【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种集捕获、锁紧及驱动输出、供电一体化多功能末端，属于工业技术、空间机器人领域，可用于卫星等空间目标的抓捕、锁紧及在轨维修、延寿等过程，实现对空间目标的捕获固连、维修操作与接管控制，提高空间机器人对空间目标的在轨操控能力，适应空间资产维护服务的需求。
技术介绍
1、随着空间探测技术的蓬勃发展，航天器发射数量与日俱增。由于空间碎片撞击、太阳帆失效、燃料耗尽等故障情况导致航天器性能下降、失控甚至报废的案例日益增多，造成大量空间轨道资源占用、空间资产损失并对其余航天器的正常运行存在持续的潜在威胁。若通过在轨服务技术，对故障航天器实现捕获、接管控制并成功维修，可较大程度解决上述问题。
2、对在轨目标实现接管控制和在轨维护，应首先实现对其的准确捕获及可靠锁紧。在轨目标均处于漂浮态，一般还存在晃动及不规则旋转运动，残存线速度及角速度对于捕获容差、定位策略及锁紧刚度均提出较高要求。此外，由于在轨操作与维护任务的多样性，对末端维修工具的可更换扩展能力提出也新的需求。
技术实现思路
1、本专利技术解决的技术问题是：基于上述需求，设计了一种集捕获、锁紧及驱动输出、供电一体化多功能末端，可实现对空间漂浮目标的精确捕获定位及高刚度锁紧，同时通过配置动力输出和电输出接口，具备实现多类型维修工具的扩展能力。
2、本专利技术解决技术的方案是：一种集捕获、锁紧及驱动输出、供电一体化多功能末端，包括：捕获锁紧模块、驱动输出模块以及定位模块；
3、所述捕获锁紧模块、驱
4、所述定位模块用于在手爪粗定位捕获之后，实现对待捕获目标的中定位和精定位，并在捕获到位时与所述捕获锁紧模块一起提供对捕获目标的锁紧力；
5、所述驱动输出模块用于在捕获到位后根据需求提供对外电、转速及力矩的输出。
6、优选的，所述捕获锁紧模块包括外壳、捕获锁紧电机、捕获小齿轮、捕获大齿轮、滚珠丝杠、丝母、手爪安装基座、手爪、根部销轴、轨道销轴；
7、滚珠丝杠通过两侧的丝杠角接触球轴承、丝杠深沟球轴承在外壳内形成支撑轴系，捕获锁紧电机固连在外壳内部且输出轴与捕获小齿轮固连，捕获小齿轮与捕获大齿轮啮合，捕获锁紧电机输出转速与力矩并通过捕获小齿轮、捕获大齿轮传递至滚珠丝杠，捕获锁紧电机的轴线与所述的支撑轴系平行；手爪为多个且中心对称布置，其根部通过根部销轴安装在手爪安装基座上，所述的手爪安装基座与丝母固连，丝母安装在所述滚珠丝杠上；所述手爪上加工中空导向槽，在安装在外壳上的轨道销轴、根部销轴的作用下实现张开及收拢、回拉动作。
8、优选的，所述手爪的数量与外形根据待捕获目标的捕获位置的形状确定，通过手爪赋形实现捕获过程除轴向运动之外的5个相对自由度的粗约束。
9、优选的，所述驱动输出模块包括驱动输出电机、浮动电连接器座、驱动小齿轮、驱动大齿轮、驱动轴角接触球轴承、驱动输出轴、驱动工具、驱动齿轮箱、对接面板、浮动电连接器头、转接单元；
10、驱动输出电机的输出轴安装在外壳侧壁的端盖上并与驱动小齿轮固连，驱动输出电机输出转速与力矩通过驱动小齿轮、驱动大齿轮传递至驱动输出轴，驱动输出轴由驱动轴角接触球轴承在驱动齿轮箱内形成支撑轴系，且与驱动工具固连，所述驱动工具在捕获完成后与安装在被捕获目标上的转接单元连接，实现对外界的转速及力矩的输出；所述驱动输出电机的输出轴与支撑轴系平行；所述驱动齿轮箱一端与端盖连接，另一端安装对接面板，浮动电连接器座安装在端盖上，用于与安装在被捕获目标上的浮动电连接器头配合实现对外电输出。
11、优选的，所述的转接单元包括转接工具、动力轴角接触球轴承、复位弹簧、动力轴、定位销钉；
12、所述动力轴为带中心腔体的轴体，通过动力轴角接触球轴承安装在被捕获目标端，复位弹簧放置在所述中心腔体底部，转接工具放置在所述的中心腔体上，通过定位销钉与动力轴实现一体安装，所述转接工具置于中心腔体外部的一端形状与驱动工具上形状适配，另一端预留配合止口及机械扁口；所述复位弹簧用于为转接工具与驱动工具的插入配合提供推力
13、优选的，定位轴与动力轴角接触球轴承形成轴系支撑，该轴系支撑与驱动齿轮箱内形成的支撑轴系在同一条轴线上。
14、优选的，驱动工具的键槽与转接工具的花键完成连接。
15、优选的，所述定位模块包括定位销、主动端弧形齿、碟簧组件、到位开关、目标适配器、被动端弧形齿；
16、所述适配器基座用于安装于被捕获目标固连的目标适配器；适配器基座用于与手爪配合实现捕获过程中的粗定位；适配器基座上设置销孔，用于与安装在端盖上的定位销配合实现中定位；被动端弧形齿安装在适配器基座上，用于与安装在对接面板上的主动端弧形齿啮合，实现捕获过程的精定位；碟簧组件、到位开关均安装在对接面板上，所述碟簧组件用于在捕获过程中与适配器基座接触且压并，由到位开关给出导通信号，作为捕获锁紧到位的判据。
17、优选的，到位开关给出导通信号的同时捕获锁紧电机达到限流值，两者配合共同作为捕获锁紧到位的判据，捕获锁紧电机断电制动，与碟簧组件共同实现目标锁紧力的持续施加。
18、一种利用所述一体化多功能末端实现的捕获方法，包括：
