[发明专利]一种实现空间机械臂自爬行与载荷操作的末端执行器

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械臂用末端执行器，具体涉及一种可实现空间机械臂自爬行与载荷操作的末端执行器，属于机器人技术领域。

背景技术

空间机械臂安装于空间平台，即可用于空间站的建设、在轨维护和日常管理等工作，又能用于载荷的捕获、搬运、更换和维修等操作，也可进行在轨卫星服务，还能实施空间大型设备的在轨装配建设如能进行空间观测设备的大型反射天线的装配等。现有空间站机械臂一般安装在固定的基座上，其可操作的空间有限。在维持机械臂结构不变的情况下，扩展机械臂可操作空间就成为了空间站机械臂的发展重要方向。传统方法是为机械臂提供可移动的基座，通过机械臂安装基座的移动实现机械臂操作空间的扩展，而这种基座移动的方式不仅实现复杂、成本高，而且基座的移动受空间站布置限制。而采用空间站机械臂爬行末端执行器可避免这些不足。末端执行器是直接用于固定空间机械臂和作用于指定载荷的机械系统，它的好坏直接影响空间机械臂爬行和载荷抓握的成败。目前，国内有关空间机械臂爬行末端执行器的研究尚属空白，国外的空间机械臂爬行方案主要有国际空间站的加拿大臂SSRMS、欧空局机械臂ERA、日本大型空间射电望远镜反射器的装配机械臂；其中欧洲臂与日本大型反射器装配机械臂两者末端执行器的捕获与锁紧功能集成于捕获机构导致捕获容差小等的缺点，而国际空间站的加拿大臂SSRMS末端执行器LEE由于捕获机构的特征导致无法实现机械动力输出的不足。

发明内容

本发明的目的是为解决现有的欧洲机械臂和装配机械臂的末端执行器捕获与锁紧功能集成于捕获机构导致捕获容差小，以及空间站遥操作机械臂的末端执行器由于捕获机构的特征导致无法实现机械动力输出不足的问题，进而提供一种实现空间机械臂自爬行与载荷操作的末端执行器。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明的一种实现空间机械臂自爬行与载荷操作的末端执行器包括支撑与保护装置、啮合对接装置、捕获锁紧动力驱动装置、捕获锁紧装置和动力输出驱动装置；

所述支撑与保护装置包括盖板、支撑壳体、隔板和底板；所述支撑壳体为圆筒状壳体，盖板连接在支撑壳体的上端，底板安装在支撑外壳的下端，位于盖板和底板之间的支撑壳体的内壁面上连接有隔板；

所述啮合对接装置包括三个定位柱、三个电连接器、三个耦合齿条和三个触点开关，三个耦合齿条沿支撑壳体的周向均布安装在盖板上，盖板的上端面上沿支撑壳体的周向均布设置有三个定位柱、三个电连接器和三个触点开关；

所述捕获锁紧动力输入装置、捕获锁紧装置和动力输出驱动装置均设置在支撑壳体内；

所述捕获锁紧动力输入驱动装置包括输入传动机构、第六直齿轮和丝杠，所述丝杠为空心丝杠，丝杠沿支撑壳体轴线设置，且丝杠的上端与盖板转动连接，丝杠的下端与隔板转动连接，输入传动机构安装在隔板上，且输入传动机构的输出端位于隔板与底板之间，第六直齿轮固定安装在丝杠的下端，输入传动机构的输出端与第六直齿轮传动连接；

所述捕获锁紧装置包括圆盘和三组捕获锁紧手指，每组捕获锁紧手指包括捕获爪、联动轴、导向柱、两个锁紧爪、两个锁紧轮、两个连杆和两个弹簧，圆盘的外圆周壁上均布设置有三组捕获锁紧手指，捕获爪包括L形爪段和连接段，L形爪段的长边与连接段连接且二者一体制成，形爪段和连接段上开设有连通的导向孔，连接段与圆盘转动连接，L形爪段的短边穿出盖板，L形爪段的短边的端面上设置有导向槽，导向柱水平穿过导向孔，且导向柱能在导向孔内滑动，导向柱的两端与支撑壳体连接，每个捕获爪的两侧各设置有一个锁紧爪，锁紧爪为L形锁紧爪，锁紧爪的短边伸出支撑壳体外并指向L形爪段的短边，每个锁紧爪的长边与相应的导向柱转动连接，每个锁紧爪的短边上安装有锁紧轮，每个锁紧爪的长边的下端与一个连杆通过铰链转动连接，每个捕获爪相对应的两个连杆通过联动轴连接，每个锁紧爪的长边的下端与盖板之间连接有一个弹簧，L形爪段的长边上设置有一个卡槽，卡槽用于卡合压紧联动轴；

所述动力输出驱动装置包括输出传动机构、第七直齿轮、输出传动轴、预紧弹簧和动力传动件，输出传动机构与输入传动机构分别设置在丝杠的两侧，输出传动机构固定安装在隔板上，且输出传动机构的输出端位于隔板和底板之间，输出传动机构的输出端与第七直齿轮传动连接，输出传动轴通过轴承安装在丝杠内，第七直齿轮固定安装在输出传动轴的下端，输出传动轴的上部沿输出传动轴的轴向安装有预紧弹簧，动力传动件插装在输出传动轴的上端，动力传动件的下端顶靠在预紧弹簧上。