[发明专利]一种面向二维空间摩擦应用的主动摩擦末端执行器

权利要求书

1.一种面向二维空间摩擦应用的主动摩擦末端执行器，其特征在于：包括摩擦球、摩擦球动力装置、摩擦球约束装置和线性模组离合装置；其中：

摩擦球动力装置，用于提供摩擦球二维方向滚动动力；

摩擦球约束装置，为处于自由空间内的摩擦球提供全向约束，将摩擦球限定在一定的空间范围内旋转；固定连接在空间目标操控机构的末端，在空间目标操控机构的驱动下携带摩擦球移动；

线性模组离合装置，用于控制摩擦球动力装置与摩擦球的相对位置，在摩擦球未与抓捕对象接触时，控制摩擦球动力装置与摩擦球分离，使摩擦球与抓捕对象表面接触被动跟随旋转；当摩擦球与抓捕对象表面完全接触后，控制摩擦球动力装置与摩擦球接触，使摩擦球在全向滚动动力的作用下运动；

摩擦球，通过与抓捕对象接触在接触面上产生的摩擦力实现对接触对象的运动控制。

2.根据权利要求1所述的一种面向二维空间摩擦应用的主动摩擦末端执行器，其特征在于所述摩擦球约束装置包括从动悬架和多个单向弹性装置，从动悬架固定连接在空间目标操控机构末端，多个单向弹性装置均匀分布，一端在从动悬架边缘，另一端悬空，向下形成多个向心的抓手，用于环抱着摩擦球，单向弹性装置悬空端装有全向球轴承，全向球轴承与摩擦球接触，实时施加摩擦球径向的预紧力。

3.根据权利要求2所述的一种面向二维空间摩擦应用的主动摩擦末端执行器，其特征在于所述从动悬架中心处设有全向球轴承，用于保证摩擦球的旋转运动的同时，限制摩擦球向上运动。

4.根据权利要求1所述的一种面向二维空间摩擦应用的主动摩擦末端执行器，其特征在于所述线性模组离合装置包括离合电机、螺杆、螺母，螺杆位于摩擦球约束装置的正上方，当摩擦球静置于摩擦球约束装置内时，螺杆的延长线过摩擦球的球心，螺母与摩擦球动力装置固定连接，摩擦球动力装置沿螺母旋转方向限位，螺杆通过轴承与摩擦球约束装置连接，带摩擦球动力装置的螺母与螺杆配合构成滚珠丝杠结构，电机驱动螺杆旋转，螺母带动摩擦球动力装置沿螺杆做直线移动。

5.根据权利要求4所述的一种面向二维空间摩擦应用的主动摩擦末端执行器，其特征在于所述螺杆两端设有限位装置，使得螺母带动摩擦球动力装置只能在一定范围内做直线移动。

6.根据权利要求5所述的一种面向二维空间摩擦应用的主动摩擦末端执行器，其特征在于所述摩擦球动力装置包括主动悬架、四个欧姆尼轮组、四个伺服电机和四个减速器；

主动悬架包括中心设有通孔的平板结构，该平板结构中心穿过线性模组离合装置的螺母，与螺母固定连接，平板结构外周固定连接四个支杆，四个支杆的另一端悬空，每组欧姆尼轮组通过轴承与支杆的悬空端连接，欧姆尼轮组的轮面与支杆平行，同时，欧姆尼轮组中心轴还连接在减速器上，减速器由伺服电机驱动旋转，进一步带动欧姆尼轮组旋转；支杆的长度、欧姆尼轮的半径和支杆与平板结构的夹角适当，使得当欧姆尼轮边缘与摩擦球相切时，欧姆尼轮组中心与球心的连线与支杆垂直。

7.根据权利要求6所述的一种面向二维空间摩擦应用的主动摩擦末端执行器，其特征在于所述欧姆尼轮组包括两个以上的直径相同的欧姆尼轮，欧姆尼轮平行安装，同时垂直于支杆。

8.根据权利要求7所述的一种面向二维空间摩擦应用的主动摩擦末端执行器，其特征在于相邻的两个欧姆尼轮的从动轮交错安装，保证欧姆尼轮组的边缘，在欧姆尼轮组与摩擦球接触时，每个欧姆尼轮组始终有从动轮与球面接触。

9.根据权利要求3所述的一种面向二维空间摩擦应用的主动摩擦末端执行器，其特征在于还包括测量传感器，用来测量摩擦球表面相对于每个全向球轴承运动的方向和速度。

10.根据权利要求1所述的一种面向二维空间摩擦应用的主动摩擦末端执行器，其特征在于所述摩擦球表面覆有橡胶涂层。