19、控制捕获锁紧电机工作，带动手爪安装基座沿轴线前向移动，手爪沿着导向槽在轨道销轴、根部销轴的作用下实现张开动作，对适配器基座实现捕获包络；
20、控制捕获锁紧电机反向转动，带动手爪逐步收拢、回拉，完成对目标的粗定位；手爪继续回拉，定位销进入适配器基座的销孔实现中定位、主动端弧形齿与被动端弧形齿啮合，实现捕获过程的精定位，同时，适配器基座与碟簧组件接触且压并，过程中到位开关给出导通信号，同时捕获锁紧电机达到限流值，两者配合共同提供捕获锁紧到位的判据；
21、满足捕获锁紧到位判据后，捕获锁紧电机断电制动，与碟簧组件共同实现目标锁紧力的持续施加，目标捕获完成。
22、优选的，需要对外提供驱动力矩时，控制驱动输出电机转动，复位弹簧在驱动输出电机转动过程中弹起转接工具并使其与驱动工具完成插入配合，驱动输出电机输出转速与力矩传递至动力轴。
23、本专利技术与现有技术相比的有益效果是：
24、一种具有捕获、锁紧及驱动、供电输出功能的高集成一体化末端，其主要包括捕获锁紧模块、驱动输出模块以及定位模块三部分。通过捕获锁紧模块，实现手爪的张开和收拢动作，结合定位模块对目标适配器实现包络、定位及可靠锁紧，通过驱动输出模块，联合目标适配器轴系实现对外的动力输出和电输出，具有捕获容差大、定位精度高、工具拓展能力强等优点。
25、本专利技术采用平行驱动轴系布局，将捕获锁紧和驱动输出轴系同时布置于壳体内部，结构紧凑、集成度高，实现了末端多功能、小型化设计；
26、本专利技术采本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种集捕获、锁紧及驱动输出、供电一体化多功能末端，其特征在于包括：捕获锁紧模块、驱动输出模块以及定位模块；
2.根据权利要求1所述的一体化多功能末端，其特征在于：所述捕获锁紧模块包括外壳、捕获锁紧电机、捕获小齿轮、捕获大齿轮、滚珠丝杠、丝母、手爪安装基座、手爪、根部销轴、轨道销轴；
3.根据权利要求2所述的一体化多功能末端，其特征在于：所述手爪的数量与外形根据待捕获目标的捕获位置的形状确定，通过手爪赋形实现捕获过程除轴向运动之外的5个相对自由度的粗约束。
4.根据权利要求2所述的一体化多功能末端，其特征在于：所述驱动输出模块包括驱动输出电机、浮动电连接器座、驱动小齿轮、驱动大齿轮、驱动轴角接触球轴承、驱动输出轴、驱动工具、驱动齿轮箱、对接面板、浮动电连接器头、转接单元；
5.根据权利要求4所述的一体化多功能末端，其特征在于：所述的转接单元包括转接工具、动力轴角接触球轴承、复位弹簧、动力轴、定位销钉；
6.根据权利要求5所述的一体化多功能末端，其特征在于：定位轴与动力轴角接触球轴承形成轴系支撑，该轴系支撑与驱动齿轮箱内
7.根据权利要求5所述的一体化多功能末端，其特征在于：驱动工具的键槽与转接工具的花键完成连接。
8.根据权利要求5所述的一体化多功能末端，其特征在于：所述定位模块包括定位销、主动端弧形齿、碟簧组件、到位开关、目标适配器、被动端弧形齿；
9.根据权利要求8所述的一体化多功能末端，其特征在于：到位开关给出导通信号的同时捕获锁紧电机达到限流值，两者配合共同作为捕获锁紧到位的判据，捕获锁紧电机断电制动，与碟簧组件共同实现对目标锁紧力的持续施加。
10.一种利用权利要求8所述一体化多功能末端实现的捕获方法，其特征在于包括：
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：需要对外提供驱动力矩时，控制驱动输出电机转动，复位弹簧在驱动输出电机转动过程中弹起转接工具并使其与驱动工具完成插入配合，驱动输出电机输出转速与力矩传递至动力轴。
...【技术特征摘要】
1.一种集捕获、锁紧及驱动输出、供电一体化多功能末端，其特征在于包括：捕获锁紧模块、驱动输出模块以及定位模块；
2.根据权利要求1所述的一体化多功能末端，其特征在于：所述捕获锁紧模块包括外壳、捕获锁紧电机、捕获小齿轮、捕获大齿轮、滚珠丝杠、丝母、手爪安装基座、手爪、根部销轴、轨道销轴；
3.根据权利要求2所述的一体化多功能末端，其特征在于：所述手爪的数量与外形根据待捕获目标的捕获位置的形状确定，通过手爪赋形实现捕获过程除轴向运动之外的5个相对自由度的粗约束。
4.根据权利要求2所述的一体化多功能末端，其特征在于：所述驱动输出模块包括驱动输出电机、浮动电连接器座、驱动小齿轮、驱动大齿轮、驱动轴角接触球轴承、驱动输出轴、驱动工具、驱动齿轮箱、对接面板、浮动电连接器头、转接单元；
5.根据权利要求4所述的一体化多功能末端，其特征在于：所述的转接单元包括转接工具、动力轴角接触球轴承、复位弹簧、动力轴、定位销钉；
6.根据权利要求5所述的一体化...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙康，赵志军，胡成威，张晓东，陈磊，牛福亮，王皓，倪文成，全源，王耀兵，
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：
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