一种具有触摸反馈的运动目标卷捕机构及操控方法技术

本发明专利技术属于空间非合作目标抓捕技术领域，具体涉及一种具有触摸反馈的运动目标卷捕机构及操控方法。本发明专利技术针对非合作运动目标抓捕的难度及挑战，基于仿生学理论，受章鱼形态启发，提出一种由旋转底座、掌盘、安装在旋转底座上的机械卷捕触手构成的仿章鱼卷捕机构，可实现对参数不确定、几何外形复杂多样的运动目标的自适应抓捕。的自适应抓捕。的自适应抓捕。

【技术实现步骤摘要】
一种具有触摸反馈的运动目标卷捕机构及操控方法


[0001]本专利技术属于空间非合作目标抓捕
，具体涉及一种具有触摸反馈的运动目标卷捕机构及操控方法。

技术介绍

[0002]运动目标在工业生产、深海作业以及空间操作中有着重要的研究价值和广泛的应用前景。这里运动目标特指是合作或者非合作的目标，其速度、角度、转动惯量的获取具有误差甚至未知，不确定的运动目标对系统产生了巨大威胁，尤其是空间运动目标通过引发级联碰撞灾难从而威胁到运行中的航天器及卫星。运动目标一般并不是静止不动的，特别是空间运动目标，由于空间摩擦力极小，可以长期保持自由翻滚运动。此时，需要专门的测量装置，加大捕获运动目标的可能性。此外，通常这类目标并不具有专门的适于抓捕机构的接口，这进一步增加了运动目标抓捕的难度。

