一种空间舱内货包取放系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种空间舱内货包取放系统，包括货舱和机械手，货舱沿其圆周方向设有用于放置货包的仓位，沿其长度方向安装有导轨；机械手包括机械臂和机械爪，机械臂的一端可滑动的安装在货舱的导轨上，另一端与机械爪相连，机械臂可驱动机械爪到达货舱圆周方向上同一平面内的任一仓位。本发明专利技术所提供的空间舱内货包取放系统，具有重量轻、体积小、灵活性高等特点，能够有效提高航天员工作的便利性，并兼有自主运行和人工远程操作的能力。本发明专利技术还公开了一种空间舱内货包取放方法，以实现货包的自动取放。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于空间站
，具体涉及一种空间舱内货包取放系统及方法。
技术介绍
空间站(SpaceStation)又称太空站、航天站、轨道站。是一种在近地轨道长时间运行，可供多名航天员巡访、长期工作和生活的载人航天器。空间站分为单一式和组合式两种。单一式空间站可由航天运载器一次发射入轨，组合式空间站则由航天运载器分批将组件送入轨道，在太空组装而成。空间站的基本组成是以一个载人生活舱为主体，再加上有不同用途的舱段，如工作实验舱、科学仪器舱等。空间站外部必须装有太阳能电池板和对接舱口，以保证站内电能供应和实现与其他航天器的对接。空间站是一个由许多相互关联的子系统构成的复杂系统，一个功能完备的空间站通常会具备以下的模块：主体结构、电源供应系统、乘员生活设施以及乘员和货物运输系统等。传统的空间站货包通常是放置在空间舱内，取放都是通过人工来实现，因此急需研发一种智能取放系统，完成货包取放的自动化，提高航天员工作的便利性，提高空间科学应用的规模和水平。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决上述问题，提供一种结构合理，灵活性高的空间舱内货包取放系统。本专利技术的另一目的是提供一种空间舱内货包取放方法，以实现货包的自动取放。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：一种空间舱内货包取放系统，包括货舱和机械手，货舱沿其圆周方向设有用于放置货包的仓位，沿其长度方向安装有导轨；机械手包括机械臂和机械爪，机械臂的一端可滑动的安装在货舱的导轨上，另一端与机械爪相连，机械臂可驱动机械爪到达货舱圆周方向上同一平面内的任一仓位。优选地，所述机械爪包括主爪和副爪，副爪与机械臂相连，包括可同步张开和收拢的至少三个附爪；主爪位于附爪端部连线所围成区域的中心，包括可开合的左爪钳和右爪钳；附爪、左爪钳和右爪钳的端部均设有压力传感器。优选地，所述副爪包括与机械臂相连的套筒，套筒外圆周面上套设有套筒外滑环，套筒外滑环可沿着套筒的轴线滑动；套筒外滑环与附爪的根部转动连接；套筒的端部与副爪连杆的一端转动连接，副爪连杆的另一端与附爪的中部转动连接。优选地，所述主爪包括与副爪相连的主爪底盘，主爪底盘的一侧面上设有啮合的左盘齿和右盘齿，左盘齿与左爪钳转动连接，左连杆的一端与主爪底盘转动连接，另一端与左爪钳中部转动连接；右盘齿与右爪钳转动连接，右连杆的一端与主爪底盘转动连接，另一端与右爪钳中部转动连接；所述主爪底盘的前端与卡扣固定块相连，卡扣固定块的前端开设有固定槽，固定槽内设有光电传感器。优选地，所述机械臂具有八个自由度，包括八个顺次安装的电机，前一个电机安装在后一个电机的转动端上，相邻的电机两两之间轴线垂直，第一个电机安装在导轨上，最后个电机的转动端与机械爪相连。优选地，所述机械手还包括图像识别装置，图像识别装置包括伸缩机构、摄像头和摄像平台，伸缩机构的一端与机械爪相连，另一端与摄像平台相连，摄像头安装在摄像平台上；伸缩机构的伸缩方向与机械爪的轴线垂直。