一种用于桁杆抓取的夹爪功能细胞的制作方法

本发明涉及一种用于桁杆抓取的夹爪功能细胞。

背景技术：

空间细胞机器人被期望在未来空间活动中承担空间站的日常维修及大型空间站的在轨组装，以及空间三角桁架的平面工装等重要工作。这就需要设计出一种能够对棒类物体完成夹持工作，工作空间为环形柱状的夹爪功能细胞。目前常用的细胞机器人抓取机构为以下三种类型：电动驱动机构，采用电机驱动系统，控制灵活、定位精度高使用方便对其所连接机构无需复杂要求；气压驱动机构，采用气缸控制，结构简单、高速度、低摩擦，但其速度稳定性差，定位精度无法保证；液压驱动机构，采用液体传动控制方式，响应迅速并且具有较大的承载能力，但其需要配套液压站，结构复杂，不适应于太空环境任务。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于桁杆抓取的夹爪功能细胞。

基本技术方案是：夹爪功能细胞由抓取机构和连接机构两部分构成。抓取机构由步进电机座，夹爪安装板，夹爪盖板，紧定螺钉，盖板，步进电机，螺母丝杆，伸缩螺母座，盖形螺母，夹爪压簧，长臂，短臂，夹爪，弹簧，桁杆组成；连接机构由伺服电机，凸轮，轴，不完全锥齿轮，十字导轨，导轨组件，沟槽锥齿轮，支撑板，连接面组成。步进电机座、夹爪安装板与夹爪盖板相连，夹爪盖板通过紧定螺钉与各盖板装配在一起，共同构成抓取机构的固定装置。安装在布进电机座关节处的步进电机与螺母丝杆相连，螺母丝杆嵌入到伸缩螺母座的凹槽中，通过螺母丝杆的转动，伸缩螺母座可实现直线运动。安装在螺母丝杆与盖形螺母之间的夹爪压簧，可以在直线运动中起到缓冲的作用。长臂借助短臂与伸缩螺母座相连，夹爪安装在长臂始端，利用短臂的拉动，可以实现夹爪的开合动作。安装在长臂之间的弹簧，可以保证夹爪抓取桁杆时足够的预紧力。伺服电机、凸轮、轴、不完全锥齿轮、十字导轨和导轨组件共同构成连接机构的直线驱动部分，利用凸轮的转动推动导轨组件做直线运动。沟槽锥齿轮、支撑板和连接面共同构成连接机构的转动驱动部分，利用不完全锥齿路和沟槽锥齿轮啮合传动的方式，使导轨组件移动到相应位置，完成连接锁紧工作。

本发明的有益效果是：

1.本细胞抓取机构所设计的零部件大部分都是由相同结构的两部分通过卡槽相连，不仅互换性高便于加工制造，而且安装拆卸较为方便。

2.本细胞抓取机构采用步进电机作为系统的动力源，可实现数字化控制，且控制精准易于实现具有较高的定位精度，非常适用于桁杆的抓取工作。

3.本细胞由抓取机构和连接机构两部分组成，借助连接机构抓取工作可以在任意空间中进行，显著提高了夹爪功能细胞的适应性和灵活性。

附图说明

下面结合附图对本细胞进一步说明。

附图1：夹爪功能细胞整体示意图

附图2：夹爪功能细胞抓取机构局部放大图

附图3：夹爪功能细胞连接机构局部放大图

附图4：夹爪功能细胞抓取桁杆示意图

图中：1步进电机座，2夹爪安装板，3夹爪盖板，4紧定螺钉，5盖板，6步进电机，7螺母丝杆，8伸缩螺母座，9盖形螺母，10夹爪弹簧，11长臂，12短臂，13夹爪，14弹簧，15桁杆，16伺服电机，17凸轮，18轴，19不完全锥齿轮，20十字导轨，21导轨组件，22沟槽锥齿轮，23支撑板，24连接面。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明的具体结构及实施方式。

