欠驱动灵巧多功能空间机器人手爪制造技术

欠驱动灵巧多功能空间机器人手爪，设前端套筒和尾端套筒组成的本体，电机机座与前端套筒联接。在本体内设置滚珠丝杆：丝杆经联轴器与电机转轴传动连接，丝杆外设支撑件。与丝杆螺旋配合的螺母座后端固定有上下两条驱动块。驱动块内表面设固定的有上下两指的尾端手指，手指前端有接头；在尾端手指前端设用销柱固定于尾端套筒的更换接口；尾端手指通过接头与更换接口的卡接结构连接并实现手指更换。驱动块轴向移动推动手指实现两指尖的开合。结构简单紧凑、抓持力大、效率高、易于制作和工作可靠。实现设一个手爪更换多种手指，具有抓捕、夹持等多种功能；可同时完成空间拧螺丝、实验器材夹持及抓拿漂浮物等空间生产装配、科学实验和维修维护。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】欠驱动灵巧多功能空间机器人手爪，设前端套筒和尾端套筒组成的本体，电机机座与前端套筒联接。在本体内设置滚珠丝杆：丝杆经联轴器与电机转轴传动连接，丝杆外设支撑件。与丝杆螺旋配合的螺母座后端固定有上下两条驱动块。驱动块内表面设固定的有上下两指的尾端手指，手指前端有接头；在尾端手指前端设用销柱固定于尾端套筒的更换接口；尾端手指通过接头与更换接口的卡接结构连接并实现手指更换。驱动块轴向移动推动手指实现两指尖的开合。结构简单紧凑、抓持力大、效率高、易于制作和工作可靠。实现设一个手爪更换多种手指，具有抓捕、夹持等多种功能；可同时完成空间拧螺丝、实验器材夹持及抓拿漂浮物等空间生产装配、科学实验和维修维护。【专利说明】欠驱动灵巧多功能空间机器人手爪(—)
本技术涉及一种空间机器人手爪，一种机械臂的末端执行器。属机械手类(B25J)。(二)
技术介绍
随着航天航空空间技术的不断发展，空间机器人被用于恶劣的空间环境中完成特定的任务。空间机器人的作业能力和效率依赖于末端执行手爪的能力。国内外在空间机器人手爪研究，从结构上划分为外抓式、内撑式和其他结构。外抓式又分为二指、三指和多指结构。目前日本的ETS-VII舱外两指手爪，采用开合手指并有对准机构；加拿大的手爪SARAH，采用欠驱动机构，三个手指完成空间抓取；哈尔滨工业大学研制的空间机器人手爪，采用两指对目标进行包络和抓捕，后来北京邮电大学对该手指结构和工艺性进行了改进。上述这些手爪结构都偏重实现对空间目标的抓捕，均存在的问题是:功能单一，抓持力小，结构复杂，体积较大、不够灵巧。(三)
技术实现思路
本技术提供的欠驱动灵巧多功能空间机器人手爪，就是解决现有空间机器人手爪存在的功能单一、抓持力小、结构复杂和不够灵巧的问题。技术方案是:欠驱动灵巧多功能空间机器人手爪，包括:设驱动电机9，与驱动电机转轴传动联接的联轴器8;其特征是:I)设圆筒形前端套筒5和尾端套筒4连接固定组成的静止本体；驱动电机机座与前端套筒固定；在前端套筒内腔，设置滚珠丝杆6:其中丝杆6.1前端通过联轴器与驱动电机转轴连接，丝杆外设径向支撑丝杆的丝杆支撑件7 ;滚珠丝杆中的螺母座6.2与丝杆螺旋传动并沿轴向X移动，螺母座后端固定沿竖向Z上下两条驱动块2。2)在尾端套筒内腔，驱动块开有竖向穿通的轴向槽口 2.1 ;上下两条驱动块后端内表面分别设轴向和周向均固定的有上下两指的尾端手指1，上下两指前端铰接，两指可绕铰接心轴相对上下开合转动；驱动块与尾端套筒间、驱动块与尾端手指之间均为间隙配合。