[发明专利]三驱动可扩展灵巧机械臂

说明书

技术领域

本发明涉及机器人机构设计技术领域，确切的说，设计一种三驱动可扩展灵巧机械臂，用于空间目标的灵活抓取与捕获。

背景技术

随着空间探索的不断深入，在空间对接、在轨服务、货物搬运、目标捕获等工程领域，空间机械臂发挥着至关重要的作用。面对复杂的太空环境、种类繁多的操作对象以及日益复杂的操作任务，要求空间机械臂具有高可靠性、经济性、安全性、灵巧性等特点。

目前，空间机械臂多为六自由度，每个关节都要安装一个由电机和减速器组成的驱动单元，在增加空间机械臂结构复杂性的同时加大了空间机械臂的质量和转动惯量，不利于节省能量。为了在节能的同时提高空间机械臂的灵巧性，设计出具有结构紧凑、重量轻、转动惯量小、多自由度、少驱动等特点的灵巧空间机械臂具有重要的意义。

发明内容

本发明提出一种三驱动可扩展灵巧机械臂，具有驱动单元数量少，自由度数高、灵巧性高等特点，能够用于空间对接、在轨服务、货物搬运、目标捕获等工程领域。

本发明的技术方案如下：

一种三驱动可扩展灵巧机械臂，包括驱动单元、丝杠、丝杠螺母及推杆、连杆、偏摆环、关节、圆环及末端执行器接口，其特征在于：

所述驱动单元为旋转型电机和谐波减速器的组合体，安装于三驱动可扩展灵巧机械臂的机座上，所述丝杠通过联轴器连接于驱动单元的输出轴上驱动丝杠螺母做往复直线运动，丝杠螺母带动推杆做往复直线运动，所述推杆与连杆一端铰接，连杆另一端与偏摆环外壁铰接，所述关节为十字轴、关节外壳和凹凸限位机构的组合体，所述圆环中有一直径轴，圆环与关节外壳通过销钉连接，所述末端执行器接口为法兰式，可连接不同类型的末端执行器。

进一步的，三驱动可扩展灵巧机械臂共包括三个驱动单元，其中两个驱动单元通过联轴器与丝杠相连，依次通过丝杠螺母、连杆及推杆的力传递，实现偏摆环的上下及左右偏摆运动，第三个驱动单元通过联轴器与第一个关节的输入端相连，实现三驱动可扩展灵巧机械臂绕自身轴线的整体旋转运动。

进一步的，丝杠通过丝杠螺母带动推杆做往复直线运动，推杆通过连杆与偏摆环外壁铰接。

进一步的，关节结构具有可扩展性，前一个关节的输出端同时又是后一个关节的输入端，在三驱动可扩展灵巧机械臂结构中关节的数量可扩展至N(N为自然数)；关节中的凹凸限位机构具有球铰的全向转动功能，同时又受到凹凸结构上的限位，在三驱动可扩展灵巧机械臂的运动过程中起到定位与导向作用。

进一步的，前一关节的十字轴与后一关节的十字轴之间通过关节外壳连接，偏摆环在推杆产生的推拉力作用下发生偏摆，带动第一关节内的十字轴偏摆，第一关节内的十字轴又会通过第一和第二关节之间的关节外壳带动第二关节内的十字轴偏摆，同时第一关节内的凹凸限位机构作为第二关节偏摆的支点和限位；随后的运动传递原理与上述原理相同，通过多个关节偏摆运动的累积，使三驱动可扩展灵巧机械臂实现大范围的偏摆运动。

本发明设计的三驱动可扩展灵巧机械臂，包括安装在机座上的三个驱动单元、两根丝杠及其丝杠螺母、推杆、连杆、关节和圆环，末端带有法兰式末端执行器接口，可根据任务需求，连接不同末端执行器。

三个驱动单元为三驱动可扩展灵巧机械臂的动力源，丝杠及丝杠螺母将电机的旋转运动转化为推杆往复直线运动；其中两个驱动单元带动丝杠及螺母运动，通过与螺母联动的推杆与连杆的作用于偏摆环，改变第一关节姿态，通过十字轴与第一关节与第二关节之间的外壳力传递作用，将力传递到第二关节，而后通过与之相连的十字轴与关节外壳，继续改变后续关节的偏摆方向，依次类推，达到控制三驱动可扩展灵巧机械臂上下左右等弯曲偏摆姿态的目的；第三个驱动单元带动三驱动可扩展灵巧机械臂第一关节输入端旋转，通过关节依次传递旋转运动直至末端，达到三驱动可扩展灵巧机械臂整体回转的目的。

关节为十字轴、关节外壳和凹凸限位机构的组合体，关节外壳可绕十字轴上下左右偏摆，其特点与万向节相同，关节外壳两端安装有凹凸限位机构，凹凸限位机构为凹凸配合的具有球铰功能的限位机构，相互凹凸配合的两个构件可沿任意方向偏摆，但相对偏摆到一定角度，由于机械限位的存在，则停止偏摆，达到控制偏摆角度大小的目的。

本发明的优点在于：

1.三驱动可扩展灵巧机械臂的驱动单元数量少，结构紧凑，整体质量轻；

2.驱动单元数量远远小于三驱动可扩展灵巧机械臂的自由度数，灵巧性高；

3.三驱动可扩展灵巧机械臂的可扩展性强，可根据实际任务需求自由调整关节数量。

附图说明