一种带视觉传感器的空间机械臂末端执行器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种带视觉传感器的空间机械臂末端执行器，特别涉及一种空间机械臂少自由度小型轻量化三指带视觉传感器的末端执行机构。
【背景技术】
[0002]随着航天事业的发展，尤其是在轨服务、空间攻防、深空探测等一系列计划的实施，复杂化功能强大的空间机械臂的研究和探索成为了空间研究的新方向。其中，末端执行器是空间机械臂的一个重要组成部分，末端执行器的操作水准直接关系到空间机械臂执行复杂任务的能力。
[0003]末端执行器是直接执行工作的装置，它对扩大空间机械臂的作业功能、应用范围和提高工作效率都有很大的影响。抓取不同特征的物体及其不同操作参数的要求，都影响到末端执行器的要素，即结构、抓取方式、抓取力的大小和驱动装置。
[0004]国内外当前的空间机械臂末端执行器大致可分为三种类型:多指手型末端执行器，柔性末端执行器，功能型末端执行器。
[0005]以上三种末端执行器以第一种多指手型末端执行器使用最多也最广泛。多指手型末端执行器一般采用连杆机构传递动力，抓取范围较小。柔性末端执行器可抓捕范围大，一般都难以反复使用，柔性机构会拉低总体基频，且控制难度大，动力学建模复杂。在微重力环境下可能出现持续震荡且在地面不宜验证。而功能型末端执行器则是根据特殊的任务要求设计的末端执行器，只针对单一的目标物以及目标任务，一般只在特殊功能场合使用。
[0006]本发明提出的是一种带视觉传感器的多指手末端执行器的创新设计方案。多指手末端执行器一般包络范围小，结构复杂，需要多电机控制，质量大。但为了减小空间机械臂动作对卫星本体的影响，空间机械臂的质量和体积一般要求小。尤其针对小型的空间机械臂，一种小型、轻量化的末端执行器设计尤为需要。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种少自由度、小型、轻量化、带视觉传感器的空间机械臂末端执行器，可抓取对称结构目标物，如球体等。
[0008]本发明的末端执行器主要由电机安装板、手指驱动板、手指安装板、微型滑动丝杠、导向轴、伺服电机组合、行星齿轮组、手指连杆机构、上壳体、下壳体、手眼相机、绝对位置传感器、控制器和连接法兰构成。
[0009]所述末端执行器的特点有:
[0010](I)结构简单，与人手类似大小，体积小，质量轻。
[0011](2)利用摇臂机构实现大包络空间。
[0012](3)通过单自由度驱动的设计避免了由于控制精度导致的不同步问题。通过控制转轴的公差间隙避免了由于丝杆机构的间隙导致的不同步问题。通过单丝杠传动，刚性连接至丝杆机构避免了由于丝杠间隙导致的不同步问题。
[0013](4)通过并联传动布置，即驱动电机通过直齿轮传动偏置于丝杠，并与丝杠同侧布置，可以极大的减小末端执行器的轴向长度，对降低重量、提高机械臂系统的刚度和运动灵活性都很有好处。
[0014](5)利用滑动丝杠的自锁能力实现手爪的闭合状态保持，省去了复杂的姿态保持机构。
[0015](6)伺服电机的前端集成有行星齿轮减速箱，避免了电机输出轴承受径向力能力较差的缺陷，提高了电机抵抗复杂力学环境的能力。
[0016](7)鱼刺状的防逃逸结构增加了抓捕的可靠性，防止目标物从手指间飞出。
【附图说明】
[0017]现在将结合附图对本发明进行描述，其中:
[0018]附图1为末端执行器结构图；
[0019]附图2为电机安装板上各元件的安装位置示意图；
[0020]附图3为末端手指的防逃逸结构示意图；
[0021]附图4为末端执行器手指的设计原理图；
[0022]附图5为空间机械臂末端执行器的不同目标抓取示意图。
【具体实施方式】
[0023]本发明的带视觉传感器的空间机械臂末端执行器主要由以下部件组成:电机安装板16、手指驱动板8、手指安装板5、微型滑动丝杠19、导向轴17、伺服电机组合(即无刷伺服电机和行星齿轮减速箱组合)、行星齿轮组12、三套手指连杆机构、上壳体1、下壳体2、视觉传感器手眼相机、绝对位置传感器10、控制器15和连接法兰14。连接法兰14为末端执行器的固定端，与机械臂关节的输出端连接。控制器15底端与连接法兰14连接，其顶端与下壳体2连接，下壳体2上方固定有电机安装板16。伺服电机20、滑动丝杠19同侧倒装于电机安装板16上，并通过行星齿轮12啮合连接。手指安装板5通过三根导向轴17与电机安装板16连接，三根导向轴穿过手指驱动板8，从而该手指驱动板8由导向轴17导向。三套手指连杆机构通过转轴铰接在同一个手指驱动板和手指安装板上，三套手指相隔120°布置，如图3所示。这样当手指驱动板上下运动时，手指即发生相应的摆动。
[0024]其中，手指的个数可根据实际情况进行选择，例如4个或5个。
[0025]工作过程中，伺服驱动器根据控制器的控制指令给伺服电机20发送位置指令信号，驱动电机正反向旋转，电机输出的旋转运动经配套行星齿轮减速器18减速后通过顶丝带动行星齿轮组12的小齿轮旋转，行星齿轮组12的小齿轮与大齿轮啮合传动，大齿轮通过顶丝与滑动丝杠直接连接，通过滑动丝杠副带动丝杠螺母上下运动，丝杠螺母通过螺栓与驱动板固定连接，带动驱动板上下运动，从而改变了驱动板与手指安装板的间距，使由手指安装板、驱动板，三个手指和三个手指连杆构成的三个四杆机构同时摇摆运动，实现三个手指的打开与合拢动作。
[0026]本发明利用单套丝杠螺母传动一个手指驱动平台实现对三个机械手指的同步传动，提高了机构同步性。通过并联传动布置，如图2所示，即驱动电机通过直齿轮传动偏置于丝杠(附图2中位置A所示)，并与丝杠同侧布置，可以极大的减小末端执行器的轴向长度，对降低重量、提高机械臂系统的刚度和运动灵活性都很有好处。绝对位置传感器固定安装在电机安装板和手指安装板之间，通过检测手指驱动板的位置判断末端执行器手指机构