3)在两驱动块间尾端手指前端设更换接口 3，更换接口与驱动块间为间隙配合；更换接口通过在前阶梯轴3.1中设竖向销柱3.3穿过驱动块槽口固定于尾端套筒；更换接口后圆筒3.2中开了上下两条轴向槽口3.2A和周向两条90°弧形槽口 3.2B ;尾端手指前端铰接心轴沿纵向Y加长作为接头1.1 ；接头与转换接口间为接头轴向卡入、旋转90°卡紧，或者反向旋转90°后松开、轴向抽出的卡接结构；尾端手指按需要更换若干种型式，选用的每个尾端手指I由此卡接结构与更换接口卡接固定，并通过更换接口固定于尾端套筒。4)尾端手指配置如下三种供更换的型式:①外抓式弹性两指1:从前至后顺次有铰接心轴接头、指间弹簧、水平段、上斜段、平行末端；上斜角d为30° _40° ;②夹持器手指Ib:从如至后顺次有绞接心轴接头、夹持指间弹簧、夹持水平段、夹持上斜段、夹持下斜末端；夹持上斜角d b为30° -40° ;③抓捕手指Ic:从前至后顺次有铰接心轴接头、抓捕指间弹簧、截面为Π形的抓捕上斜段、上指末端有开口槽的圆弧形抓捕指尖；抓捕上斜角d。为30° -40°。上述尾端手指指尖1.4可米用弹性材料和指尖夹持面1.5弹性联接为与被抓夹物件相应的形状。上述尾端手指上，可埋设力传感器11a、位置传感器Ilb和设闭环控制电路。本技术有益效果:I)由于设更换接口，从而设一个手爪可更换多种手指工具，具有抓捕、夹持等多种功能。采用外抓手指:用于外抓较大的工件、工具(如空间拧螺丝)，完成航天空间生产装配和舱外维修。采用夹持器手指:用于夹持较小的试验器材完成空间科学实验。采用抓捕手指:用于抓捕航天舱外漂浮物、清理垃圾等。即一个手爪可同时完成空间生产装配、科学实验和维修维护。2)采用滚珠丝杆传动结构，平稳可靠，工作效率高，出力大。3)采用一个电机与滚珠丝杆联接驱动两条驱动块来驱动手指运动，驱动元件少，控制简单。指尖采用弹性材料和弹性结构与被抓夹物件相应的形状，抓夹范围广泛且对被抓夹形状被动自适应。手爪实现欠驱动控制。4)由于两指在驱动块作用下同步运动，再加上尾端套筒形成的手掌，约束6个自由度，对目标合理定位，可提高抓捕或夹持精度。5)整个手爪由前端套筒和尾端套筒形成的圆筒形状，传动与支撑部件设置在整个圆筒内形成紧凑、体积小、灵巧手爪，整个手爪安装在空间机器人机械臂末端可节省空间。6)手爪结构简单、紧凑，易于制作，在空间中工作寿命长，稳定可靠。7)手指可增设力和位置传感器，对手指进行闭环控制，手爪工作的精确性高。(四)【专利附图】【附图说明】图1本技术总体结构布置正剖视图(X-Z面)。图中示出的尾端手指为外抓式弹性两指I。图2图1A-A剂视图，滚珠丝杆横截面视图(Z-Y面)。图3图1B-B剖视图，更换接口、驱动块和尾端套筒连接横截面剖视图(Z-Y面)。图4更换接口 3、接头1.1结构及接头竖向放置，卡接前位置示图(Z-X面)。图5图4C-C剖视图(Z-Y面)。接头卡接中旋转90°位置示图。图6卡接完位置示图(Y-X面)。接头1.1水平位置卡在更换接口的后圆筒3.2壁槽口中。图7夹持器手指结构示意图。(Z-X面视图)。图8抓捕手指结构示意图(Z-X面视图)。图9图8D-D剖视图。抓捕上斜段上下指横截面形状及相对位置视图(Z_Y面视图)。图10图8Ε-Ε剖视图。抓捕圆弧指尖上下指横截面及相对位置视图。(Ζ_Υ面视图)。