[发明专利]可扩展欠驱动索杆桁架式机械手爪

说明书

技术领域

本发明涉及一种可用于抓取空间中不同形状目标的模块化机械手爪，属于空间机器人技术领域。

背景技术

随着人类太空活动的增加和深空探测任务的需要，空间机器人发挥着越来越重要的作用，如应用多自由度空间机械臂可进行太空货物的搬运、空间装配和在轨维修等任务，应用机器人宇航员可代替宇航员从事舱外作业，应用星球探测机器人可对星球进行无人探测。目前空间机器人虽然具有智能化程度高、对作业任务适应能力强等优点，但是结构较为复杂，一般每个关节均为主动驱动关节，导致电机数量多、重量大、控制系统复杂。另一方面，空间环境条件极为恶劣，高真空、大温差和强辐射环境容易引起机电系统故障，一般来说电机数量越多，系统越复杂，其可靠性越低，而过多的电机数量带来质量的增加和能源动力的巨大消耗，导致发射成本的增加，影响有效载荷能力的发挥。因此空间机器人要求具有质量轻、驱动电机数量少、结构简单、可靠性高等特点，欠驱动机构将成为今后空间机构的重要发展方向之一。

欠驱动机构是指驱动源数少于机构自由度数的一类机构，欠驱动机构具有驱动元件少、控制简单、抓取适应性强和出力大等优点。这种机构具有形状自适应能力，当欠驱动机械手抓取物体时，手指能够完全包络物体，并且能够适应物体的形状。国际上最具代表性的欠驱动机械手爪是加拿大MD ROBOTICS开发的欠驱动机器人手爪SARAH，该手爪是一个具有10个自由度的三指机械手，但是仅采用两个电机驱动，通过机械限位和弹簧实现无动力关节对被抓取形状的自适应。这类欠驱动机构克服了传统机械手爪由于采用了大量的串联关节，导致结构复杂、控制困难、负载能力差、可靠性低，重量相对也较重等问题，缓解了机械手的自由度数目和驱动方式、重量、灵活性之间的矛盾，欠驱动机构在空间领域具有巨大的应用前景。

但是，SARAH手爪仍然存在不易扩展，结构复杂，重量大，对抓取的目标物体的形状适应能力差，抓取力小的缺点。

目前，在太空中正在运行的航天器达1000个以上，大量卫星需要在轨维护，如部件更换、燃料加注、故障维修等，由于缺少在轨维护机器人或作业装置，卫星寿命普遍较短，平均寿命为5～8年，采用在轨捕获装置参与航天器在轨服务，将大大延长航天器的寿命。另一方面，每年死亡的航天器大约为50～100个，由于没有回收能力，这些航天器成为太空垃圾，威胁着航天器和宇航员的安全，采用在轨捕获装置可对废弃航天器进行回收。从军事需求来看，太空战争已近在眼前，如果能够捕获、摧毁敌方卫星，将占据太空战争的主动权，因此如何捕获空间非合作目标是空间机器人领域面临的重要挑战。在这个全球空间机械手爪设计技术迅速发展的大环境下，研制具有自主知识产权的可扩展欠驱动索杆桁架式机械手爪迫不及待。

发明内容

本发明是为解决传统欠驱动机构和SARAH手爪重量大、结构复杂、对抓取的目标物体的形状适应能力差、抓取力小以及SARAH手爪不易扩展的问题，进而提供一种可扩展欠驱动索杆桁架式机械手爪。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：一种可扩展欠驱动索杆桁架式机械手爪包括前端连接装置、杆间转角限位机构、末端索杆桁架、绳索、多个定位柱和多个可扩展模块化索杆桁架；

所述前端连接装置包括连接板、两个绳索轴、两个限位柱、两个安装板、两个过渡板和四个支撑板，连接板的一端面安装有四个支撑板，四个支撑板呈矩形阵列布置，竖直方向上位于同一侧的两个支撑板穿设有绳索轴，连接板的上表面上安装有两个安装板，每个安装板上固装有一个电机，电机的输出轴竖向设置且与相对应的绳索轴连接，两个绳索轴的上端和下端分别安装有过渡板，两个过渡板平行布置；