一种太空垃圾捕捉混联机器人的制作方法

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种太空垃圾捕捉混联机器人。

背景技术：

太空垃圾一般在近地太空轨道上以3-10km/s的速度高速运动，具有巨大的破坏力。太空垃圾若与运作中的人造卫星、载人飞船或国际空间站相撞，会危及到设备甚至宇航员的生命，一块直径为10cm的太空垃圾可以将航天器完全摧毁，数毫米大小的太空垃圾就有可能使它们无法继续工作。而太空垃圾也因此成为了国际问题。自20世纪50年代多国进军宇宙以来，人类已经发射了四千多次航天运载火箭。美国宇航局报道，太空中现有直径大于10cm的太空垃圾九千多个，大于120cm的有10万个以上，而漆片和固体推进剂尘粒等微小颗粒个能数以百万计。这些太空垃圾飞行速度极快(6-7km/s)，它们隐藏着巨大的杀伤力：一块10g重的太空垃圾撞上卫星，相当于两辆100km/h的小汽车相互碰撞，卫星会在1.5s内被打穿或直接击毁！但一撞上，那就是毁灭性的。更严重的是“雪崩效应”，每一次太空垃圾的相互碰撞会产生更多的碎片，这就是新的“大问题”。据报道，太空轨道上每个飞行物发生灾难性碰撞事件的几率为3.7％，发生非灾难性撞击事件的可能性为20％。以此计算，今后将每5到10年可能发生一次太空垃圾与航天器相撞事件，到2020年将达到2年一次。为躲避火箭的残骸，美国国际空间站飞行控制人员多次采用调整了空间站的飞行轨道方法，但调整过程很复杂，恢复正常轨迹难度大。日本航天航空研究开发局2014年提出使用电动系绳的电流来降低空间碎片或卫星的速度，使其在接近地球表面之前在大气层燃烧掉。欧空局也一直在考虑集中捕获机制来拾取空间垃圾，2014年公开提出的thee.deorbit任务将在距地球表面800-1000km的高度搜寻卫星碎片，可能会借助到网、鱼叉、机器人手臂或触角等，但尚未见可行机器人手臂方案报道。瑞士预计2018年发射的改装型空中客车a300喷气式飞机将变成“清除太空”项目的技术演示航天器，它将与退役的瑞士“立方体”纳米卫星会面，并将其移出轨道。美国德州农工大学提出“弹弓-卫星太空清扫器”的设计方案，该方案能够捕获太空垃圾，再将太空垃圾投向地球大气层燃烧，之后使用动量航行至下一个太空残骸目标进行清除。至今，该设计方案仍在审查。英国提议建造“立方太阳帆”，使用小型人造卫星带动太阳帆捕获太空残骸至低轨道。但目前该计划仍在筹划之中，期待生产商萨里太空中心制造更多小型人造卫星来实现。美国弗吉尼亚州雷神bbn科技公司的danielgregory提出：在大气层制造“爆炸”，使人造卫星残骸进入低轨道燃烧。他们在高海拔平原释放气球爆炸，2012年初进行的研究测试表明该方法足以扰乱低地球轨道太空残骸的运行路径。中国新一代运载火箭长征七号2016年6月25日首飞搭载的远征1a上面级，为中国未来空间碎片清理等轨道服务奠定了工程应用基础。多年来美国宇航局跟踪分析这些太空垃圾，认为太空垃圾是未来越来越严重的问题，需要各国多领域专家的共同合作，寻找切实有效解决问题的方法和途径。

技术实现要素：

根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种太空垃圾捕捉混联机器人，包括腕机构、爪机构、钻机构、折展机构、肩机构，所述腕机构包括箱体、外套、三个相同的长驱动杆和约束分支；所述箱体由空腔圆柱与矩形套构成一体，箱体的左端板设有同轴凹球面通孔，左端板内侧设有三个圆周均布的铰支座，矩形套的上、下边上设有相互平行的三个通孔和垂直下销孔；所述约束分支包括心轴和内套；所述外套沿轴向依次设有同轴小圆盘、球面体、圆柱、大圆盘和中心通孔，小圆盘上设有三个圆周均布的切圆周孔，圆柱侧面设有长开孔，大圆盘上设有平行轴线的上、下通孔；所述内套沿轴向依次设有同轴圆盘、圆柱、凸台、中心通孔，圆盘上设有3个圆周均布相切圆周的通孔，凸台上设有平行轴线的偏心螺纹通孔；所述外套的凸球面与所述箱体的凹球面通孔球副联接；所述内套的圆柱与所述外套的中心通孔圆柱副联接，内套的凸台设在外套圆柱的长孔内；所述3个长驱动杆设在所述箱体内、相对外套圆周均布，长驱动杆两端与箱体左端板和外套的大圆盘球副联接；

