[发明专利]一种用于空间目标操控的全向主动摩擦末端执行器

权利要求书

1.一种用于空间目标操控的全向主动摩擦末端执行器，其特征在于包括摩擦球、摩擦球动力装置、摩擦球约束装置和线性模组离合装置；其中：

摩擦球动力装置，用于提供摩擦球全向滚动动力；

摩擦球约束装置，为处于自由空间内的摩擦球提供全向约束，将摩擦球限定在一定的空间范围内旋转；固定连接在空间目标操控机构的末端，在空间目标操控机构的驱动下携带摩擦球移动；

线性模组离合装置，用于控制摩擦球动力装置与摩擦球的相对位置，在摩擦球未与抓捕对象接触时，控制摩擦球动力装置与摩擦球分离，使摩擦球与抓捕对象表面接触被动跟随旋转；当摩擦球与抓捕对象表面完全接触后，控制摩擦球动力装置与摩擦球接触，使摩擦球在全向滚动动力的作用下运动；

摩擦球，通过与抓捕对象接触在接触面上产生的摩擦力实现对接触对象的运动控制。

2.根据权利要求1所述的一种用于空间目标操控的全向主动摩擦末端执行器，其特征在于所述摩擦球约束装置包括从动悬架和多个单向弹性装置，从动悬架固定连接在空间目标操控机构末端，多个单向弹性装置均匀分布，一端在从动悬架边缘，另一端悬空，向下形成多个向心的抓手，用于环抱着摩擦球，单向弹性装置悬空端装有全向球轴承，全向球轴承与摩擦球接触，实时施加摩擦球径向的预紧力。

3.根据权利要求2所述的一种用于空间目标操控的全向主动摩擦末端执行器，其特征在于所述从动悬架顶部中心处朝下设有球轴承，用于保证摩擦球的旋转运动的同时，限制摩擦球向上运动。

4.根据权利要求1所述的一种用于空间目标操控的全向主动摩擦末端执行器，其特征在于所述线性模组离合装置包括离合电机、螺杆、螺母，螺杆位于摩擦球约束装置的正上方，当摩擦球静置于摩擦球约束装置内时，螺杆的延长线过摩擦球的球心，螺母固定在摩擦球动力装置中心，摩擦球动力装置沿螺母旋转方向限位，螺杆通过轴承与摩擦球约束装置连接，带摩擦球动力装置的螺母与螺杆配合构成滚珠丝杠结构，电机驱动螺杆旋转，螺母带动摩擦球动力装置沿螺杆做直线移动。

5.根据权利要求4所述的一种用于空间目标操控的全向主动摩擦末端执行器，其特征在于所述螺杆两端设有限位装置，使得带动摩擦球动力装置的螺母只能在一定范围内做直线移动。

6.根据权利要求5所述的一种用于空间目标操控的全向主动摩擦末端执行器，其特征在于所述摩擦球动力装置包括主动悬架、三个欧姆尼轮组、三个伺服电机和三个减速器；

主动悬架包括中心设有通孔的平板结构，该平板结构中心穿过线性模组离合装置的螺母，与螺母固定连接，平板结构外周均布三个法兰，法兰的安装面向上翘起，与平板结构呈相同夹角，三个伺服电机通过伺服电机法兰分别固定连接在三个法兰的安装面上，伺服电机和减速器串联连接，每组欧姆尼轮与垂直于轮面的支杆固定连接，同时，支杆通过轴承安装在伺服电机法兰上，伺服电机驱动减速器旋转，减速器通过支杆带动欧姆尼轮组旋转；支杆、减速器和伺服电机的总长度、欧姆尼轮的半径和法兰安装面与平板结构的夹角适当，使得当欧姆尼轮边缘与摩擦球相切时，三个欧姆尼轮组中心旋转平面过摩擦球的球心。

7.根据权利要求6所述的一种用于空间目标操控的全向主动摩擦末端执行器，其特征在于所述欧姆尼轮组包括两个以上的直径相同的欧姆尼轮，欧姆尼轮平行安装，均垂直于支杆。

8.根据权利要求7所述的一种用于空间目标操控的全向主动摩擦末端执行器，其特征在于相邻的两个欧姆尼轮的从动轮交错安装，保证欧姆尼轮组的边缘，在欧姆尼轮组与摩擦球接触时，每个欧姆尼轮组始终有从动轮与球面接触。

9.根据权利要求2所述的一种用于空间目标操控的全向主动摩擦末端执行器，其特征在于还包括测量传感器，用来测量摩擦球表面相对于每个全向球轴承运动的方向和速度。

10.根据权利要求1所述的一种用于空间目标操控的全向主动摩擦末端执行器，其特征在于所述摩擦球表面覆有橡胶涂层。