技术实现思路

[0003]针对现有技术存在的不足，本专利技术提供一种具有触摸反馈的运动目标卷捕机构及操控方法。为了获取运动目标的旋转方向和速度，本专利技术提出接触反馈机构通过触摸形变获取该信息，在此基础上卷捕机构通过调整整体转向和基底转速，进而和目标达到可抓取的相对运动范围，从而减小抓捕冲击对卷捕机构的影响。
[0004]本专利技术提供的具有触摸反馈的运动目标卷捕机构，包括底座、可相对底座旋转的掌盘、圆周阵列地布置与掌盘上的一组卷臂；每一卷臂具有可抱紧特性，且卷臂末端具有受力感应特性；卷臂收拢时，在掌盘与卷臂之间形成容纳运动目标的捕获空间。
[0005]进一步地，上述具有触摸反馈的运动目标卷捕机构中，每一卷臂具有固定在掌盘上的基座、可摆动地连接在基座上的关节组、设置在关节组末端的受力传感器、固定在基座上的若干控制电机；关节组中具有依次连接的若干关节，其中紧邻的两个关节之间转动连接，每一关节的转动轴线上都设置有若干从动滚轮；每一卷臂中，控制电机的数量与关节的数量一致，且每一控制电机的输出端都设有主动滚轮；在主动滚轮和从动滚轮之间绕设有绕绳使主动滚轮与从动滚轮形成联动关系。
[0006]进一步地，上述具有触摸反馈的运动目标卷捕机构中，每台电机对应控制一股绕绳，每一从动滚轮均可绕其对应的旋转轴线自由转动；在最远端的关节上设置有锚定位，每一股绕绳从锚定位引出，依次绕过每一关节对应的一个从动滚轮，然后绕过主动滚轮，然后再依次绕过每一关节对应的另一从动滚轮回到锚定位固定；相邻关节的转轴之间形成间隔，每股绕绳两次经过同一间隔时，满足交叉与非交叉两种状态的其中之一；通过调整每股绕绳在每一间隔的交叉与非交叉状态，使绕绳系统可解偶。
[0007]进一步地，上述具有触摸反馈的运动目标卷捕机构中，基座上设有三台控制电机，每台电机对应一股绕绳，分别记为第一绕绳、第二绕绳、第三绕绳；每一关节组中具有三个关节，每一关节的转动轴线上对应设有六个从动滚轮，三个关节的转轴之间形成两个间隔，
分别记为间隔A、间隔B；第一绕绳在间隔A内：不交叉；第一绕绳在间隔B内：不交叉；第二绕绳在间隔A内：交叉；第二绕绳在间隔B内：不交叉；第三绕绳在间隔A内：不交叉；第三绕绳在间隔B内：交叉。
[0008]进一步地，上述具有触摸反馈的运动目标卷捕机构中，每一关节组中，相邻关节各自所依的旋转轴线彼此偏转，偏转角度在10
°
~20
°
范围内。
[0009]进一步地，上述具有触摸反馈的运动目标卷捕机构中，受力传感器表面为柔性材质，受力传感器将受力时产生的形变量转换为电信号，确定受力的大小。
[0010]进一步地，上述具有触摸反馈的运动目标卷捕机构中，掌盘上圆周阵列地布置有四个卷臂。
[0011]进一步地，上述具有触摸反馈的运动目标卷捕机构中，在关节的旋转轴线位置还设置有侧向伸出的辅助臂，辅助臂呈弧形，且朝向掌盘中央弯曲。
[0012]在上述具有触摸反馈的运动目标卷捕机构的基础上，本专利技术还提出一种操控方法，向目标方向闭合卷臂，第i(i ∈ [1, N])个卷臂接触到目标时，其他卷臂j(j ≠i ∈ [1, N])以第i个卷臂为中心，向其抓触；当任一卷臂j(j ≠ i ∈ [1, N])的受力传感器受到的压力pj ≥ max ，停止抓触；其中N为卷臂的数量。
[0013]上述操控方法中，通过检验第i个卷臂的受力传感器受到的压力是否满足pi ≥ min，判定第i个卷臂是否接触到目标。
[0014]有益效果卷臂末端安装了接触反馈传感器，反馈传感器是一段柔性硅胶材料，内部包含着一个形变传感器，可以将形变量转换为电信号，获得受力数据。单个卷臂利用多个电机控制，电机通过绕线连接每个关节上的滑轮，通过解耦矩阵，将力矩传递到每个关节上，实现关节的自用解耦控制。此外，每个机械触手上的不同关节之间依次轴向旋转15度安装，机械触手收紧时，有助于包裹住目标，提高抓捕成功率。进一步，通过安装辅助臂，防止目标从触手之间滑走。
附图说明
[0015]图1至3为卷捕机构的结构示意图。
[0016]图4和图5为卷臂的结构示意图。
具体实施方式
[0017]受章鱼爪启发，提出一种具有触摸反馈的运动目标卷捕机构及操控方法。
[0018]如图1至3所示，该具有触摸反馈的运动目标卷捕机构包括底座1、可相对底座1旋转的掌盘2、圆周阵列地布置与掌盘2上的一组卷臂3；每一卷臂3具有可抱紧特性，且卷臂3末端具有受力感应特性；卷臂3收拢时，在掌盘2与卷臂3之间形成容纳运动目标的捕获空间。
[0019]如图4所示，每一卷臂3具有固定在掌盘2上的基座31、可摆动地连接在基座31上的关节组32、设置在关节组32末端的受力传感器33、固定在基座31上的若干控制电机34；关节组32中具有依次连接的若干关节32，其中紧邻的两个关节32之间转动连接，每一关节32的转动轴线上都设置有若干从动滚轮321；每一卷臂3中，控制电机34的数量与关节32的数量一致，且每一控制电机34的输出端都设有主动滚轮341；在主动滚轮341和从动滚轮321之间绕设有绕绳35使主动滚轮341与从动滚轮321形成联动关系。
[0020]绕绳体系的布置方式如图5所示，具体如图5所示，每台电机34对应控制一股绕绳35，每一从动滚轮321均可绕其对应的旋转轴线自由转动；在最远端的关节32上设置有锚定位322，每一股绕绳35从锚定位322引出，依次绕过每一关节对应的一个从动滚轮321，然后绕过主动滚轮341，然后再依次绕过每一关节对应的另一从动滚轮321回到锚定位322固定；相邻关节32的转轴之间形成间隔，每股绕绳35两次经过同一间隔时，满足交叉与非交叉两种状态的其中之一；通过调整每股绕绳35在每一间隔的交叉与非交叉状态，使绕绳系统可解偶。
[0021]以下以三个关节32的结构为例介绍一种可解偶的绕绳体系，本领域技术人员应理解，其他可解耦的绕绳体系同样也是可行的方案。如图5所示，基座31上设有三台控制电机34，每台电机34对应一股绕绳35，分别记为第一绕绳、第二绕绳、第三绕绳；每一关节组32中具有三个关节32，每一关节32的转动轴线上对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有触摸反馈的运动目标卷捕机构，其特征在于：包括底座（1）、可相对所述底座（1）旋转的掌盘（2）、圆周阵列地布置与所述掌盘（2）上的一组卷臂（3）；每一卷臂（3）具有可抱紧特性，且卷臂（3）末端具有受力感应特性；所述卷臂（3）收拢时，在掌盘（2）与卷臂（3）之间形成容纳运动目标的捕获空间。2.根据权利要求1所述的具有触摸反馈的运动目标卷捕机构，其特征在于：每一卷臂（3）具有固定在所述掌盘（2）上的基座（31）、可摆动地连接在所述基座（31）上的关节组（32）、设置在所述关节组（32）末端的受力传感器（33）、固定在所述基座（31）上的若干控制电机（34）；所述关节组（32）中具有依次连接的若干关节（32），其中紧邻的两个关节（32）之间转动连接，每一关节（32）的转动轴线上都设置有若干从动滚轮（321）；每一卷臂（3）中，所述控制电机（34）的数量与所述关节（32）的数量一致，且每一控制电机（34）的输出端都设有主动滚轮（341）；在所述主动滚轮（341）和从动滚轮（321）之间绕设有绕绳（35）使主动滚轮（341）与从动滚轮（321）形成联动关系。3.根据权利要求2所述的具有触摸反馈的运动目标卷捕机构，其特征在于：每台电机（34）对应控制一股绕绳（35），每一从动滚轮（321）均可绕其对应的旋转轴线自由转动；在最远端的关节（32）上设置有锚定位（322），每一股绕绳（35）从锚定位（322）引出，依次绕过每一关节对应的一个从动滚轮（321），然后绕过所述主动滚轮（341），然后再依次绕过每一关节对应的另一从动滚轮（321）回到所述锚定位（322）固定；相邻关节（32）的转轴之间形成间隔，每股绕绳（35）两次经过同一间隔时，满足交叉与非交叉两种状态的其中之一；通过调整每股绕绳（35）在每一间隔的交叉与非交叉状态，使绕绳系统可解偶。4.根据权利要求3所述的具有触摸反馈的运动目标卷捕机构，其特征在于：所述基座（31）上设有三台控制电机（34），每台电机（34...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁建平，成磊，陈建林，贺亮，于洋，赵磊，全李彬，
申请(专利权)人：苏州三垣航天科技有限公司，
类型：发明
国别省市：