一种面向空间管状结构的剪切工具的制作方法

本发明涉及空间专用工具技术领域，具体涉及一种面向空间管状结构的剪切工具，该工具可实现对空间管状结构或材料，例如碳纤维管的抓捕及剪切。

背景技术：

空间在轨维护、废弃部件更换等任务中，往往需要对其中的连接架进行破坏和拆除，例如在更换太阳电池阵的任务中，首先需要拆除太阳电池阵与空间站舱体之间三角架；目前的三角架多为碳纤维材质，密度小、刚性大，需要较强的破坏力才能拆除，因此有必要设计一种大力剪刀，以满足此类任务的需要。

技术实现要素：

本发明所要解决的是空间管状结构拆除过程中，所需破坏力较大，需要专用大力剪刀完成分离任务的问题，本发明提出了一种面向空间管状结构的剪切工具。所述管状结构可以为方管或圆管。

本发明提供的一种面向空间管状结构的剪切工具，主要由捕获机构与剪切机构组成；其中，

所述捕获机构由捕获电机、蜗轮蜗杆减速器、一级齿轮、二级齿轮、轴承座、一级锥齿轮、二级锥齿轮、锥齿轮轴、手爪组件、管材座、缓冲弹簧、弹簧轴和盖板组成；其中，所述捕获电机的输出端连接所述蜗轮蜗杆减速器，所述蜗轮蜗杆减速器的输出端连接所述一级齿轮，所述一级齿轮与所述二级齿轮啮合传动，所述轴承座分别通过轴承支撑所述一级齿轮和所述二级齿轮，所述二级锥齿轮为两个，并相对设置在所述以及锥齿轮的两侧，所述一级锥齿轮同时与这一对二级锥齿轮啮合传动，所述锥齿轮轴穿过并设置在所述二级锥齿轮的轴心；所述手爪组件为两组，每个所述二级锥齿轮带动一个所述手爪组件动作；每个所述手爪组件为一组四连杆机构，由与所述二级锥齿轮同轴固定连接的驱动杆以及捕获爪、一号跟随杆、二号跟随杆、限位挡块组成，所述驱动杆与所述捕获爪枢轴连接，所述捕获爪与所述一号跟随杆和二号跟随杆枢轴连接，所述限位挡块相应于所述跟随杆设置，设置两个限位挡块分别用于限定所述一号跟随杆和二号跟随杆的转动角度；所述缓冲弹簧设置在所述管材座之下，所述缓冲弹簧的下端套在所诉弹簧轴上，所述盖板设置在所述弹簧轴下，并且所述管材座设置在所述手抓组件所包围的区域内；

所述剪切机构由剪切电机、谐波减速器、转盘、转盘输出轴、刀具组件和导轨支座组成；其中，所述剪切电机的输出端连接所述谐波减速器，所述谐波减速器的输出端连接所述转盘的轴，所述转盘输出轴有两个，每个转盘输出轴偏心设置在所述转盘上，并且两个转盘输出轴相对于所述转盘对称；所述刀具组件由所述转盘输出轴带动进行移动；所述刀具组件共有两套，每套刀具组件由导轨、滑块、刀具移动板、移动板轴承和刀具组成，所述导轨设置在所述导轨支座上，所述滑块套在所述导轨上并能够相对所述导轨滑动，所述刀具移动板与所述滑块固定连接，所述移动板轴承与所述转盘输出轴同轴固定连接，所述刀具固定设置在所述刀具移动板上；每个所述刀具移动板上均设有凸轮槽，所述移动板轴承设置在所述凸轮槽内，凸轮槽提供移动板轴承的运动轨道，用于驱动刀具移动板运动。

所述捕获机构和所述剪切机构共同安装在外壳上。

所述捕获机构的手爪组件的一号捕获爪和二号捕获爪用于管状结构例如碳纤维管等的抓取。

所述一级锥齿轮同时与一对二级锥齿轮配合，从而保证了二级锥齿轮及其输出端后续联动零部件运动的同步性。

所述手爪组件共有两套，每套为一组四连杆机构，每套四连杆机构由驱动杆、一号跟随杆、二号跟随杆、捕获爪及两个限位挡块组成；所述手爪组件的输入端是二级锥齿轮，驱动杆与二级锥齿轮同轴固定连接，因而二级锥齿轮将旋转运动传递给驱动杆，驱动杆与捕获爪枢轴连接，用于带动捕获爪移动进而带动一号跟随杆、二号跟随杆绕各自的固定支撑点旋转；相向设置的两个驱动杆用于分别带动一号捕获爪和二号捕获爪相向或反向同步而行。