优选地，所述货舱包括围成矩形通道空间的四个货架，相邻的货架之间具有顺着货架长度方向的间隙，导轨顺着货架长度方向安装在其中一个货架侧面，机械手可通过间隙进入矩形通道空间。本专利技术进一步提供了一种空间舱内货包取放方法，包括放包过程和取包过程，其中放包过程包括以下步骤：A1、机械臂张开，驱动机械爪移至仓口，识别货包；A2、机械手抓取货包，并将货包送至仓位粗定位；A3、图像识别仓位精定位；A4、机械手将货包推入仓位，机械爪收回；A5、机械手捆绑货包；A6、更新仓储信息，机械臂收回；其中取包过程包括以下步骤：B1、选择货包或指定仓位；B2、机械臂张开，驱动机械爪移至仓位粗定位；B3、识别货包，若货包正确则进行步骤B4；若货包不正确则返回步骤B2重新定位；B4、机械手解绑货包；B5、机械手重新到达仓位粗定位；B6、图像识别货包精定位；B7、机械手抓取货包，取出货包；B8、机械手将货包送至仓口，人工取包；B9、更新仓储信息，机械臂收回。优选地，所述步骤A5包括以下步骤：A51、机械手移至仓位附近放置了卡扣的母扣位置；A52、图像识别卡扣精定位；A53、主爪抓住卡扣，按压卡扣并取出卡扣；A54、机械手夹持卡扣移至待绑定母扣位置；A55、图像识别母扣精定位；A56、机械爪将卡扣插入母扣；A57、主爪松开，机械手退回。优选地，所述步骤B4包括以下步骤：B41、图像识别卡扣精定位；B42、主爪抓住卡扣，按压卡扣并取出卡扣；B43、机械手夹持卡扣移至仓位附近未放置卡扣的母扣位置；B44、图像识别母扣精定位；B45、机械手将卡扣插入母扣；B46、主爪松开，机械手退回。本专利技术的有益效果是：本专利技术所提供的空间舱内货包取放系统，具有重量轻、体积小、灵活性高等特点，能够有效提高航天员工作的便利性，并兼有自主运行和人工远程操作的能力。航天员可通过远程操作，发送货包取/放指令。若是取货包，系统根据指定的货包，自动定位至货包存放仓位，自动抓取后送至仓口；若是存货包，在仓口自动抓取后，系统根据被存货包类型，自动匹配存放位置或者根据指定存放位置，将货包送至该处，放置后完成存放过程。本方案的成功实施，不仅为空间站建设和使用提供关键设备、将提高空间科学应用的规模和水平，也将提高我国控制、电子、机器人等相关
的发展。附图说明图1是本专利技术空间舱内货包取放系统的结构示意图；图2是本专利技术空间舱内货包取放系统的侧视图；图3是本专利技术机械手的结构示意图；图4是本专利技术机械手的局部示意图；图5是本专利技术机械爪的结构示意图；图6是本专利技术机械爪另一角度的结构示意图；图7是本专利技术机械手收纳状态示意图；图8是本专利技术方形货包的结构示意图；图9是本专利技术母扣的结构示意图；图10是本专利技术卡扣的结构示意图；图11是本专利技术机械手将货包推入仓位的流程图；图12是本专利技术机械爪收回的流程图；图13是本专利技术主爪抓住卡扣的流程图；图14是本专利技术机械手取出卡扣的流程图；图15是本专利技术机械手抓取货包的流程图。附图标记说明：11、货架；12、仓位；13、导轨；14、机械臂座；15、把手；16、卡扣；17、母扣；21、机械臂；2101、延长臂；2102、末端电机；22、机械爪；2201、套筒；2202、套筒外滑环；2203、附爪；2204、副爪连杆；2205、主爪底盘；2206、左爪钳；2207、右爪钳；2208、左盘齿；2209、右盘齿；2210、左连杆；2211、右连杆；2212、卡扣固定块；2213、舵机；23、图像识别装置；2301、剪叉机构；2302、摄像平台；31、方形货包；32、中央把带；33、四周把带。