一种欠驱动空间机械臂末端执行器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种空间机械臂末端执行器，具体涉及一种空间机械臂少自由度小型轻量化三指欠驱动末端执行机构。
【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]在欠驱动方式下，手指上可以只装一个驱动器，依靠弹簧和机械限位装置来实现机构正常工作所需的动力约束条件。目前对欠驱动多指手研究大都集中于机械构型设计及优化方面。由于姿态保持机构的存在，欠驱动多指手体积大，重量较重。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、欠驱动的空间机械臂末端执行器，可用于抓取对称结构目标物，如球体等。
[0008]本发明提出的是一种多指手末端执行器的创新设计方案，且为欠驱动执行机构。欠驱动手爪是一种新型的多用途手爪。这种类型的手爪的特点是驱动元件数少于手指关节的自由度数。每个手指只有一个驱动源，整个手爪的驱动元件(电机)的数量少，降低了结构和操作的复杂性，具有控制方便，抓取范围广泛等优点。既能以欠驱动方式实现强力包络抓取，也可以用末关节捏取方式实现精确抓取。
[0009]本发明的技术特点是:
[0010](I)采用欠驱动控制，用一个电机即可实现每个机械爪的两自由度运动，结构简单。与人手类似大小，体积小，质量轻。
[0011](2)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。
[0012](3)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。
[0013](4)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。
[0014](5)用弹簧结构实现了手爪的夹持动作，可以根据目标物的大小和形状改变夹持角，具有较强的通用性。
【附图说明】
[0015]现在将结合附图对本发明的优选实施例进行描述，其中:
[0016]附图1为末端执行器的结构示意图，图中:
[0017]1.手指安装板，2.无刷伺服电机与减速器，3.滑动丝杠螺母组件，4.小齿轮，5.大齿轮，6.控制器，7.机械手指，8.导向轴，9.手指驱动板，10.上壳体，11.电机安装板，12.下壳体，13.连接法兰
[0018]附图2为机械手指的抓取原理图；
[0019]附图3为三手指的布置示意图；
[0020]附图4为手指连杆机构布置图。
【具体实施方式】
[0021]本发明的末端执行器主要包括以下部件:
[0022]三个两自由度的机械手指7，一个无刷伺服电机和一个行星齿轮减速器3，一组减速齿轮，一套滑动丝杠组件3，一个手指安装板1，一个手指驱动板9，一个电机安装板11，三根导向轴8，控制器6及连接法兰13，如图1所示(隐藏了两个手指)。连接法兰13为末端执行器固定端，与空间机械臂的智能关节的输出端连接。控制器6底端与连接法兰13同轴连接，顶端与下壳体12连接，下壳体顶端与电机安装板11同轴固定。伺服电机、滑动丝杠3与导向轴同侧倒装于电机安装板11上，并通过大、小齿轮5、4啮合连接。手指安装板I通过导向轴8与电机安装板11连接，手指驱动板9与滑动丝杠螺母连接，并由导向轴8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9和手指安装板I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。
[0023]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减速后通过顶丝带动小齿轮旋转，小齿轮4与大齿轮5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手指驱动板9固定连接，带动驱动板9上下运动，从而改变了驱动板与手指安装板I的间距，使三个手指同时摇摆运动，实现三个手指的打开与合拢动作。
[0024]本发明的欠驱动空间机械臂末端执行器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，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。
[0025]此外，为了降低研制风险，提高可靠性，建议尽量选择已有成熟的宇航级产品，例如电机组合选择军品级无刷伺服电机及其配套的行星齿轮减速箱；丝杠选择微型精密滑动丝杠，由于其丝杠螺母采用特殊的PPS树脂材料，不仅减小了体积和重量，还避免了真空中的冷焊接问