一种可变形空间操作臂的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于空间操作技术领域，更具体地，涉及一种可变形的空间操作臂。
【背景技术】
[0002]航天技术是当今世界最有发展潜力的高新技术之一，是衡量一个国家科技实力、决定一个国家国际地位、保障国家安全的重要因素。进入新世纪以来，世界航天大国围绕着航天技术、应用及产业展开了激烈的竞争。
[0003]空间技术与应用主要以航天器为主要载体。美国、德国等发达国家均在这一领域进行了深入的研宄。美国开展了“前端机器人技术近期演示”(FREND)项目；德国开展了“轨道服务任务”系统为代表的综合性卫星在轨操作系统，该系统将演示验证多种类型的在轨操作；类似的项目还有:“轨道快车”计划、在轨燃料加注计划，NASA的低温推进剂传输和储存验证任务、“出发点”计划等。此外，美国还规划有在轨发射技术相关研宄计划。
[0004]空间技术与应用的发展使得人类的空间活动日益频繁，空间操作日益多样。深空探测采样、空间碎片清理、航天器在轨维修，在轨燃料加注，在轨软硬件替换、交会对接等多种空间操作均涉及机械臂操作。空间操作机械臂的智能性、高适应性、操作控制的简易性对于空间操作任务的有效完成具有重要意义。
[0005]目前，现有的空间操作臂存在较多问题:结构复杂，不能同时进行转动和三维机动，灵活性不足，适应性不强，相应造成操作控制复杂、可执行任务单一的问题，其不能满足目前航天操作的需求。因此，存在开发结构简单、可同时进行转动和三维机动、适应性强、控制操作简单的空间操作臂。
【发明内容】
[0006]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种可变形的空间操作臂，其目的在于，通过设置可伸缩杆、转轴、机械爪组件相应实现机械爪空间位移变化，机械爪组件中设置有爪部仿生关节将多个指节进行连接，实现了机械爪组件对不同大小物体的抓握，还设置有能锁紧爪瓣的滑锁，相应能降低爪瓣自由度，进而能降低控制要求，由此解决现有技术中操作臂结构复杂，不能同时进行转动和三维机动，适应性不强的技术问题。
[0007]为实现上述目的，本发明提供了一种可变形的空间操作臂，包括定长杆、可伸缩杆、杆部仿生关节、机械爪组件、底座、转轴以及滑锁，其中
[0008]所述可伸缩杆长度能调节，其通过杆部仿生关节与长度固定的所述定长杆相连接，以能与所述定长杆间发生弯折或者转动，从而实现空间位移变化；
[0009]所述机械爪组件通过所述底座内的转轴与所述可伸缩杆相连接，以能绕所述可伸缩杆转动，从而实现机械爪的转动；该机械爪组件包括多个爪瓣，每个所述爪瓣又包括多个指节，指节间通过爪部仿生关节相连，爪部仿生关节能调节指节与指节间的角度，实现机械爪组件对不同大小物体的抓握；
[0010]所述滑锁具有多个，且均包套在所述爪瓣上，其能在爪瓣上滑动，用于滑至所述爪部仿生关节处通过各个爪瓣上滑锁相互扣紧而将爪瓣收拢锁定，从而能降低自身自由度。
[0011]通过以上发明构思，(I)设置的可伸缩杆长度能调节，其通过杆部仿生关节与长度固定的所述定长杆相连接，能实现机械爪组件空间位移变化，大大扩大操作区域；(2)机械爪通过转轴与所述可伸缩杆相连接，实现机械爪绕可伸缩杆的转动，增加了机械爪活动的灵活性；(3)机械爪组件包括多个爪瓣，每个所述爪瓣又包括多个指节，指节间通过爪部仿生关节相连，爪部仿生关节能调节指节与指节间的角度，实现机械爪组件对不同大小物体的抓握，增加了机械爪对不同大小目标的操作，大大提高了机械爪的适应性；(4)滑锁滑至所述爪部仿生关节处，各个爪瓣上滑锁相互扣紧而将爪瓣收拢锁定，能降低自身自由度，进而能降低控制要求。以上特征综合作用，使得本发明构思中所述空间操作臂机械结构简单，既能进行转动，也能进行伸长以及进行三维机动，大大增加了其灵活性、适应性以及操作的简易性。
[0012]进一步的，所述滑锁为横截面为优弧的筒状，其沿轴线的边部设置有凹口，两个相邻的滑锁的所述凹口能相互咬合以实现扣紧。
