一种星表探测用攀爬机器人及其使用方法技术

本发明专利技术提出一种星表探测用攀爬机器人及其使用方法，该机器人包括两个相同的抓附机构、两个相同的双端输出关节、一段中空形状记忆合金和仪器平台，所述仪器平台固连于形状记忆合金中部，所述形状记忆合金的两端分别与两个双端输出关节的第二输出端固连，双端输出关节的第一输出端与抓附机构固连。解决现有技术星表机器人存在的诸多技术问题，提出一种可对星表进行自适应柔性抓附及攀爬的移动机器人，用于实现对星表的移动探测，通过爪刺及柔性手指实现对星表的抓附、通过形状记忆合金实现机器人本体的弯曲、攀爬等，其可实现在微重力星表、悬崖峭壁、陡坡凹坑等中的抓附移动，移动到目标位置后可开展抓取、磨削等取样。

【技术实现步骤摘要】
一种星表探测用攀爬机器人及其使用方法
本专利技术涉及一种星表探测用攀爬机器人，属于深空探测、空间机器人
，可用于对星表有移动探测需求的空间机器人设计中。
技术介绍
随着空间探测技术的发展，通过机器人对探测器不可达到区域展开探测已成为一种新需求，这些区域与已探测区域在星壤组成等方面存在差别，若可对这些区域进行探测将具有重要科学意义。机器人在弱引力天体表面时需解决弱引力导致的易弹跳、难落地问题，机器人在月球、火星等大星体表面时需解决悬崖峭壁、凹坑陡坡中难移动、易跌落问题。因此亟需开发一种具有星表抓附能力的攀爬探测机器人，该机器人在移动过程中通过抓附星表确保其在弱引力环境、悬崖峭壁、凹坑陡坡中均可移动。目前已有星表探测机器人多为轮式移动机器人，它们在平坦地形中移动能力极强，但不能在微重力星表、悬崖峭壁、凹坑陡坡中移动，如火星移动机器人“勇气号”、“机遇号”、“好奇号”，以及月球移动机器人“玉兔号”等。日本隼鸟号探测器的小行星表面移动机器人MINERVA、MASCOT通过机器人内部飞轮、摆臂等机构实现小幅度跳动移动，这种机器人移动时若跳跃幅度控制不当其极易从星表逃逸，因此其移动速度慢且移动控制难度大，且不具有取样能力。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述
技术介绍
中提到的现有技术存在的诸多技术问题，提出一种可对星表进行自适应柔性抓附及攀爬的移动机器人，用于实现对星表的移动探测，通过爪刺及柔性手指实现对星表的抓附、通过形状记忆合金实现机器人本体的弯曲、攀爬等，其可实现在微重力星表、悬崖峭壁、陡坡凹坑等中的抓附移动，移动到目标位置后可开展抓取、磨削等取样。本专利技术提出一种星表探测用攀爬机器人，包括两个相同的抓附机构、两个相同的双端输出关节、一段中空形状记忆合金和仪器平台，所述仪器平台固连于形状记忆合金中部，所述形状记忆合金的两端分别与两个双端输出关节的第二输出端固连，双端输出关节的第一输出端与抓附机构固连；所述抓附机构包括壳体、电机组件、丝杠、丝杠螺母、丝杠螺母顶端、活塞、活塞恢复弹簧、柔性接触球、多个柔性手指、下拉绳、上拉绳、补偿弹簧和磨削砂轮，所述电机组件安装于壳体内部，所述电机组件输出端与丝杠固连，所述丝杠螺母与丝杠之间形成螺旋传动副，所述活塞沿壳体内壁滑动，所述活塞恢复弹簧一端与活塞固连，另一端与壳体固连，所述柔性接触球固定于壳体底部，所述壳体下部周向均布有多个柔性手指，所述下拉绳一端与活塞固连，另一端与柔性手指固连，所述补偿弹簧一端固连于丝杠螺母，另一端连接有上拉绳，所述上拉绳连接柔性手指，每个柔性手指独立配置一组下拉绳和上拉绳，所述电机组件后输出端与磨削砂轮固连。优选地，所述柔性手指包括导管、下压扭簧、指节伸展弹簧、指节和爪刺，所述导管的端头安装有下压扭簧，与壳体之间形成转动副，所述导管的前端内部指节指节，所述指节可在导管内滑动，所述指节指节的侧壁与导管间安装有指节伸展弹簧，所述指节指节上设置有若干爪刺，下拉绳一端与活塞固连，另一端与指节指节固连；上拉绳一端与导管的端头固连，另一端连接于补偿弹簧。优选地，所述仪器平台内部安装探测设备、控制系统和能源系统。优选地，所有柔性手指由同一个电机组件、丝杠、丝杠螺母和活塞同步驱动。一种所述的星表探测用攀爬机器人的使用方法，攀爬机器人移动时，通过两个抓附机构、两个双端输出关节、一个形状记忆合金之间的配合实现，其中一个抓附机构形成抓附，另外一个抓附机构抓附解除，抓附解除的抓附机构经双端输出关节调整姿态，同时形状记忆合金经与抓附状态抓附机构连接的双端输出关节的第二输出端调整姿态，随后形状记忆合金加电变形，加电变形后形状记忆合金将未抓附的抓附机构移动到新的位置，随后该抓附机构进行抓附；抓附完成后，另外一个抓附机构解除抓附，重复上述动作；经过两个抓附机构及形状记忆合金之间的协调配合，实现攀爬机器人的移动。