[发明专利]基于槽轮机构的轨道工具更换器

说明书

技术领域

本发明涉及到空间机器人在轨服务领域，具体涉及一种基于槽轮机构的轨道工具更换器。

背景技术

随着技术的进步，人类的活动在不断地向太空扩展。据统计，全球平均每年发射80～130颗卫星，然而有2～3颗卫星未能正确入轨，而正确入轨的卫星中，又有5～10颗在寿命初期即失效，这导致了巨大的经济损失。为了尽可能挽回损失，各国正在研究以空间机器人为手段，以卫星维修、生命延长及太空垃圾清除为目的的空间机器人在轨服务技术。

然而，空间作业的复杂性决定了靠单一末端工具无法完成所有的在轨任务，因此，需要研制一套多工具系统以适应不同的任务。工具的多样性决定了其在轨必须具有可更换性。因此，不仅要研制可更换末端操作器，更需要研制与其配套的轨道工具更换器，以实现不同在轨工具的更换。轨道工具更换器与末端工具有两种接口形式，一种是电传递，包括电能的供给和控制信号的发送；另一种是机械传递，即末端工具更换器直接将电机旋转力矩经机械接口传递给末端工具。这两种接口对于空间在轨服务均具有重要的作用，通常，轨道工具更换器要兼备这两种接口形式。受机械臂的精度所限，轨道工具更换器必须具有较大的位姿容差能力，以便顺利实现与可更换末端器的对接。

目前，经在轨验证的轨道工具更换器主要包括两种：一种是加拿大研制的用于SPDM(Special Purpose Dextrous Manipulator)末端的OTCM(ORU Tool Changeout Mechanism)，一种是日本ETS VII演示验证项目上空间机械臂末端的工具接口。前者质量达600kg(用于空间站)，这对于一个在轨服务机器人而言，如此大的质量几乎是不可接受的；后者包含三个手爪，结构过于复杂，影响了空间作业的可靠性。

据目前掌握的资料来看，现有技术尚未成功研制质量小、体积小、低功耗、大位姿容差以及高可靠性的空间机器人轨道工具更换器。而我国的在轨服务机器人开发已提上日程，现正处于设计验证阶段。有鉴于此，本发明是未来我国空间在轨服务的一项重要技术储备。

发明内容

本发明为了解决现有的轨道工具更换器存在质量大、结构过于复杂，影响了空间作业的可靠性，进而提供了一种基于槽轮机构的轨道工具更换器。本发明旨在为空间机器人在轨作业提供多种操作工具。本发明能适应背景技术中的两种输出接口。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种基于槽轮机构的轨道工具更换器，所述轨道工具更换器包含包括工具端接口、壳体、底端盖、下支撑环、上支撑环、电路板支撑架、电气系统、第一套驱动系统和第二套驱动系统，上支撑环、下支撑环、电路板支撑架由上至下依次安装在壳体内，电气系统、第一套驱动系统和第二套驱动系统均置于壳体内，电气系统置于电路板支撑架上，壳体下端端面与底端盖连接；工具端接口套装在壳体上；

所述第一套驱动系统(实现机械传递)包括第一输入装置、第一传动装置和第一输出装置；第一输入装置为第一含行星减速器电机，第一传动装置由第一小齿轮、第一传动轴齿轮和第一传动轴组成；第一输出装置为螺栓套筒；第一含行星减速器电机(通过螺钉)固定在下支撑环上，第一小齿轮(如通过紧定螺钉)固定在第一含行星减速器电机的输出轴上；第一传动轴齿轮通过键实现在第一传动轴的周向定位，第一传动轴齿轮通过紧固件(如螺母)和套筒实现轴向定位；第一传动轴由一对深沟球轴承支撑，这个两个轴承分别嵌入到下支撑环和上支撑环上；螺栓套筒由压缩弹簧、压板(通过螺钉)固定在第一传动轴上；在与工具端的螺栓头对接时，通过压紧压缩弹簧以及旋转第一传动轴可使工具头螺栓嵌入到螺栓套筒中；

所述第二套驱动系统(实现工具端接口压紧)包括第二输入装置、第二传动装置和第二输出装置，第二输入装置为第二含行星减速器电机，通过第二含行星减速器电机利用槽轮调整时序可实现工具端接口压紧和电连接器对接两种功能；第二传动装置由第二齿轮、拨盘长轴齿轮、拨盘长轴、拨盘长轴一侧的拨盘、拨盘短轴、拨盘短轴一侧的拨盘、两个钢丝轮、钢丝以及曲柄连杆机构组成；经钢丝传动将拨盘长轴上的输入力矩传递给拨盘短轴，拨盘短轴带动另一侧拨盘和两套曲柄连杆机构，用于实现对称压紧和电连接器对接；第二输出装置由两个从动槽轮组成，拨盘长轴的拨盘和拨盘短轴的拨盘各驱动一个从动槽轮；