[发明专利]一种空间在轨服务机器人的自适应探针式抓取机构

说明书

技术领域

本发明旨在服务于在轨服务领域，涉及一种空间机械臂末端操作器，适用于抓取具有螺纹孔特征的目标物体，增强机械臂对目标操作物体的自适应性，满足空间机械臂多任务操作的实际应用需求。

背景技术

空间机械臂在轨服务过程中，操作对象的多样性决定了操作任务的多样性。在这多方面的任务之中，有一类任务即通过抓取目标物体上的孔状特征来抓取目标，于是需研究相应的孔抓取器。而通常孔抓取器的工作直径是固定的，对于不同直径的孔，需要使用不同的孔抓取器。在这方面，国内外研究了各种不同的孔抓取机构，包括螺栓孔抓取式、特制圆孔抓取式和内抓取指爪式等。

螺栓孔抓取式的核心是带有螺纹的针头与驱动针头旋转的驱动机构。其机械结构简单、可靠，但其针头上的螺纹与针头是固连关系，因此针头螺纹直径不可变，使得螺栓孔抓取式的适应力不高。

特制圆孔抓取式的核心是其内部的螺纹轴及其驱动的轴心滑块、抓取机构。其抓取力量大、抓取可靠，但是它只能抓取为此抓取器量身定制的圆孔，因此其通用性不高。

内抓取指爪式的核心是平行指爪及其驱动机构。其抓取力量较大、抓取可靠，但由于其本来的功能定位是作为指爪使用，且存在运动机构，因此设计尺寸较大，不能抓取直径较小的孔，极大地限制了其在孔抓取方面的应用。

发明内容

本发明的目的：克服现有技术的不足，提供一种具有结构简单、体积小、质量轻、连接刚度大；抓取过程简单、可靠、快速；通用性、自适应性强等特点的探针式抓取机构，以满足在轨服务中机械臂利用单一末端操作器执行多任务的需求。

本发明采用的技术方案为：一种空间在轨服务机器人自适应探针式抓取机构，包括：探针基体、探针驱动机构与螺纹扩展机构，所述探针基体，包括电机套A瓣、电机套B瓣、轴承转台、针头基体；所述电机套A瓣与电机套B瓣上开有电机安放槽、电机定位槽、电机定位孔、滑动轴承槽，并通过螺栓孔固定；所述轴承转台上开有滑动轴，并安装于滑动轴承槽中；所述针头基体上开有下沉圆孔、通孔甲、通孔乙、细圆柱面；针头基体通过螺栓与轴承转台连接；所述探针驱动机构，包括驱动电机及其减速箱、电机固定盘、定位螺钉；所述驱动电机及其减速箱安装于电机套A瓣与电机套B瓣中的电机安放槽中，并与电机定位盘上的固定螺纹孔通过螺钉固定；所述电机固定盘上开有固定螺纹孔与定位螺纹孔；电机固定盘安装于电机套A瓣与电机套B瓣的电机定位槽内，其上的定位螺纹孔与电机定位孔通过定位螺钉锁定；所述螺纹扩展机构，包括盘式电机及其减速箱、螺纹轴、轴心滑块、螺纹A瓣、螺纹B瓣；所述盘式电机及其减速箱安装在针头基体的下沉圆孔中；所述螺纹轴上开有电机轴孔、螺纹；螺纹轴安装于针头基体的通孔甲中，其电机轴孔与盘式电机及其减速箱的电机轴连接；所述轴心滑块上开有螺纹孔、通孔丙；轴心滑块安装于针头基体的通孔甲中，螺纹孔与螺纹轴的螺纹配合；所述螺纹A瓣与螺纹B瓣上开有内圆柱面、定位柱、滑动柱、外螺纹；螺纹A瓣与螺纹B瓣安装在针头基体上，其内圆柱面与针头基体的细圆柱面配合但可自由脱离，定位柱与针头基体的通孔乙配合，滑动柱与轴心滑块的通孔丙配合。

本发明的原理：本专利中，驱动抓取的方式较为简单。驱动电机经减速箱输出转矩，带动滑动轴承转台旋转。而针头部分与轴承转台固连，因此针头部分随之旋转。而针头部分在旋转过程中同时进入螺栓孔，针头部分上的外螺纹与目标物螺栓孔的内螺纹配合，从而抓取物体，其原理类似于生活中拧螺钉、螺栓的过程。此外，等效螺纹的自适应调整是实现抓取机构自适应性的关键，螺纹的扩展操作是通过螺纹扩展机构来实现的。螺纹扩展机构采用盘式电机通过减速箱驱动螺纹轴转动，并利用螺纹轴与轴心滑块的螺纹配合关系，将螺纹轴的转动变为轴心滑块沿轴向的平动。同时，将轴心滑块与螺纹瓣设计成滑动连杆的方式，因此轴心滑块可驱动螺纹瓣沿垂直于轴向的方向运动，从而实现了螺纹等效直径扩展收缩的调整。

综上所述，本发明与现有技术相比优点在于：

(1)、本发明的抓取驱动机构设计采用轴承转台和滑动轴承槽的方式，可抓取直径较小的目标物螺栓孔，抓取过程简单、可靠，克服了特制圆孔抓取器与内抓取指爪不能抓取较小直径孔、抓取过程复杂的缺点。

(2)、本发明采用等效螺纹直径自适应扩展机构的设计方案，将机构的轴心滑块与螺纹瓣设计成滑动连杆的方式，实现对等效螺纹直径扩展收缩的自适应调整，克服了螺栓孔抓取器只能抓取单一直径螺栓孔的缺点。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2a为本发明的探针基体1结构示意图；

图2b为本发明的探针驱动机构2结构示意图；