所述爪机构包括外套、内套、内套电机、爪杆和弹簧杆组；所述弹簧杆组包括活塞杆，缸杆和小弹簧；所述缸杆一端设有正交轴线的销孔，另一端设有同轴小孔和大孔腔；所述活塞杆两端设有正交轴线的销孔和同轴圆台，所述小弹簧和所述活塞杆的圆台设在所述缸杆的大孔腔内，小弹簧两端抵在大孔腔闭口端和活塞杆圆台上，活塞杆圆台环面与缸杆小孔内环面接触；所述爪杆的一端和中部设有相互平行的销孔；所述内套电机与所述外套的大圆盘固连，内套电机的驱动轴穿过外套的大圆盘上偏心通孔、与所述内套的凸台螺纹通孔螺旋联接；所述缸杆的销孔与所述外套的小圆盘销孔转动副联接，所述活塞杆与所述爪杆中部转动副联接，所述内套的圆盘销孔与所述爪杆一端销孔转动副联接；

所述钻机构包括外套、心轴、支板、支板电机、心轴电机和铰刀；所述支板设有相互平行的通孔和螺纹通孔，所述支板电机与所述外套的大圆盘固连，其驱动轴穿过外套的大圆盘下通孔与支板螺旋传动联接；所述心轴电机与所述支板固连，其驱动轴穿过支板的通孔与所述心轴一端同轴键连接；心轴与所述内套的中心通孔圆柱副联接，心轴的另一端与所述铰刀固连；

所述肩机构包括机座、动台和三个相同的短驱动杆；所述动台由圆盘与矩形套构成一体，圆盘端面设有三个圆周均布的铰支座和中心铰支座；动台的矩形套与箱体的矩形套相同；所述机座由圆盘与中心凸台构成一体，机座中心凸台与所述动台中心球副联接，三个短驱动杆在机座与动台之间圆周均布，短驱动杆两端与机座圆盘和动台圆盘球副联接；

所述折展机构包括箱体、动台两个滑块、电机、四个导杆、拉杆、弹簧和多个相同的剪叉组；所述滑块是矩形体，沿长度设有长销孔，垂直长销孔设有相互平行的两个对称通孔和一个中心螺纹通孔；所述拉杆两端分别设有同轴螺纹圆柱和凸圆台；所述第一导杆和第二导杆与所述动台矩形套的两个对称通孔固连，又与第一滑块的两个对称通孔圆柱副联接；所述第三导杆和第四导杆与所述箱体矩形套的两个对称通孔固连，又与第二滑块的两个对称通孔圆柱副联接；所述电机与动台矩形套的外底面固连，其驱动轴穿过动台矩形套的中间通孔，与第一滑块的螺纹通孔螺旋传动联接；所述拉杆穿过所述箱体矩形套的中间通孔、与第二滑块的螺纹通孔固连；所述弹簧套在拉杆上、其两端抵在箱体矩形套的外底面和拉杆的凸圆台环面上。

进一步的，所述剪叉组包括相同的相互平行的两个左斜杆和两个右斜杆，所述左、右斜杆的上、下端和中部设有相互平行的通孔；两个左斜杆呈外对称分布，两个右斜杆呈内对称分布，其中部通孔用同一长销轴转动副联接；在联接动台的剪叉组中，两个左斜杆的下端通孔与动台矩形套的下销孔用销轴转动副联接，两个右斜杆的上端通孔与第一滑块的销孔用销轴转动副联接；在联接箱体的剪叉组中，两个左斜杆的上端通孔与第二滑块的销孔用销轴转动副联接，两个右斜杆的下端通孔与箱体矩形套的销孔用销轴转动副联接；中间其余剪叉组的两个左斜杆的上端通孔与相邻剪叉组的两个右斜杆的上端通孔用同一长销轴转动副联接；两个左斜杆的下端通孔分别与相邻剪叉组的两个右斜杆的下端通孔用同一长销轴转动副联接。

由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种太空垃圾捕捉混联机器人，该机器人结构工作空间大，折展机构的伸缩比可以在一定范围内调整，同时手爪相对机舱自由度多达八个，手爪灵活性好，适合多方位捕捉，另外弹簧杆组保证手爪柔性捕捉、缓冲性好、可有效减小太空垃圾冲击力，所以该机器人可以实现太空船携多个混联机器人协作捕捉大型太空垃圾的应用。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中太空垃圾捕捉混联机器人的结构示意图；

图2为本发明中箱体与折展机构联接剖视图；

图3为本发明中动台与折展机构联接剖视图。

1、箱体，2、外套，3、长驱动杆，4、心轴，5、内套，6、内套电机，7、爪杆，8、活塞杆，9、缸杆，10、小弹簧，11、支板，12、支板电机，13、心轴电机，14、铰刀，15、机座，16、动台矩形套，17、短驱动杆，18、滑块，19、电机，20、导杆，21、拉杆，22、弹簧，23、左斜杆，24、右斜杆。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：

