用于辅助航天员出舱作业机械臂且适配空间站扶手的夹爪制造技术

用于辅助航天员出舱作业机械臂且适配空间站扶手的夹爪，它涉及一种破碎分散机组。本发明专利技术为了解决现有空间站的机械臂受可达空间和位姿的局限性，导致航天员单手操作存在灵活性、以及航天员出舱工作的操作对象和执行效率均会受到影响的问题。本发明专利技术的第一爪头和第二爪头相对布置，且第一爪头和第二爪头的下部通过铰链实现单轴连接，第一爪头和第二爪头的上部形成椭圆形空腔，第一爪头和第二爪头的中部以铰链为顶点，形成“V”字形空腔，主臂杆的一端与第一爪头之间通过螺栓连接，操作臂杆通过螺栓与第二爪头连接，自锁组件安装在操作臂杆与第二爪头的连接处，实现对第二爪头的摩擦自锁。本发明专利技术用于辅助航天员出舱。本发明专利技术用于辅助航天员出舱。本发明专利技术用于辅助航天员出舱。

【技术实现步骤摘要】
用于辅助航天员出舱作业机械臂且适配空间站扶手的夹爪


[0001]本专利技术涉及一种夹爪，具体涉及一种用于辅助航天员出舱作业机械臂且适配中国空间站扶手的夹爪，属于航空航天


技术介绍

[0002]空间站又称太空站、航天站。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。空间站分为单模块空间站和多模块空间站两种。单模块空间站可由航天运载器一次发射入轨，多模块空间站则由航天运载器分批将各模块送入轨道，在太空中将各模块组装而成。在空间站中要有人能够生活的一切设施，空间站不具备返回地球的能力。
[0003]在中国空间站主体舱段建设完成过程中，需要大量航天员出舱工作完成复杂载荷的安装、维护和维修任务。当前航天员出舱主要有两种方式：
[0004]一种是站在空间站舱外机械臂末端操作平台上进行单手或双手操作；
[0005]另一种是航天员一只手抓握空间站舱外扶手进行身体固定，用另外一只手完成载荷操作。然而由于空间站机械臂的可达空间和位姿的局限性，航天员单手操作的灵活性等限制。在可达空间之外，航天员仍需要出舱到达指定位置开展工作，比如：例行维修检查等，这时它们除了柔性的安全绳固定在舱外扶手上保证安全外，还必须使用一只手抓紧扶手，仅仅依靠另一只手进行工作。航天员出舱工作的操作对象和执行效率均会受到了一定影响。单手操作极不灵活，不仅航天员练习难度大，在实际舱外作业中也会使作业时间变长。辅助出舱机械臂可以解放航天员双手，像在地面上一样灵活操作工具。
[0006]综上所述，现有空间站的机械臂受可达空间和位姿的局限性，导致航天员单手操作存在灵活性、以及航天员出舱工作的操作对象和执行效率均会受到影响的问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是为了解决现有空间站的机械臂受可达空间和位姿的局限性，导致航天员单手操作存在灵活性、以及航天员出舱工作的操作对象和执行效率均会受到影响的问题。进而提供用于辅助航天员出舱作业机械臂且适配空间站扶手的夹爪。
[0008]本专利技术的技术方案是：用于辅助航天员出舱作业机械臂且适配空间站扶手的夹爪包括第一爪头、第二爪头、主臂杆、操作臂杆、自锁组件和铰链，第一爪头和第二爪头相对布置，且第一爪头和第二爪头的下部通过铰链实现单轴连接，第一爪头和第二爪头的上部形成椭圆形空腔，第一爪头和第二爪头的中部以铰链为顶点，形成“V”字形空腔，主臂杆的一端与第一爪头之间通过螺栓连接，操作臂杆通过螺栓与第二爪头连接，自锁组件安装在操作臂杆与第二爪头的连接处，实现对第二爪头的摩擦自锁。
[0009]进一步地，操作臂杆上设有多个凹纹。
[0010]进一步地，操作臂杆包括竖直段和倾斜段，竖直段与主臂杆平行布置，竖直段的上部与第二爪头连接，竖直段的下部与倾斜段连接。
[0011]进一步地，操作臂杆的倾斜段与主臂杆之间形成锐角夹角。
[0012]进一步地，所述锐角夹角为30
°‑
40
°
。
[0013]进一步地，自锁组件包括连接弧板、安装座和自锁档杆，连接弧板安装在第二爪头上，且连接弧板沿其圆周方向开设有凹槽，安装座安装在操作臂杆的竖直段上，自锁档杆转动安装在安装座上，且当第一爪头和第二爪头闭合时，转动自锁档杆使其上部抵设在连接弧板外表面的凹槽内以实现自锁。
[0014]进一步地，自锁档杆为钝角档杆。
[0015]进一步地，自锁档杆与安装座之间通过销轴和扭簧连接。
[0016]进一步地，铰链包括转轴、多个合页和多个扭簧，转轴穿设在第一爪头和第二爪头下部交错凸起的柱状段内，多个合页通过多个扭簧套装在转轴上，多个合页分别安装在第一爪头和第二爪头的中部内侧端面上。
[0017]更进一步地，它还包括柔性防滑片，柔性防滑片安装在椭圆形空腔内。
[0018]本专利技术与现有技术相比具有以下效果：
[0019]1、本专利技术在太空环境下能够提供100N
·
M的支持力矩；在太空中，100N
·