一种所述的星表探测用攀爬机器人的使用方法，攀爬机器人采样时，利用柔性手指进行抓取采样时，其中一个抓附机构与星表固连，另外一个抓附机构对采样目标进行抓附，通过多个柔性手指将样品包络，实现抓取采样。一种所述的星表探测用攀爬机器人的使用方法，攀爬机器人采样时，利用抓附机构的磨削砂轮进行磨削采样时，其中一个抓附机构与星表固连，另外一个抓附机构对采样目标进行磨削，首先利用双端输出关节的两个输出端及形状记忆合金对抓附机构的姿态进行调节，将抓附机构的磨削砂轮对准采样目标，随后抓附机构的电机组件开始工作，电机组件带动磨削砂轮进行磨削，实现磨削采样。一种所述的星表探测用攀爬机器人的使用方法，攀爬机器人利用抓附机构对星表进行抓附时，首先柔性接触球与星表接触，依靠自身的球形设计提高星表地形适应能力；电机组件经丝杠驱动丝杠螺母向下运动，上拉绳被松弛，柔性手指在下压扭簧作用下下压到星表，使得爪刺与星表接触；丝杠螺母继续向下移动，随后丝杠螺母顶端与活塞接触，推动活塞向下运动，同时活塞恢复弹簧被压缩，此时活塞会将下拉绳拉紧，下拉绳拖动指节向导管内移动，从而加强爪刺对星表的抓附，同时指节伸展弹簧被压缩，补偿弹簧嵌于上拉绳中部，当星表抓附位置不平坦时，所需的柔性手指下翻角度不一致，此时所需的上拉绳释放长度不一致，该长度的不一致由补偿弹簧来补偿，当抓附完成后，电机组件停止驱动。一种所述的星表探测用攀爬机器人的使用方法，攀爬机器人抓附机构的抓附需要解除时，电机组件反向驱动，丝杠螺母向上运动，被压缩的活塞恢复弹簧推动活塞向上运动，下拉绳被松弛，指节在指节伸展弹簧作用下从导管中移出，使得爪刺与星表的抓附解除，当丝杠螺母向上移动到一定高度时，上拉绳被拉紧，在上拉绳拉动下，柔性手指1-8向上折起，柔性手指的抓附解除，且下压扭簧被压缩。本专利技术所述的星表探测用攀爬机器人及其使用方法的有益效果为：1、本专利技术采用抓附机构、双端输出关节、形状记忆合金等可实现机器人在微重力、悬崖峭壁、凹坑陡坡等恶劣环境中的攀爬移动。机器人攀爬时抓附机构的抓附姿态可通过双端输出关节进行调节，提高了对复杂地形的适应能力。2、本专利技术同时具有抓取采样和磨削采样功能，可利用抓附机构的柔性手指或磨削砂轮对探测目标点的表层介质清除操作，使得探测目标点的次表层介质裸露，然后利用仪器平台上的探测载荷开展探测研究。3、本专利技术采用柔性多指及其爪刺实现星表抓附，多个柔性手指间相互独立，确保了对星表地形的良好适应。柔性手指上的微小爪刺可与星表的微裂纹等进行接触，可提供稳定抓附。4、本专利技术采用一组驱动组件实现多个柔性手指的同步驱动，通过驱动组件正反转实现抓附及抓附解除，驱动源少，操作简单。5、本专利技术的柔性接触球内部或表面可设计多种传感器，可对所接触位置的特性进行感知，如温度、接触力、导电系数、导热系数等。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术所述的一种星表探测用攀爬机器人的结构示意图；图2是抓附机构的结构示意图；<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种星表探测用攀爬机器人，其特征在于，包括两个相同的抓附机构(1)、两个相同的双端输出关节(2)、一段形状记忆合金(3)和仪器平台(4)，所述仪器平台(4)固连于形状记忆合金(3)中部，所述形状记忆合金(3)的两端分别与两个双端输出关节(2)的第二输出端(2-2)固连，双端输出关节(2)的第一输出端(2-1)与抓附机构(1)固连；/n所述抓附机构(1)包括壳体(1-1)、电机组件(1-2)、丝杠(1-3)、丝杠螺母(1-4)、活塞(1-5)、活塞恢复弹簧(1-6)、柔性接触球(1-7)、多个柔性手指(1-8)、下拉绳(1-9)、上拉绳(1-10)、补偿弹簧(1-11)和磨削砂轮(1-12)，所述电机组件(1-2)安装于壳体(1-1)内部，所述电机组件(1-2)输出端与丝杠(1-3)固连，所述丝杠螺母(1-4)与丝杠(1-3)之间形成螺旋传动副，所述活塞(1-5)沿壳体内壁滑动，所述活塞恢复弹簧(1-6)一端与活塞(1-5)固连，另一端与壳体(1-1)固连，所述柔性接触球(1-7)固定于壳体(1-1)底部，所述壳体(1-1)下部周向均布有多个柔性手指(1-8)，所述下拉绳(1-9)一端与活塞(1-5)固连，另一端与柔性手指(1-8)固连，所述补偿弹簧(1-11)一端固连于丝杠螺母(1-4)，另一端连接有上拉绳(1-10)，所述上拉绳(1-10)连接柔性手指(1-8)，每个柔性手指(1-8)独立配置一组下拉绳(1-9)和上拉绳(1-10)，所述电机组件(1-2)后输出端与磨削砂轮(1-12)固连。/n...

