[发明专利]全柔性气动机械臂结构

说明书

技术领域

本发明属于空间在轨服务柔性机械臂技术领域，主要应用于空间碎片清理操作、空间加注系统等。

背景技术

现有的空间用机械臂大多为刚性机械臂。这些机器人机构是由多个活动关节通过刚性连接组合起来，同时均采用刚性结构、电机、齿轮、减速器等传动机构作为驱动器，从而使各机构部件产生动作，而现有的机器人机构通常机构复杂、质量/体积大，笨重，控制复杂，耗能多、价格昂贵。而且，只能通过机械臂末端的作动器实现操作，机械臂本身不能操作物体。因此，为完成不同操作对象的抓捕，机械臂的末端执行机构必须要设计不同的接口。刚性机械臂捕获主要针对合作目标的在轨捕获任务，这些抓捕的合作目标在抓捕过程中处于理想的动力学状态，并且具有配合抓捕的机械接口，捕获后的姿态控制问题复杂，刚性机械臂捕获具有很大的局限性。

而软机械臂由灵活的易弯曲部件组成，可以改变自身的形状，可以在杂乱的结构中运动，实现大容差柔性捕获。软气动机械臂采用灵活的超弹性材料，轻质，断裂强度高，快速响应，超大变形。然而，现有的软气动机械臂都不同程度地采用了刚性的支架和关节等，并非真正意义上的全柔性机械臂。目前，还没有在太空中使用的全柔性气动机械臂。

发明内容

本发明针对空间中刚性机械臂的不足，基于仿生概念，采用超弹性材料结合特殊的结构设计以及气动技术，提出了一种全柔性气动机械臂，用于空 间碎片清理机构和空间加注系统。

为克服传统刚性机械臂的不足，实现全柔性气动机械臂的设计目的，本发明采用了如下的技术方案：

本发明的全柔性气动抓捕触手结构，呈纵长的圆锥形结构，包括全柔性机械臂主体、位于全柔性机械臂主体的圆锥形中心的机械臂中心体、均匀围绕机械臂中心体轴对称分布的气道，气道从直径大的一端向直径小的一端延伸并距离端面一定距离以保持住气道内的气体，机械臂外表面设置一层纤维增强复合材料，其中，气道也呈纵长的圆锥形结构，柔性机械臂主体为超弹性材料，气动压力下产生200％以上的变形，机械臂中心体的硬度大于柔性机械臂主体。

其中，机械臂中心体同样采用纵长圆锥形构型。

其中，机械臂中心体的材质为聚二甲基硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、聚碳酸酯聚氨酯、环氧树脂、纳米碳纤维/聚二甲基硅氧烷复合材料等。

进一步地，纤维增强层粘附在机械臂外表面上。

进一步地，气道的截面形状为狭长的变截面圆弧型。

进一步地，机械臂主体的材质为甲基硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶、甲基乙烯基苯基硅橡胶、睛硅橡胶等。

进一步地，气道数量为3-9个。

其中，纤维增强层采用强度较大的超弹性材料，纳米碳纤维/甲基硅橡胶或者纳米碳纤维/甲基乙烯基苯基硅橡胶等。

进一步地，纤维增强层的厚度为0.05cm-0.1cm。

其中，机械中心体与柔性机械臂主体均是由溶液固化而成，因此两者完全融为一体。

与现有的半柔性气动机械臂结构相比，本发明的全柔性气动机械臂结构仿章鱼的触手，将气道与机械臂本身融为一体，使得整个机械臂的结构设计、加工制造以及组装大大简化，甚至可以采用3D打印技术一次成型。并且能 够适用于抓捕复杂形状的物体。质量轻(50cm长的全柔性机械臂，其重量不超过300g)，加工制造工艺简化，机械臂研制成本低。由于全柔性机械臂的重量很轻，将大大降低发射成本。

附图说明

图1为本发明的一实施方式的全柔性气动机械臂结构沿轴向的端面示意图。

图2为本发明的一实施方式的全柔性气动机械臂结构的侧面图。

其中，1为纤维增强层、2为机械臂主体、3为机械臂中心体、4为气道。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的全柔性气动机械臂结构进行进一步说明，该说明仅仅是示例性的，并不旨在限制本发明的保护范围。