M能够有效支持航天员保持自身位姿不变(数据来源于宇航局来访时的一次对话)。本专利技术的夹爪还支持航天员手动开合，夹紧力矩由爪头之间的扭簧提供(力矩比较大，直接驱动很费力)，而操作臂杆设计为杠杆的形式，可以使航天员轻松实现单手开合。；带有自锁功能：在夹爪闭合时，将自锁挡杆旋转至抵住连接弧板外表面，此时，夹爪如果想要张开则会对自锁档杆施加力，该力位于接触表面垂面的
±5°
中，由于摩擦角自锁原理，其实现自锁不能打开。当需要使夹爪张开使，则按压挡杆另一侧即可解除自锁。；结构简单，功能可靠，体积仅有278470.837立方毫米，该机械臂被设计为在闲置时可收叠至航天员腰部，体积小方便携带，也方便操作夹持使很好的握紧发力。
[0020]2、本专利技术空间站舱外扶手的基本形状如图5所示，航天员手掌抓持处为类椭圆形。夹爪爪头出采用与舱外扶手相同形状，形状定位非常可靠。
[0021]3、本专利技术由于采用了共轴的方式设计夹爪，使得其夹爪尺寸较小，其承载力矩和传动的转轴尺寸很小，也就意味着该轴强度会受尺寸限制。因而本专利技术将小尺寸的轴换成了集成度更高的三段铰链(由合页和扭簧组成)，能够在小尺寸下也拥有较高的强度，装配也更加方便。
[0022]4、航天员穿宇航服时操作各种仪器都很困难，手掌仅能握住不太大的东西，而夹爪的操作手柄小，所需施加力矩也小，非常适合宇航员单手操作(一只手抓舱外扶手，另一只手操作夹爪完成夹持)。
附图说明
[0023]图1是本专利技术的整体结构示意图；图2是本专利技术的主视图；图3是图2的侧视图；图4是图2的俯视图；图5是空间站舱外扶手的基本形状示意图；图6是本专利技术的上部实体示意图。
具体实施方式
[0024]具体实施方式一：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式的用于辅助航天员
出舱作业机械臂且适配空间站扶手的夹爪包括第一爪头1、第二爪头2、主臂杆3、操作臂杆4、自锁组件5和铰链6，第一爪头1和第二爪头2相对布置，且第一爪头1和第二爪头2的下部通过铰链6实现单轴连接，第一爪头1和第二爪头2的上部形成椭圆形空腔7，第一爪头1和第二爪头2的中部以铰链6为顶点，形成“V”字形空腔8，主臂杆3的一端与第一爪头1之间通过螺栓连接，操作臂杆4通过螺栓与第二爪头2连接，自锁组件5安装在操作臂杆4与第二爪头2的连接处，实现对第二爪头2的摩擦自锁。
[0025]本实施方式中采用的是摩擦角自锁的方式实现自锁。
[0026]本实施方式中自锁组件5的原理类似自锁式剥线钳。
[0027]本实施方式的主臂杆3的底部设置有专用连接槽孔，可搭配专用连接器实现与下一关节的可靠性连接。
[0028]本实施方式的夹爪的夹持形状采用中国空间站舱外扶手相同，可以实现形状定位，夹持强力有效；结构简单，完全由机械结构组成，在太空环境中仍然具有极高的可靠性；扭簧位于主轴上，而操作臂杆更长，自锁力矩大且航天员操作所需力矩小；操作臂杆本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于辅助航天员出舱作业机械臂且适配空间站扶手的夹爪，其特征在于：它包括第一爪头(1)、第二爪头(2)、主臂杆(3)、操作臂杆(4)、自锁组件(5)和铰链(6)，第一爪头(1)和第二爪头(2)相对布置，且第一爪头(1)和第二爪头(2)的下部通过铰链(6)实现单轴连接，第一爪头(1)和第二爪头(2)的上部形成椭圆形空腔(7)，第一爪头(1)和第二爪头(2)的中部以铰链(6)为顶点，形成“V”字形空腔(8)，主臂杆(3)的一端与第一爪头(1)之间通过螺栓连接，操作臂杆(4)通过螺栓与第二爪头(2)连接，自锁组件(5)安装在操作臂杆(4)与第二爪头(2)的连接处，实现对第二爪头(2)的摩擦自锁。2.根据权利要求1所述的用于辅助航天员出舱作业机械臂且适配空间站扶手的夹爪，其特征在于：操作臂杆(4)上设有多个凹纹(9)。3.根据权利要求2所述的用于辅助航天员出舱作业机械臂且适配空间站扶手的夹爪，其特征在于：操作臂杆(4)包括竖直段(4
‑
1)和倾斜段(4
‑
2)，竖直段(4
‑
1)与主臂杆(3)平行布置，竖直段(4
‑
1)的上部与第二爪头(2)连接，竖直段(4
‑
1)的下部与倾斜段(4
‑
2)连接。4.根据权利要求3所述的用于辅助航天员出舱作业机械臂且适配空间站扶手的夹爪，其特征在于：操作臂杆(4)的倾斜段(4
‑
2)与主臂杆(3)之间形成锐角夹角。5.根据权利要求4所述的用于辅助航天员出舱作业机械臂且适配空间站扶手的夹爪，其特征在于：所述锐角夹角为30
°‑
40
°
。6.根据权利要求5所述的用于辅助航天员出舱作业机械臂且适配空间站扶手的夹爪，其特征在于：自锁组件(5)包括连接弧板(5
‑
1)、安装座(5
‑
2...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭闯强，王世龙，黄书华，巩克宁，邱思阳，李雪皑，谢宗武，孙奎，刘业超，夏进军，曹宝石，刘阳，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：