[发明专利]基于力视混合检测的对接/分离装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及无扰动分离技术领域，特别涉及用于洁净和真空环境中，对位置、态姿、温度等指标的扰动要求严苛、生命周期极短的空间目标或对时间敏感的目标对象的保护罩进行对接抓取和快速分离作业的对接/分离装置及其方法。

背景技术

在无扰动分离技术领域，在进行对接抓取时，必须保证夹持器精确的抓取目标，避免在对接抓取过程中夹持器动作带给目标对象的空间位姿精度的扰动，将对目标在抓取过程中导致的位置偏差控制在10um量级范围内。同时，对接抓取还必须最小化对接产生的冲击能量对目标对象温度等物理特性的影响。另一方面，夹持器还必须夹持器提供足够的夹持力，抓紧目标对象跟随分离装置运动。

在进行快速分离时，首先，保证撤离运动的方向与目标对象的分离运动方向平行。此外，还必须快速撤离装置在规定的极短时间内撤离要求的较大距离，并可安全制动。通常是要求在百毫秒的工作时间内范围，安全撤离距离为米级。

另外，对接/分离装置工作还要求不污染环境，产生尽量少的电磁、热扰动。

在实现本发明的过程中，发明人发现目前还没有一套完整的装置能够做到大的分离行程、空间姿态的精确调整、高精度的对接，同时还能适应真空或洁净环境。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明设计了一种基于力视混合检测的对接/分离装置，其特征在于，该装置包括：安装基座、并联六自由度运动平台、机械转接罩、快速撤离系统、视觉检测装置、力觉检测装置和夹持器装置；其中，

所述安装基座包括一安装底板和一安装面板，其中所述安装面板上与所述并联六自由度运动平台连接，所述安装底板与固定平台或运动平台连接；

所述并联六自由度运动平台，其固定于所述安装基座上，并通过所述机械转接罩与所述快速撤离装置相连，所述并联六自由度运动平台用于调整快速撤离装置的位置和姿态；

所述转接罩为一个桶状中空结构，其具有相互平行的两个安装面，并分别与并联六自由度运动平台和快速撤离装置连接；

所述快速撤离装置，其一端与所述转接罩的一安装面连接，另一端与所述力觉检测装置连接，用于实现对被夹持对象与与其相连接的目标的快速分离；

所述视觉检测装置，其安装于所述快速撤离装置上，用于检测被夹持对象在视场空间内位置姿态，并根据检测结果获得被夹持对象与快速撤离装置的位置和姿态；

所述力觉检测装置，其具有一后连接板、一前连接板以及在后连接板与前连接板之间的一六维力矩传感器，其中所述后连接板、前连接板分别与快速撤离装置、夹持器装置连接，所述六维力矩传感器用于检测夹持器与被夹持对象之间的在各个方向的力和力矩关系；

所述夹持器装置包括一夹持器安装基座和多套压电驱动夹持爪，所述安装基座的中心开有圆形通孔，以容纳被夹持的物体进入此空间内；所述多套压电驱动夹持爪完全相同，均匀布置并固定在安装基座的圆周安装面上，其中通过压电驱动器来控制对应的压电驱动夹持爪的运动，以实现压电驱动夹持爪对被夹持对象的逼近或远离；

其中，所述并联六自由度运动平台根据所述视觉检测装置检测出当前夹持器与被夹持对象之间的位置偏差和姿态偏差来调整姿态；

其中，所述夹持器装置根据所述力觉检测装置检测出的夹持器与被夹持对象之间的在各个方向的力和力矩关系来辅助实现对被夹持对象的夹持。

特别的，所述安装基座还包括一直角三角形筋板，其中，通过螺栓，将两条直角三角形筋板的两个直角面分别与安装底板的上表面和安装面板的背面连接在一起；通过螺栓，将安装面板的背面与安装底板的前端面连接在一起。

特别的，所述并联六自由度运动平台包括动平台、伸缩杆、铰链和静平台，其中每条伸缩杆和一对铰链构成一套运动驱动装置，通过多套伸缩杆和铰链组成的运动驱动装置的对称连接，将静平台和动平台连接在一起，在静平台固定的情况下，实现动平台沿着x，y，z三个轴的平移和旋转。

特别的，所述转接罩腰部按照90°均布开有圆角矩形孔，转接罩两个安装面具有突出外沿，外沿上开有与安装对象位置一致的螺纹孔。

特别的，所述对接/分离装置中包括两套视觉检测装置；所述视觉检测装置包括CCD相机、可调镜头、三角形安装座、镜头安装座、镜头卡箍、镜头焦距调整电机驱动装置和镜头工作距离调整电机驱动装置；其中，CCD相机和可调镜头通过螺纹连接为一体；镜头焦距调整电机驱动装置和镜头工作距离调整电机驱动装置采用螺钉连接在镜头筒身上，通过步进电机齿轮传动方式对镜头进行调节；通过螺钉，将镜头安装座安装在三角形安装座的斜面上；通过两条镜头卡箍将整个的可变镜头相机装置固定到镜头安装座的弧形凹槽上。