[发明专利]一种空间在轨服务机器人的自适应指爪机构

说明书

技术领域

本发明旨在服务于空间在轨服务领域，涉及一种空间在轨服务机器人的自适应指爪机构，这种指爪机构的通用性较强，应用范围较广，适用于多任务空间捕获与修复任务的需求，极大地提高了执行任务的效率。

技术背景

在轨服务包括航天器装配、卫星维护、航天器回收、在轨燃料加注及太空垃圾清理等。结构合理、功能可靠、控制简单的末端操作器能在很大程度上提高抓取的可靠性，降低整个机械臂系统的复杂度。面向在轨服务多任务操作的实际需求，具有自适应性和通用性的指爪机构应运而生。

随着研究的深入开展，国内外出现了各种用于在轨服务的指爪机构。主要分为螺纹轴方式、螺旋盘方式和多连杆方式。

螺纹轴方式是最常用的方式，包含一个左手和右手螺纹的螺纹轴，并且具有自锁性，通过电机传动螺纹轴，进而驱动指爪平行移动，实现抓取。其优点是结构简单、平稳可靠，指爪位置可精确控制，电机驱动形式应用较为广泛；但其抓取速度较慢，工作空间受限，适应能力不足，能够抓取的目标物种类较少。

螺旋盘方式的设计思想：通过带有螺旋槽的盘将电机的转动传递为两个对称指爪的平动，从而实现对目标的抓取。其优点是直接将电机的转动传递为指爪的平动，避免了使用螺纹轴，减小了体积，使得结构简单、紧凑，并且指爪位置可控、抓取速度快；但其适应能力仍然受限，为了抓取不同类型的目标物，往往需要制作多种形状的指爪。

多连杆方式的设计思想：将电机转动通过连杆机构转换为直线运动，并传递给末端指爪，实现对目标的抓取。其最大的优点在于工作空间大；但其抓取模式较少，无法达到通用性的程度。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种空间在轨服务机器人的自适应指爪机构，能够对目标物进行自适应抓取，之后完成自稳定锁死，满足空间多任务操作的需求。

本发明的技术解决方案：一种空间在轨服务机器人的自适应指爪机构，包括：自适应指爪1、电机及其传动机构2、基座部分3；自适应指爪1用于抓取目标物；电机及其传动机构2用于引导自适应指爪1张开与握紧；基座部分3用于保持整个机构各部分的相对位置；所述自适应指爪1由左右对称、完全相同的两个五杆机构组成，每个五杆机构均包括：接触杆101、中间杆102、主动杆103、从动杆104、从动销105、中间销106、主动销107、主动轴108、从动轴109、扭转弹簧110；接触杆101与从动杆104通过从动销105连接，接触杆101与中间杆102通过中间销106连接；中间杆102与主动杆103通过中间销106连接，并在中间杆102与主动杆103形成的关节连接处安装一对扭转弹簧110，中间销106从两个扭转弹簧110中穿过，这两个扭转弹簧110关于中间杆102对称分布，每个扭转弹簧110的两端分别与中间杆102和主动杆103固定，在自适应指爪1张开与握紧的过程中储存或释放能量；所述电机及其传动机构2包括：电机201、L型电机支架202、U型电机支架203、小齿轮204、大齿轮205、蜗杆轴206、蜗轮207；电机201固定于L型电机支架202和U型电机支架203上，给整个系统提供动力，带动小齿轮204转动；小齿轮204与大齿轮205形成啮合传动；大齿轮205与蜗杆轴206相连接；蜗杆轴206与蜗轮207形成啮合传动；蜗轮207与主动轴108通过键连接，将动力传递给主动杆103；所述基座部分3包括：手掌基体301、手掌前壳302、手掌前盖303、手掌后盖304、蜗杆轴定位基体305；手掌基体301、手掌前壳302与主动杆103通过主动轴108连接，并为主动轴108提供支撑；手掌基体301、手掌前壳302与从动杆104通过从动轴109连接，并为从动轴109提供支撑；蜗杆轴206的一端与手掌基体301通过轴承连接，另一端与蜗杆轴定位基体305通过轴承连接；手掌前盖303与手掌前壳302通过螺栓连接；L型电机支架202和U型电机支架203固定于手掌基体301上；手掌后盖304与手掌基体301通过螺栓连接。

所述蜗轮207有两个，并且旋向相反，通过与蜗杆轴206形成的啮合传动，将电机201提供的动力分别传递给自适应指爪1的两个五杆机构。