[发明专利]一种轻量化可折展空间桁架式抓捕机械手

说明书

本发明提供了一种轻量化可折展空间桁架式抓捕机械手，包括基座和机械手爪，机械手爪包括多个依次相连的折展单元；每一折展单元均包括上下设置的两个T形桁架，T形桁架包括一根支撑杆和一根连接杆，同一折展单元的两根支撑杆之间相互平行，且两根支撑杆之间通过剪叉式抓捕机构连接；同一折展单元的两根连接杆位于相同的平面内，且两根连接杆之间通过驱动支链连接；抓捕机构包括两根相同的伸缩剪叉杆、两根相同的翻转剪叉杆，两根伸缩剪叉杆的中部相互铰接，形成剪叉机构；驱动支链为直线伸缩式驱动支链。本发明结构简单、重量轻，并可以通过拆除和增加折展单元的数目来控制抓捕机械手爪的长度，以完成空间大质量非合作目标的抓捕任务。

技术领域

本发明属于空间机构操控技术领域，更具体地，涉及一种模块化设计的轻量化可折展空间桁架式抓捕机械手。

背景技术

空间机构操控技术是指在太空有人或无人参与的情况下，利用空间平台对特定的在轨目标进行操作，例如太空垃圾回收、碎片清理、实施空间攻防、大范围空间观测、远距离探测、非合作目标追踪与捕获、辅助变轨、故障维修、组装建造、在轨救援等相关作业的技术。然而现有空间桁架式机构还存在如下问题：空间可展开机构可以构造几十米甚至上百米的大型结构，但因其活动度较少而无法进行在轨操控；变几何桁架机构可以实现较多的活动度，但是其驱动复杂；刚柔混合式机构难以实现复杂的形状控制；模块化航天器可以通过模块的重组获得不同类型结构，但是不具备多样化的可操控活动度，并且重构过程往往需要辅助机器人来实现。

中国专利文献201410056414.6公开了一种可扩展欠驱动索杆桁架式机械手爪，它涉及一种可用于抓取空间中不同形状目标的模块化机械手爪，以解决传统欠驱动机构和SARAH手爪重量大、结构复杂、对抓取的目标物体的形状适应能力差、抓取力小以及SARAH手爪不易扩展的问题，它包括前端连接装置、杆间转角限位机构、末端索杆桁架、绳索、多个定位柱和多个可扩展模块化索杆桁架；所述前端连接装置包括连接板、两个绳索轴、两个限位柱、两个安装板、两个过渡板和四个支撑板，竖直方向上位于同一侧的两个支撑板穿设有绳索轴，电机的输出轴竖向设置且与相对应的绳索轴连接；每个所述可扩展模块化索杆桁架包括两个绕绳轴、十二个摩擦阻尼金属片和六个连接杆。该现有技术中，机械手占用空间体积大，不具有折叠展开的功能，难以控制刚度，驱动采用伺服电机，其控制复杂，结构笨重，需要针对电机的布置进行相应的结构设计，对于空间抓捕机械手来说应做更多的轻量化设计，电机的转动很难提供较大的抓捕力。占用体积大使该发明没有考虑到折叠展开功能，不具有变胞运动，平行四边形结构稳定性差。

基于此，本发明提出了一种既可以进行模块化设计、又具备轻量化优点的可折展空间桁架式抓捕机械手，旨在解决空间大质量非合作目标的抓捕问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种轻量化可折展空间桁架式抓捕机械手，其结构简单、重量轻，并可以通过拆除和增加折展单元的数目来控制抓捕机械手爪的长度，以完成空间大质量非合作目标的抓捕任务。

为了实现上述目的，本发明提供了一种轻量化可折展空间桁架式抓捕机械手，包括基座和设在基座上的多个机械手爪，机械手爪包括多个依次相连的折展单元；

其中，每一折展单元均包括上下设置的两个T形桁架，T形桁架包括一根支撑杆和一根连接杆，连接杆垂直于支撑杆设置，支撑杆包括固定套筒和活动套杆，活动套杆可伸缩地设在固定套筒的内部；

同一折展单元的两根支撑杆之间相互平行，且两根支撑杆之间通过剪叉式抓捕机构连接；同一折展单元的两根连接杆位于相同的平面内，且两根连接杆之间通过驱动支链连接；

抓捕机构包括两根相同的伸缩剪叉杆、两根相同的翻转剪叉杆，两根伸缩剪叉杆的中部相互铰接，形成剪叉机构；两根伸缩剪叉杆的首端分别铰接于其中一根支撑杆的固定套筒和活动套杆上，两根伸缩剪叉杆的末端分别铰接于两根翻转剪叉杆的首端，两根翻转剪叉杆的末端分别铰接于另一根支撑杆的固定套筒和活动套杆上；