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步的说明：如图1至图10所示，本专利技术的一种空间舱内货包取放系统，包括货舱、机械手和仓储信息数据库，货舱用于存放货包，机械手用于对货包进行抓/放、识别、定位、捆绑/解绑等多种操作，仓储信息数据库用于记录每个仓位存储的货包类型以及每个货包所存放的仓位位置，以便系统能够进行快速的放包操作和取包操作。如图1所示，货舱包括围成矩形通道空间的四个货架11，货架11开设有用于放置货包的仓位12，相邻的货架11之间具有顺着货架11长度方向的间隙，导轨13顺着货架11长度方向安装在其中一个货架11侧面，机械手的的一端可滑动的安装在货舱的导轨13上，且机械本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空间舱内货包取放系统，其特征在于：包括货舱和机械手，货舱沿其圆周方向设有用于放置货包的仓位(12)，沿其长度方向安装有导轨(13)；机械手包括机械臂(21)和机械爪(22)，机械臂(21)的一端可滑动的安装在货舱的导轨(13)上，另一端与机械爪(22)相连，机械臂(21)可驱动机械爪(22)到达货舱圆周方向上同一平面内的任一仓位(12)。

【技术特征摘要】
1.一种空间舱内货包取放系统，其特征在于：包括货舱和机械手，货舱沿其圆周方向设有用于放置货包的仓位(12)，沿其长度方向安装有导轨(13)；机械手包括机械臂(21)和机械爪(22)，机械臂(21)的一端可滑动的安装在货舱的导轨(13)上，另一端与机械爪(22)相连，机械臂(21)可驱动机械爪(22)到达货舱圆周方向上同一平面内的任一仓位(12)。2.根据权利要求1所述的空间舱内货包取放系统，其特征在于：所述机械爪(22)包括主爪和副爪，副爪与机械臂(21)相连，包括可同步张开和收拢的至少三个附爪(2203)；主爪位于附爪(2203)端部连线所围成区域的中心，包括可开合的左爪钳(2206)和右爪钳(2207)；附爪(2203)、左爪钳(2206)和右爪钳(2207)的端部均设有压力传感器。3.根据权利要求2所述的空间舱内货包取放系统，其特征在于：所述副爪包括与机械臂(21)相连的套筒(2201)，套筒(2201)外圆周面上套设有套筒外滑环(2202)，套筒外滑环(2202)可沿着套筒(2201)的轴线滑动；套筒外滑环(2202)与附爪(2203)的根部转动连接；套筒(2201)的端部与副爪连杆(2204)的一端转动连接，副爪连杆(2204)的另一端与附爪(2203)的中部转动连接。4.根据权利要求2所述的空间舱内货包取放系统，其特征在于：所述主爪包括与副爪相连的主爪底盘(2205)，主爪底盘(2205)的一侧面上设有啮合的左盘齿(2208)和右盘齿(2209)，左盘齿(2208)与左爪钳(2206)转动连接，左连杆(2210)的一端与主爪底盘(2205)转动连接，另一端与左爪钳(2206)中部转动连接；右盘齿(2209)与右爪钳(2207)转动连接，右连杆(2211)的一端与主爪底盘(2205)转动连接，另一端与右爪钳(2207)中部转动连接；所述主爪底盘(2205)的前端与卡扣固定块(2212)相连，卡扣固定块(2212)的前端开设有固定槽，固定槽内设有光电传感器。5.根据权利要求1所述的空间舱内货包取放系统，其特征在于：所述机械臂(21)具有八个自由度，包括八个顺次安装的电机，前一个电机安装在后一个电机的转动端上，相邻的电机两两之间轴线垂直，第一个电机安装在导轨(13)上，最...

【专利技术属性】
技术研发人员：宫大为，王鹏，李友铖，冯代伟，吴献钢，李晓宁，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51