【技术特征摘要】
1.一种星表探测用攀爬机器人，其特征在于，包括两个相同的抓附机构(1)、两个相同的双端输出关节(2)、一段形状记忆合金(3)和仪器平台(4)，所述仪器平台(4)固连于形状记忆合金(3)中部，所述形状记忆合金(3)的两端分别与两个双端输出关节(2)的第二输出端(2-2)固连，双端输出关节(2)的第一输出端(2-1)与抓附机构(1)固连；
所述抓附机构(1)包括壳体(1-1)、电机组件(1-2)、丝杠(1-3)、丝杠螺母(1-4)、活塞(1-5)、活塞恢复弹簧(1-6)、柔性接触球(1-7)、多个柔性手指(1-8)、下拉绳(1-9)、上拉绳(1-10)、补偿弹簧(1-11)和磨削砂轮(1-12)，所述电机组件(1-2)安装于壳体(1-1)内部，所述电机组件(1-2)输出端与丝杠(1-3)固连，所述丝杠螺母(1-4)与丝杠(1-3)之间形成螺旋传动副，所述活塞(1-5)沿壳体内壁滑动，所述活塞恢复弹簧(1-6)一端与活塞(1-5)固连，另一端与壳体(1-1)固连，所述柔性接触球(1-7)固定于壳体(1-1)底部，所述壳体(1-1)下部周向均布有多个柔性手指(1-8)，所述下拉绳(1-9)一端与活塞(1-5)固连，另一端与柔性手指(1-8)固连，所述补偿弹簧(1-11)一端固连于丝杠螺母(1-4)，另一端连接有上拉绳(1-10)，所述上拉绳(1-10)连接柔性手指(1-8)，每个柔性手指(1-8)独立配置一组下拉绳(1-9)和上拉绳(1-10)，所述电机组件(1-2)后输出端与磨削砂轮(1-12)固连。


2.根据权利要求1所述的星表探测用攀爬机器人，其特征在于，所述柔性手指(1-8)包括导管(1-8-1)、下压扭簧(1-8-2)、指节伸展弹簧(1-8-3)、指节(1-8-4)和爪刺(1-8-5)，所述导管(1-8-1)的端头安装有下压扭簧(1-8-2)，与壳体(1-1)之间形成转动副，所述导管(1-8-1)的前端内部指节指节(1-8-4)，所述指节(1-8-4)可在导管(1-8-1)内滑动，所述指节指节(1-8-4)的侧壁与导管(1-8-1)间安装有指节伸展弹簧(1-8-3)，所述指节指节(1-8-4)上设置有若干爪刺(1-8-5)，下拉绳(1-9)一端与活塞(1-5)固连，另一端与指节指节(1-8-4)固连；上拉绳(1-10)一端与导管(1-8-1)的端头固连，另一端连接于补偿弹簧(1-11)。


3.根据权利要求1所述的星表探测用攀爬机器人，其特征在于，所述仪器平台(4)内部安装探测设备、控制系统和能源系统。


4.根据权利要求1所述的星表探测用攀爬机器人，其特征在于，所有柔性手指(1-8)由同一个电机组件(1-2)、丝杠(1-3)、丝杠螺母(1-4)和活塞(1-5)同步驱动。


5.一种权利要求1-4任一项所述的星表探测用攀爬机器人的使用方法，其特征在于，攀爬机器人移动时，通过两个抓附机构(1)、两个双端输出关节(2)、一个形状记忆合金(3)之间的配合实现，其中一个抓附机构(1)形成抓附，另外一个抓附机构(1)抓附解除，抓附解除的抓附机构(1)经双端输出关节(2)调整姿态，同时形...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵志军，全齐全，王爽，唐德威，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23