[发明专利]基于折纸理论的高收纳率自折叠气动软体机械臂

说明书

本发明公开了一种基于折纸理论的高收纳率自折叠气动软体机械臂，包括软体驱动器、上下端盖板及充气系统，所述的软体驱动器为类圆柱壳，两端与上下端盖板密封固定，内腔可充气，壳体为多层软体层合结构，由内向外依次是气密层、弹性层、限制层和热防护层。所述的软体驱动器壳体基于折纸理论设计拓扑形式，可实现轴向的大行程伸缩驱动，通过充气系统向内腔充气的方式驱动展开，通过内腔排气后弹性层弹性势能释放的方式实现自折叠。该装置还可包括约束索实现弯曲驱动。本发明公开的气动软体机械臂具有实现高速操作的能力、较高的负载自重比、较低的功耗和较低的研制成本以及具有更大的任务空间等优点，可以广泛应用于空间柔性自适应捕获领域。

技术领域

本发明涉及空间柔性自适应捕获技术，尤其是一种基于折纸理论的高收纳率自折叠气动软体机械臂。

背景技术

近年来，空间捕获机器人技术日益受到国际航天领域的密切关注，己经成为实现航天器在轨服务与维护的关键技术。目前空间卫星捕获机器人绝大多数都是刚性的，刚性捕获机器人能够以极高效率实现单一功能操作，但是它们的工作适应能力却被大大地削弱，而且刚性机器人很容易对卫星造成一定的破坏。而近年来软体机器人技术发展迅速，与传统的刚性捕获机器人相比，软体捕获机器人能够变形并吸收由于振动干扰造成的扰动能量，拥有连续变形机体结构，能实现多自由度的复杂运动，具有良好的运动能力和适应性。与传统的刚性机械臂相比，本发明涉及的气动软体机械臂具有可实现高速操作的能力、较高的负载自重比、较低的功耗和较低的研制成本以及更大的任务空间等优点，有很强的工程应用价值。

发明内容

本发明的目的在于为了改善机械臂捕获系统和柔性捕获系统的捕获机构结构复杂、体积尺寸大、质量大、系统控制方式复杂、发射成本高等缺点，提供一种基于折纸理论的高收纳率自折叠气动软体机械臂。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于折纸理论的高收纳率自折叠气动软体机械臂包括软体驱动器、上下端盖板、约束索及充气系统。所述的软体驱动器为类圆柱壳，两端与上下端盖板分别密封固定，类圆柱壳内腔可充气，壳体为多层软体材料层合结构。所述的层合结构由内向外依次是气密层、弹性层、限制层和热防护层。所述的软体驱动器壳体基于折纸理论设计拓扑形式，采用四边形折叠方式或六边形折叠方式，可实现轴向的大行程伸缩驱动。所述的软体驱动器可以通过充气系统向内腔充气的方式驱动展开，通过内腔排气的方式实现自折叠到初始状态，从而实现重复折展驱动。所述的上下端盖板为法兰盘，一侧端盖板上设有充气口，和充气系统连接，另一侧端盖板封闭。

上述技术方案中，进一步的，所述的软体驱动器折叠时在折痕处需要进行倒角处理，倒角形式可以采用圆倒角，也可采用尖角。

进一步的，可在上下端盖板之间连接约束索，通过约束软体驱动器的一侧伸长，实现气动软体机械臂的弯曲驱动。

进一步的，所述的气密层通常可采用kapton薄膜。所述的弹性层通常采用橡胶、硅胶等超弹性材料。所述的限制层通常采用kevlar纤维织物。所述的热防护层可以采用双面镀铝的kapton薄膜材料。各层之间通过树脂类胶接层合而成。所述的约束索为kevlar纤维材料。

本发明的有益效果是：

本发明采用的气动软体机械臂与传统的刚性机械臂相比，具有较高的折叠率，搭载发射时包络体积小，可实现超长尺寸。

本发明采用的气动软体机械臂通过气压驱动展开，排气后可自动折叠到初始状态，可实现多次重复驱动，疲劳性能好。

本发明采用的软体驱动器采用四边形折叠方式或六边形折叠方式，结构内腔具有气体通道，相对于传统的折叠方式如卷曲折叠、z形折叠等，具有更好的运动稳定性，在充气驱动过程中不会出现较大的摆动。

附图说明

图1是高收纳率自折叠气动软体机械臂的一种具体结构示意图；