[发明专利]一种导轨摆臂式位置机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种导轨摆臂式位置机构，属于深空探测技术领域和航天器机构技术领域。

背景技术

美国先后在Surveyor(勘测者)月球探测任务、Viking(海盗)和Phoenix(凤凰)火星探测任务中使用浅层土壤取样装置对星体土壤进行取样作业。这三种取样装置的位置机构都具有一些不足之处，例如：Surveyor取样装置的伸缩臂铰链过多，结构较复杂，刚度较低，导致铲子对土壤的作用力也较小；Viking取样装置的伸缩臂结构较复杂，灵活性不足，工作范围有限，收拢后的体积仍较大；Phoenix取样装置的四自由度两级空间机械臂传力路径较长，刚度较低，对土壤的作用力较小，控制技术难度也比较大。以上任务中取样装置位置机构存在的不足之处都会对星体浅层土壤取样任务的可靠性造成不良影响。

发明内容

本发明的上述目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种导轨摆臂式位置机构，该位置机构刚度高，灵活性好，控制方式非常简单，可用于完成目前常用的四自由度两级空间机械臂的任务，具有广阔的应用范围，地外星体浅层土壤取样装置就是其典型应用之一。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

一种导轨摆臂式位置机构，包括导轨、运动单元、摆臂关节、摆臂和末端关节，其中导轨与运动单元连接，且运动单元可以沿导轨上下移动，摆臂关节包括水平部分和竖直部分，在运动单元内置的第一驱动单元的驱动作用下，摆臂关节绕竖直部分的轴线转动，从而带动摆臂绕竖直部分的轴线转动，水平部分与摆臂连接，在摆臂关节内置的第二驱动单元的驱动作用下，水平部分绕自身轴线转动并带动摆臂绕水平部分的轴线转动，末端关节嵌入在摆臂远离摆臂关节的另一端，末端关节用于连接末端执行机构，并驱动末端执行机构绕末端关节(9)的轴线转动。

在上述导轨摆臂式位置机构中，运动单元沿导轨上下移动的实现方式有通过齿轮齿条传动机构、同步带传动机构、丝杠传动机构或钢丝绳缠绕加载机构。

在上述导轨摆臂式位置机构中，摆臂关节在运动单元内置的第一驱动单元的驱动作用下，绕竖直部分的轴线转动，并带动摆臂绕竖直部分的轴线转动的角度范围大于120°。

在上述导轨摆臂式位置机构中，摆臂关节带动摆臂绕竖直部分的轴线转动的方式，为电机及减速机构驱动的在任意角度工作的连续方式，或者为间歇运动机构驱动的在若干个指定角度工作的不连续方式。

在上述导轨摆臂式位置机构中，在摆臂关节内置的第二驱动单元的驱动作用下，水平部分绕自身轴线转动并带动摆臂绕水平部分的轴线转动的角度范围大于270°。

在上述导轨摆臂式位置机构中，末端关节驱动末端执行机构绕末端关节轴线进行360°范围的转动。

本发明与现有技术相比的有益效果如下：

(1)本发明导轨摆臂式位置机构通过导轨和运动单元组件、摆臂关节、末端关节的联动实现末端执行机构的运动，机构各自由度之间的耦合大大减小，控制算法也大大简化，因此控制方式非常简单；

(2)本发明导轨摆臂式位置机构运动单元在导轨上的移动可以实现垂直于导轨的不同作业面之间的转换，使臂杆数量只有一个，且长度大大减少，但位置机构的灵活性几乎不受影响，且刚性获得较大的改善，因此运动精度和可靠性均有较大提高；

(3)本发明导轨摆臂式位置机构可用于完成目前常用的四自由度两级空间机械臂的任务，尤其适合用于地外星体浅层土壤取样装置，具有较广的应用和范围；

(4)本发明导轨摆臂式位置机构中导轨及运动单元组件有多种实现形式，如：齿轮齿条传动机构、同步带传动机构、丝杠传动机构及钢丝绳缠绕加载机构等，目标是使运动单元能够在导轨上下端之间自由移动，并对运动单元在导轨上的位置进行比较精确的控制；

(5)本发明导轨摆臂式位置机构中摆臂关节带动摆臂绕竖直轴转动的角度范围大于120°，摆臂关节带动摆臂上下摆动的角度范围大于270°，末端关节可以带动各种末端执行机构进行360°范围的转动；

(6)本发明导轨摆臂式位置机构可以根据需要驱动各种类型的取样用末端执行机构，形成不同的取样装置，可以有效获得所需样品，并将样品快速准确的移送至所需位置，具有较高的可靠性，以满足不同地外星体土壤取样任务的需求；

(7)本发明导轨摆臂式位置机构也可以根据需要驱动其它非取样用的末端执行机构，形成其它类型的空间机构，以满足各种空间任务的需求；

本发明导轨摆臂式位置机构已成功的研制出了一台原理样机，并进行了大量的实验，取得了很好的效果。

附图说明