅳ连接；关节Ⅳ与所述仿生附着器连接。
[0007]所述相机组件包括回转支架、俯仰支座、相机、传感器Ⅰ及传感器Ⅱ，其中回转支架的一端与所述机身主体转动连接，回转支架的另一端两侧分别与俯仰支座和传感器Ⅱ连接，相机和传感器Ⅰ设置于俯仰支座上。
[0008]所述机身主体包括机身外壳、聚合物锂电池组、主控板、电机、限位支座、回转连接器、太阳能电池板及机架，其中聚合物锂电池组安装中机架的底部；限位支座为环状结构，限位支座设置于机架的中心位置，电机设置于限位支座内，且电机的输出端通过回转连接
器与所述相机组件连接；主控板设置于限位支座的顶部，主控板与电机和聚合物锂电池组连接；机身外壳设置于机架的外侧；太阳能电池板设置于机身外壳的顶部，且太阳能电池板与聚合物锂电池组和电机连接。
[0009]所述仿生附着器包括爪刺机构、连杆机构、驱动机构、张紧机构、释放机构、附着器基座及转接法兰，其中附着器基座通过转接法兰与所述机械臂的执行末端连接；附着器基座上沿周向设有多个连杆机构，各连杆机构的末端均连接有爪刺机构；传动机构、张紧机构及释放机构设置于附着器基座内部，传动机构与张紧机构连接，张紧机构和释放机构均与多个连杆机构连接；传动机构用于驱动张紧机构，张紧机构通过驱动连杆机构使爪刺机构附着在小天体风化层表面；释放机构通过驱动连杆机构使爪刺机构脱附于小天体风化层表面。
[0010]所述连杆机构包括连杆Ⅰ、连杆Ⅱ、连杆Ⅲ、卷簧座、卷簧、滚动座、扭簧座、扭簧及支撑座，其中连杆Ⅰ与所述爪刺机构和所述张紧机构连接，连杆Ⅱ为平行四杆机构，且连杆Ⅱ的两端分别与连杆Ⅰ和连杆Ⅲ转动连接；卷簧座安装在连杆Ⅲ靠近连杆Ⅱ的一端，卷簧安装在卷簧座上，卷簧的一端与连杆Ⅱ连接；滚动座安装在连杆Ⅲ的另一端，滚动座与所述释放机构转动连接；支撑座转动连接在连杆Ⅲ的另一端端部，支撑座与所述附着器基座连接；扭簧座安装在连杆Ⅲ的另一端，扭簧安装在扭簧座上，且扭簧的端部与支撑座抵接。
[0011]所述爪刺机构包括仿生柔顺爪刺片、滑动润滑垫、滑动销、侧板及悬挂保持架，其中仿生柔顺爪刺片为多个，且依次叠置形成仿生柔顺爪刺片阵列，相邻两个仿生柔顺爪刺片之间设有滑动润滑垫；仿生柔顺爪刺片阵列设置于悬挂保持架内，且前端通过滑动销与悬挂保持架连接，悬挂保持架的左右两侧设有侧板，仿生柔顺爪刺片阵列的后端与侧板连接；悬挂保持架的后端与所述连杆机构连接。
[0012]所述仿生柔顺爪刺片包括弹簧活动座、波形弹簧、波形弹簧固定座、直线弹簧、钩刺及钩刺固定座，其中弹簧活动座的前端设有水平滑槽，所述滑动销容置于该水平滑槽内；弹簧活动座与波形弹簧固定座通过波形弹簧连接，波形弹簧固定座通过固定销与所述侧板连接；弹簧活动座与钩刺固定座通过直线弹簧连接，钩刺安装在钩刺固定座下端，钩刺固定座的上端可活动地容置在所述弹簧活动座上设有的限位槽内。
[0013]所述驱动机构包括直流电机Ⅰ、减速器Ⅰ、编码器Ⅰ、转接板Ⅰ、转接套、深沟球轴承及小齿轮，其中编码器Ⅰ安装在直流电机Ⅰ下部，减速器Ⅰ安装在直流电机Ⅰ上部，减速器Ⅰ通过转接板Ⅰ与所述附着器基座连接，转接套安装在减速器Ⅰ输出轴末端，转接套通过深沟球轴承与附着器基座连接，小齿轮通过螺钉与转接套和减速器Ⅰ的输出轴末端连接；
[0014]所述张紧机构包括大齿轮、角接触球轴承Ⅰ、中心丝杠、中心螺母、收紧盘、收紧弹簧及钢丝绳，其中中心丝杠通过角接触球轴承Ⅰ与所述附着器基座转动连接；中心丝杠的上端设有大齿轮，大齿轮与所述小齿轮啮合；中心螺母与中心丝杠相互配合，收紧盘与中心螺母连接，且与所述附着器基座可沿竖直方向滑动地连接，收紧盘上沿周向连接有多个钢丝绳，各钢丝绳的前端分别与一所述连杆机构连接；