所述转盘的输入端连接谐波减速器，其输出端连接转盘输出轴，转盘输出轴相对于转盘偏心设置并与转盘固定连接，转盘将旋转运动转化为转盘输出轴沿固定圆弧的圆周运动。

所述刀具组件共有两套，每套为一组凸轮机构，每套凸轮机构由转盘输出轴、移动板轴承、刀具移动板、导轨及滑块组成；所述刀具组件的输入端是转盘输出轴，移动板轴承与转盘输出轴同轴固定连接，并随转盘输出轴同步沿固定圆周运动；所述刀具移动板上布置凸轮槽，凸轮槽提供移动板轴承的运动轨道，用于驱动刀具移动板运动；所述刀具移动板上还设置滑块安装接口，该滑块安装接口用于与滑块固定连接，滑块套设在导轨上并沿导轨移动，使得刀具移动板仅能沿直线运动，从而将转盘输出轴沿固定圆周的运动转化为两套刀具移动板的相向或反向的同步直线运动。

所述缓冲弹簧一头固定在弹簧轴上，另一头安装有管材座；在捕获机构捕获管材过程中，管材被捕获、压紧在管材座上；在一号捕获爪和二号捕获爪收拢过程中，不断压紧管材，同时将压紧力通过管材座传递到缓冲弹簧上，管材在缓冲弹簧弹性力和一号捕获爪、二号捕获爪压紧力共同作用下，实现固定。

本发明具有以下明显的有益效果：

1、本发明的剪切工具的剪切力较大，本发明的刀具组件采用凸轮机构，传动链短，力矩的传递效率和力的转化效率较高；

2、本发明的剪切工具的捕获容差较大，本发明捕获部分的手爪组件采用四连杆机构，捕获爪可张开的范围较大；

3、本发明的剪切工具捕获对象可扩展，本发明的捕获爪可针对捕获对象的构型进行适应性设计，可满足管材、方材等多种构型材料剪切的需要。

附图说明

图1是本发明的剪切工具捕获、剪切目标对象(碳纤维管)示意图；

图2是本发明的剪切工具的捕获机构的结构示意图；

图3是本发明的剪切工具的捕获机构中手爪组件的结构示意图；

图4是本发明的剪切工具的剪切机构的结构示意图；

图5是本发明的剪切工具的剪切机构中刀具组件的结构示意图；

图中标记：

1.捕获机构、2.剪切机构、3.捕获电机、4.蜗轮蜗杆减速器、6.一级齿轮、5.二级齿轮、7.轴承座、8.一级锥齿轮、9.二级锥齿轮、10.锥齿轮轴、11.手爪组件、12.管材座、13.缓冲弹簧、14.弹簧轴、15.盖板、16.驱动杆、17.一号跟随杆、18.限位挡块、19.二号跟随杆、20.一号捕获爪、21.二号捕获爪、22.外壳、23.剪切电机、24.谐波减速器、25.转盘、26.转盘输出轴、27.刀具组件、28.导轨支座、29.导轨、30.滑块、31.刀具移动板、32.移动板轴承、33.刀具。

具体实施方式

本发明提出了一种面向空间管状结构的剪切工具，具体涉及空间机械臂末端的剪切工具，主要用于空间管状结构的剪切。本发明的剪切工具主要分为捕获机构和剪切机构两部分，捕获机构用于对管状结构的捕获及固定，剪切机构用于对管状结构的剪切。本发明分为捕获固定、剪切、释放三个工序；捕获时，捕获组件中的电机正转，带动捕获爪闭合，实现对管状结构的捕获及固定；剪切时，剪切组件中的电机正转，带动两端刀头相向而行，实现对管状结构的剪切；释放时，捕获组件的电机反转，带动捕获爪张开，实现对管状结构的释放。本发明可安装于空间机械臂末端，是对空间管状结构进行剪切的专用工具，取得了剪切力大、方便可靠的有益效果。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。

实施例

图1是本发明的剪切工具捕获、剪切目标对象(碳纤维管)的示意图。如图1所示，本发明的剪切工具主要由捕获机构(1)和剪切机构(2)组成，两者共同安装在外壳(22)上。本发明的剪切工具安装于空间机械臂末端，由空间机械臂携带逐步靠近目标对象(碳纤维管)，直至目标对象进入捕获机构(1)的捕获范围，捕获机构(1)完成对目标对象的捕获和固定；捕获完成后，剪切机构(2)的刀具(33)(如图5)开始闭合，闭合过程中，完成对目标对象的剪切。