[0013]进一步的，所述机械爪组件包括三个爪瓣，所述爪瓣又包括三个指节。
[0014]进一步的，所述滑锁具有六个，该六个滑锁分别对应锁紧六个所述爪部仿生关节。
[0015]进一步的，所述滑锁包套在位于中间的指节上，该中间指节上设置有滑轨，用于供所述滑锁沿滑轨滑动。
[0016]总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果:
[0017](I)设置长度可调节的可伸缩杆，其通过杆部仿生关节与长度固定的所述定长杆相连接，能实现机械爪组件空间位移变化，大大扩大操作区域；进一步的，机械爪通过转轴与所述可伸缩杆相连接，实现机械爪绕可伸缩杆的转动，增加了机械爪活动的灵活性；更进一步的，机械爪每个爪辧又包括多个指节，指节间通过爪部仿生关节相连，实现机械爪组件对不同大小物体的抓握，增加了机械爪对不同大小目标的操作，大大提高了机械爪的适应性；最后，各个爪瓣上滑锁相互扣紧而将爪瓣收拢锁定，能降低自身自由度，进而能降低控制要求。本发明构思中所述空间操作臂机械结构简单，既能进行转动，也能进行伸长以及进行三维机动，具有较强的灵活性、适应性以及操作的简易性，能满足不同尺寸航天器操作需要
[0018](2)滑锁为横截面为优弧的筒状，其沿轴线的边部设置有凹口，两个相邻的滑锁的所述凹口能相互咬合以实现扣紧。多个滑锁的结构简单、巧妙，机械锁定的锁紧可靠稳定。
【附图说明】
[0019]图1是本发明实施例中可变形空间操作臂的结构示意图；
[0020]图2(a)是本发明实施例中机械爪上滑锁的结构示意图；
[0021]图2(b)是本发明实施例中机械爪上滑锁锁紧爪部仿生关节的横截面结构示意图；
[0022]图2(c)是本发明实施例中机械爪滑锁锁紧状态示意图；
[0023]图3是本发明实施例中机械爪滑锁的锁扣扣合状态示意图；
[0024]图4是本发明实施例中控制关系中数据流示意图。
[0025]在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中:
[0026]1-定长杆2-杆部仿生关节3-可伸缩杆
[0027]4-底座5-机械爪组件6-第一指节
[0028]7-第二指节8-第三指节9-爪部仿生关节
[0029]10-滑锁11-凹口12-转轴
【具体实施方式】
[0030]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0031]图1是本发明的优选实施例中可变形空间操作臂的结构示意图，由图可知，其包括定长杆1、可伸缩杆3、杆部仿生关节2、机械爪组件5、底座4、转轴12以及滑锁10。所述可伸缩杆3长度能调节，其结构譬如为类似雨伞杆部的套筒状伸缩杆，其通过杆部仿生关节2与长度固定的所述定长杆I相连接，仿生关节能实现定长杆与可伸缩杆间的弯折以及转动，从而实现空间位移变化。
[0032]所述机械爪组件5通过所述底座4内的转轴12与所述可伸缩杆3相连接，以能绕所述可伸缩杆转动，从而实现机械爪的转动。机械爪组件5包括多个爪瓣，作为优选的，所述爪瓣具有三瓣。机械爪瓣为三瓣式结构，完全对称布局，具有三瓣联合操作与单独操作能力。
[0033]每个所述爪瓣又包括多个指节，作为优选的，指节可为与转轴相连的第一指节6，位于中间的第二指节7，以及位于端部的第三指节8，指节间通过爪部仿生关节9相连，爪部仿生关节9能调节指节与指节间的角度，实现机械爪组件对不同大小物体的抓握。机械爪瓣为多关节仿生结构，中间安装有锁定装置，爪瓣收拢时可进行锁定，确保结构刚度，降低自由度与控制难度，提高控制精度与可操作性。实际情况下，第三指节8的端部安装有微型压力感应装置，用以感知机械爪对被操作物体的有效固定。
[0034]滑锁10具有多个，且均包套在所述爪瓣上，其能在爪瓣上滑动，用于滑至所述爪部仿生关节9处通过各个爪瓣上滑锁相互扣紧而将爪瓣收拢锁定，以降低自身自由度，进而能降低控制要求。滑锁10可为横截面为优弧的筒状，其沿轴线的边部设置有凹口 11，两个相邻的滑锁的