[0015]各所述钢丝绳的末端与所述收紧盘之间均连接有收紧弹簧。
[0016]所述释放机构包括直流电机Ⅱ、减速器Ⅱ、编码器Ⅱ、转接板Ⅱ、角接触球轴承Ⅱ、小丝杠、释放螺母、丝杠固定罩、连杆支架、释放转接环及释放连杆，其中编码器Ⅱ安装在直流电机Ⅱ下部，减速器Ⅱ安装在直流电机Ⅱ上部，减速器Ⅱ通过转接板Ⅱ与附着器基座相
连，减速器Ⅱ的输出端与小丝杠连接，小丝杠通过角接触球轴承Ⅱ与所述附着器基座连接，丝杠固定罩罩设于小丝杠的外侧；释放螺母与小丝杠螺纹配合，连杆支架的一端与释放螺母连接，另一端与释放转接环连接，释放转接环设置于与所述附着器基座的外侧，释放转接环与所述附着器基座可沿竖直方向滑动连接；释放转接环上沿周向设有多个释放连杆，各释放连杆分别与一所述连杆机构连接；
[0017]所述附着器基座的外侧通过支座连接有多个导轨组件，各导轨组件均沿竖直方向设置；释放转接环的外侧沿周向设有多个滑块组件，各滑块组件分别与导轨组件滑动配合。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
(203)的另一端，扭簧(208)安装在扭簧座(207)上，且扭簧(208)的端部与支撑座(209)抵接。7.根据权利要求5所述的小天体探测仿生机器人，其特征在于，所述爪刺机构(1)包括仿生柔顺爪刺片(101)、滑动润滑垫(102)、滑动销(103)、侧板(104)及悬挂保持架(105)，其中仿生柔顺爪刺片(101)为多个，且依次叠置形成仿生柔顺爪刺片阵列，相邻两个仿生柔顺爪刺片(101)之间设有滑动润滑垫(102)；仿生柔顺爪刺片阵列设置于悬挂保持架(105)内，且前端通过滑动销(103)与悬挂保持架(105)连接，悬挂保持架(105)的左右两侧设有侧板(104)，仿生柔顺爪刺片阵列的后端与侧板(104)连接；悬挂保持架(105)的后端与所述连杆机构(2)连接。8.根据权利要求7所述的小天体探测仿生机器人，其特征在于，所述仿生柔顺爪刺片(101)包括弹簧活动座(1011)、波形弹簧(1012)、波形弹簧固定座(1013)、直线弹簧(1014)、钩刺(1015)及钩刺固定座(1016)，其中弹簧活动座(1011)的前端设有水平滑槽，所述滑动销(103)容置于该水平滑槽内；弹簧活动座(1011)与波形弹簧固定座(1013)通过波形弹簧(1012)连接，波形弹簧固定座(1013)通过固定销与所述侧板(104)连接；弹簧活动座(1011)与钩刺固定座(1016)通过直线弹簧(1014)连接，钩刺(1015)安装在钩刺固定座(1016)下端，钩刺固定座(1016)的上端可活动地容置在所述弹簧活动座(1011)上设有的限位槽内。9.根据权利要求5所述的小天体探测仿生机器人，其特征在于，所述驱动机构(3)包括直流电机Ⅰ(301)、减速器Ⅰ(302)、编码器Ⅰ(303)、转接板Ⅰ(304)、转接套(305)、深沟球轴承(306)及小齿轮(307)，其中编码器Ⅰ(303)安装在直流电机Ⅰ(301)下部，减速器Ⅰ(302)安装在直流电机Ⅰ(301)上部，减速器Ⅰ(302)通过转接板Ⅰ(304)与所述附着器基座(6)连接，转接套(305)安装在减速器Ⅰ(302)输出轴末端，转接套(305)通过深沟球轴承(306)与附着器基座(6)连接，小齿轮(307)通过螺钉与转接套(306)和减速器Ⅰ(302)的输出轴末端连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟，周维佳，程钦锟，李俊麟，李振新，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：