本发明的结构组成如图1、图2、图3和图4所示。夹爪功能细胞由抓取机构和连接机构两部分构成。抓取机构由步进电机座（1），夹爪安装板（2），夹爪盖板（3），紧定螺钉（4），盖板（5），步进电机（6），螺母丝杆（7），伸缩螺母座（8），盖形螺母（9），夹爪压簧（10），长臂（11），短臂（12），夹爪（13），弹簧（14），桁杆（15）组成；连接机构由伺服电机（16），凸轮（17），轴（18），不完全锥齿轮（19），十字导轨（20），导轨组件（21），沟槽锥齿轮（22），支撑板（23），连接面（24）组成。步进电机座（1）、夹爪安装板（2）与夹爪盖板（3）相连，夹爪盖板（3）通过紧定螺钉（4）与各盖板（5）装配在一起，共同构成抓取机构的固定装置。安装在步进电机座（1）关节处的步进电机（6）与螺母丝杆（7）相连，螺母丝杆（7）嵌入到伸缩螺母座（8）的凹槽中，通过螺母丝杆（7）的转动，伸缩螺母座（8）可实现直线运动。安装在螺母丝杆（7）与盖形螺母（9）之间的夹爪压簧（10），可以在直线运动中起到缓冲的作用。长臂（11）借助短臂（12）与伸缩螺母座（8）相连，夹爪（13）安装在长臂（11）始端，利用短臂（12）的拉动，可以实现夹爪（13）的开合动作。安装在长臂（11）之间的弹簧（14），可以保证夹爪抓取桁杆（15）时足够的预紧力。伺服电机（16）、凸轮（17）、轴（18）、不完全锥齿轮（19）、十字导轨（20）和导轨组件（21）共同构成连接机构的直线驱动部分，利用凸轮（17）的转动推动导轨组件（21）做直线运动。沟槽锥齿轮（22）、支撑板（23）和连接面（24）共同构成连接机构的转动驱动部分，利用不完全锥齿轮（19）和沟槽锥齿轮（22）啮合传动的方式，使导轨组件（21）移动到相应位置，完成连接锁紧工作。

本发明工作过程如下：

工作时，首先夹爪功能细胞进行连接工作，在直线驱动部分，伺服电机（16）带动凸轮（17）和不完全锥齿轮（19）同步转动，凸轮（17）推动十字导轨（20）和导轨组件（21）向前移动；在导轨组件（21）伸出一定距离时，转动驱动部分开始工作，沟槽锥齿轮（22）在与不完全锥齿轮（19）有齿部分啮合过程中发生转动，通过沟槽锥齿轮（22）上的正弦式槽沟，使四组导轨组件（21）沿连接面（24）径向移动，到达终点位置完成连接工作。然后夹爪功能细胞进行抓取工作，当抓取机构靠近桁杆（15）时，安装在步进电机座（1）关节处的步进电机（6）开始工作，步进电机（6）驱动螺母丝杆（7）转动，螺母丝杆（7）带动伸缩螺母座（8）做直线运动，此时夹爪压簧（10）不断压缩，可以提高机构运动的稳定性，螺母丝杆（7）转动的同时，伸缩螺母座（8）拉动短臂（12），短臂（12）与长臂（11）相连从而带动夹爪（13）进行张开运动。最后当夹爪（13）张开到一定角度时，步进电机（6）反转利用中间短臂（12）的拉动作用，夹爪（13）进行闭合运动，直到桁杆（15）圆柱面与夹爪（13）紧密贴合并通过安装在长臂（11）间的弹簧（14）提供足够的预紧力，使其完成抓取工作。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种用于桁杆抓取的夹爪功能细胞，由抓取机构和连接机构两部分构成。抓取机构主要由步进电机座，夹爪安装板，盖板，步进电机，螺母丝杆，伸缩螺母座，夹爪压簧，长臂，短臂，夹爪，桁杆等组成；通过安装在步进电机座关节处的步进电机带动螺母丝杆的转动,可以实现与螺母丝杆相连的伸缩螺母座直线运动,长臂借助短臂与伸缩螺母座相连，利用短臂的拉动，可实现夹爪的开合动作。连接机构由伺服电机，凸轮，轴，不完全锥齿轮，十字导轨，导轨组件，沟槽锥齿轮，支撑板，连接面组成；利用凸轮的转动推动导轨组件做直线运动；利用不完全锥齿路和沟槽锥齿轮啮合传动的方式，使导轨组件移动到相应位置，可以完成连接锁紧工作。

技术研发人员：戴野;张瀚博;魏文强;张惠兵;尹相茗
受保护的技术使用者：哈尔滨理工大学
技术研发日：2018.09.20
技术公布日：2018.12.18