附图标记说明:I一手指(外抓式弹性两指):1.1-接头，1.2一指间弹簧，1.3一7_Κ平段，1.4一上斜段，1.5-平行末端，d -上斜角。!b-夹持器手指Ib:1.1b-夹持接头，1.2b_夹持指间弹簧，1.3b_夹持水平段，1.4b-夹持上斜段，1.5b-夹持下斜末端，d b-夹持上斜角。Ic-抓捕手指Ic:1.1c-抓捕接头1.lc, 1.2c-抓捕指间弹簧；1.3c-抓捕上斜段1.3c:1.3c上一上指截面Π形，1.3c τ一下指截面矩形；1.4c-圆弧形抓捕指尖:1.4c ± ；-抓捕指尖上指开口槽，1.4(^-抓捕指尖下指矩形爪；d C-抓捕上斜角d co2一驱动块:2.1—驱动块槽口。3—更换接口:3.1-前阶梯轴；3.2_后圆筒；3.2A-轴向槽口 ；3.2B-弧形槽口 ；3.3-销柱。4一尾端套筒。5—前端套筒:5.1-套筒紧固件。6—滚珠丝杆:6.1-丝杆；6.2-螺母座；6.3-轴向紧固件。7-丝杆支撑件。8-联轴器。9一驱动电机。10-空间机器人机械臂。Ila-力传感器11a。Ilb-位置传感器lib。(五)【具体实施方式】下面结合附图进一步说明。I)见图1，设圆筒形前端套筒5和尾端套筒4通过套筒紧固件5.1本文档来自技高网...

【技术保护点】
欠驱动灵巧多功能空间机器人手爪，包括：设驱动电机(9)，与驱动电机转轴传动联接的联轴器(8)；其特征是：1)设圆筒形前端套筒(5)和尾端套筒(4)连接固定组成的静止本体；驱动电机机座与前端套筒固定；在前端套筒内腔，设置滚珠丝杆(6)：其中丝杆(6.1)前端通过联轴器与驱动电机转轴连接，丝杆外设径向支撑丝杆的丝杆支撑件(7)；滚珠丝杆中的螺母座(6.2)与丝杆螺旋传动并沿轴向X移动，螺母座后端固定沿竖向Z上下两条驱动块(2)；2)在尾端套筒内腔，驱动块开有竖向穿通的轴向槽口(2.1)；上下两条驱动块后端内表面分别设轴向和周向均固定的有上下两指的尾端手指(1)，上下两指前端铰接，两指可绕铰接心轴相对上下开合转动；驱动块与尾端套筒间、驱动块与尾端手指之间均为间隙配合；3)在两驱动块间尾端手指前端设更换接口(3)，更换接口与驱动块间为间隙配合；更换接囗通过在前阶梯轴(3.1)中设竖向销柱(3.3)穿过驱动块槽囗固定于尾端套筒；更换接口后圆筒3.2中开了上下两条轴向槽囗(3.2A)和周向两条90°弧形槽囗(3.2B)；尾端手指前端铰接心轴沿纵向Y加长作为接头(1.1)；接头与转换接囗间为接头轴向卡入、旋转90°卡紧，或者反向旋转90°后松开、轴向抽出的卡接结构；尾端手指按需要更换若干种型式，选用的每个尾端手指由此卡接结构与更换接口卡接固定，并通过更换接口固定于尾端套筒；4)尾端手指配置如下三种供更换的型式：①外抓式弹性两指(1)：从前至后顺次有铰接心轴接头、指间弹簧、水平段、上斜段、平行末端；上斜角ｄ为30°‑40°；②夹持器手指(1b)：从前至后顺次有铰接心轴接头、夹持指间弹簧、夹持水平段、夹持上斜段、夹持下斜末端；夹持上斜角ｄb为30°‑40°；③抓捕手指(1c)：从前至后顺次有铰接心轴接头、抓捕指间弹簧、截面为∏形的抓捕上斜段、上指末端有开口槽的圆弧形抓捕指尖；抓捕上斜角ｄC为30°‑40°。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵武，尚万，罗纯静，王晨，尚兴明，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：新型
国别省市：四川;51