图2是本发明的剪切工具的捕获机构(1)的结构示意图。如图2所示，捕获机构(1)由捕获电机(3)、蜗轮蜗杆减速器(4)、一级齿轮(6)、二级齿轮(5)、轴承座(7)、一级锥齿轮(8)、二级锥齿轮(9)、锥齿轮轴(10)、手爪组件(11)、管材座(12)、缓冲弹簧(13)、弹簧轴(14)和盖板(15)组成。捕获机构(1)用于对目标对象进行捕获和固定。捕获过程中，捕获电机(3)正转，驱动蜗轮蜗杆减速器(4)带动一级齿轮(6)和二级齿轮(5)将旋转运动传递给一级锥齿轮(8)，继而一级锥齿轮(8)带动两个二级锥齿轮(9)转动(请结合参见图3)，然后两个二级锥齿轮(9)分别带动两套手爪组件(11)相向运动，实现对目标对象的捕获；捕获完成后，捕获电机(3)继续正转，两套手爪组件(11)持续压紧目标对象，目标对象落入管材座(12)中；所述管材座(12)下端连接缓冲弹簧(13)的一头，缓冲弹簧(13)的另一头固定在弹簧轴(14)上；手爪组件(11)压紧目标对象的同时，将压紧力通过管材座(12)传递到缓冲弹簧(13)上，目标对象在缓冲弹簧(13)弹性力和捕获爪的压紧力共同作用下，实现固定。

图3是本发明的剪切工具的捕获机构(1)中手爪组件(11)的结构示意图。如图3所示，所述手爪组件(11)共有两套，其中一套手爪组件(11)由驱动杆(16)、一号跟随杆(17)、两个限位挡块(18)、二号跟随杆(19)、一号捕获爪(20)组成，另一套手爪组件(11)由第二驱动杆、一号跟随杆二、两个第二限位挡块、二号跟随杆二、二号捕获爪(21)组成。每套手爪组件(11)为一组四连杆机构。每套手爪组件(11)的输入端是二级锥齿轮(9)，二级锥齿轮(9)与驱动杆(16)同轴固定连接，二级锥齿轮(9)转动的同时会将旋转运动传递给驱动杆(16)，驱动杆(16)与一号捕获爪(20)的横杆通过枢轴连接，因此，驱动杆(16)转动将带动捕获爪(20)运动，一号跟随杆(17)和二号跟随杆(19)分别通过枢轴连接至捕获爪(20)，从而一号捕获爪(20)运动带动一号跟随杆(17)和二号跟随杆(19)分别绕其固定点转动。两个二级锥齿轮(9)的输入端为一级锥齿轮(8)，一级锥齿轮(8)转动并同时驱动两个二级锥齿轮(9)运动，从而保证了二级锥齿轮(9)输出端上两套手爪组件(11)运动的同步性。两个限位挡块(18)分别用于限定一号跟随杆(17)和二号跟随杆(19)的转动角度和运动行程。

图4是本发明的剪切工具的剪切机构(2)的结构示意图。如图4所示，剪切机构(2)由剪切电机(23)、谐波减速器(24)、转盘(25)、两个转盘输出轴(26)、两套刀具组件(27)和两个导轨支座(28)组成。剪切机构(2)用于对目标对象的剪切。剪切过程中，剪切电机(23)正转，驱动谐波减速器(24)带动转盘(25)转动；转盘输出轴(26)偏心固定安装在转盘(25)上，将转盘(25)的旋转运动转化为转盘输出轴(26)沿固定圆周的运动；转盘输出轴(26)与刀具组件(27)间采用凸轮传动，将转盘输出轴(26)沿固定圆周的运动，转化为刀具组件(27)的直线运动。

图5是本发明的剪切工具的剪切机构(2)中刀具组件(27)的结构示意图。如图5所示，每套刀具组件(27)由导轨(29)、滑块(30)、刀具移动板(31)、移动板轴承(32)和刀具(33)组成。刀具组件(27)共有两套，每套为一组凸轮机构，每套刀具组件(27)的输入端是一个转盘输出轴(26)，移动板轴承(32)与转盘输出轴(26)同轴固定连接，并随转盘输出轴(26)沿固定圆周运动；刀具移动板(31)上设置凸轮槽和滑块安装接口，凸轮槽提供移动板轴承(32)的运动轨道，用于驱动刀具移动板(31)运动；滑块安装接口用于与滑块(30)固定连接，导轨(29)固定设置在导轨支座(28)上，导轨支座(28)可以固定在外壳(22)上，从而使得刀具移动板(31)仅能沿直线运动，从而将转盘输出轴(26)沿固定圆周的运动转化为两套刀具移动板(31)的相向或反向的同步直线运动。

本发明具有以下明显的有益效果：

1、本发明的剪切工具的剪切力较大，本发明的刀具组件采用凸轮机构，传动链短，力矩的传递效率和力的转化效率较高；

2、本发明的剪切工具的捕获容差较大，本发明捕获部分的手爪组件采用四连杆机构，捕获爪可张开的范围较大；

3、本发明的剪切工具捕获对象可扩展，本发明的捕获爪可针对捕获对象的构型进行适应性设计，可满足管材、方材等多种构型材料剪切的需要。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。