如图1所示的一种太空垃圾捕捉混联机器人，包括腕机构、爪机构、钻机构、折展机构、肩机构，所述腕机构包括箱体1、外套2、三个相同的长驱动杆3和约束分支；所述箱体1由空腔圆柱与矩形套构成一体，箱体1的左端板设有同轴凹球面通孔，左端板内侧设有三个圆周均布的铰支座，矩形套的上、下边上设有相互平行的三个通孔和垂直下销孔；所述约束分支包括同轴外套2、心轴4、内套5；所述外套2沿轴向依次设有同轴小圆盘、球面体、圆柱、大圆盘和中心通孔，小圆盘上设有三个圆周均布的切圆周孔，圆柱侧面设有长开孔，大圆盘上设有平行轴线的上、下通孔；所述内套5沿轴向依次设有同轴圆盘、圆柱、凸台、中心通孔，圆盘上设有3个圆周均布相切圆周的通孔，凸台上设有平行轴线的偏心螺纹通孔；所述外套2的凸球面与所述箱体1的凹球面通孔球副联接；所述内套5的圆柱与所述外套2的中心通孔圆柱副联接，内套5的凸台设在外套圆柱的长孔内；所述3个长驱动杆设在所述箱体1内，相对外套圆周均布，长驱动杆两端与箱体左端板和外套的大圆盘球副联接；所述爪机构包括外套2，内套5，内套电机6，爪杆7，弹簧杆组；所述弹簧杆组包括活塞杆8，缸杆9，小弹簧10；所述缸杆9一端设有正交轴线的销孔，另一端设有同轴小孔和大孔腔；所述活塞杆8两端设有正交轴线的销孔和同轴圆台，所述小弹簧10和所述活塞杆8的圆台设在所述缸杆的大孔腔内，小弹簧10两端抵在大孔腔闭口端和活塞杆8圆台上，活塞杆8圆台环面与缸杆9小孔内环面接触；所述爪杆的一端和中部设有相互平行的销孔；所述内套电机与所述外套2的大圆盘固连，内套电机的驱动轴穿过外套的大圆盘上偏心通孔，与所述内套5的凸台螺纹通孔螺旋联接；所述缸杆9的销孔与所述外套2的小圆盘销孔转动副联接，所述活塞杆8与所述爪杆7中部转动副联接，所述内套5的圆盘销孔与所述爪杆一端销孔转动副联接；所述钻机构包括心轴4、内套5、支板11、支板电机12、心轴电机13、铰刀14；所述支板11设有相互平行的通孔和螺纹通孔，所述支板电机12与所述外套2的大圆盘固连，其驱动轴穿过外套的大圆盘下通孔与支板螺旋传动联接；所述心轴电机与13所述支板固连，其驱动轴穿过支板的通孔与所述心轴一端同轴键连接；心轴4与所述内套5的中心通孔圆柱副联接，心轴的另一端与所述铰刀固连；

所述肩机构包括机座15，动台16、三相同的个短驱动杆17；所述动台由圆盘与矩形套构成一体，圆盘端面设有三个圆周均布的铰支座和中心铰支座；动台的矩形套与箱体1的矩形套相同；所述机座由圆盘与中心凸台构成一体，机座15中心凸台与所述动台中心球副联接，三个短驱动杆在机座与动台之间圆周均布，短驱动杆17两端与机座圆盘和动台圆盘球副联接；

所述折展机构包括箱体1、动台16、两个滑块18、电机19、四个导杆20、拉杆21、弹簧22、多个相同的剪叉组；所述滑块18是矩形体，沿长度设有长销孔，垂直长销孔设有相互平行的两个对称通孔和一个中心螺纹通孔；所述拉杆21两端分别设有同轴螺纹圆柱和凸圆台；所述第一导杆和第二导杆与所述动台矩形套的两个对称通孔固连，又与第一滑块的两个对称通孔圆柱副联接；所述第三导杆和第四导杆与所述箱体矩形套的两个对称通孔固连，又与第二滑块的两个对称通孔圆柱副联接；所述电机19与动台矩形套的外底面固连，其驱动轴穿过动台矩形套的中间通孔，与第一滑块的螺纹通孔螺旋传动联接；所述拉杆21穿过所述箱体矩形套的中间通孔、与第二滑块的螺纹通孔固连；所述弹簧套在拉杆上，其两端抵在箱体矩形套的外底面和拉杆的凸圆台环面上；

所述剪叉组包括相同的相互平行的两个左斜杆23和两个右斜杆24，所述左、右斜杆的上、下端和中部设有相互平行的通孔；两个左斜杆呈外对称分布，两个右斜杆24呈内对称分布，其中部通孔用同一长销轴转动副联接；在联接动台的剪叉组中，两个左斜杆23的下端通孔与动台矩形套的下销孔用销轴转动副联接，两个右斜杆24的上端通孔与第一滑块的销孔用销轴转动副联接；在联接箱体的剪叉组中，两个左斜杆23的上端通孔与第二滑块的销孔用销轴转动副联接，两个右斜杆24的下端通孔与箱体矩形套的销孔用销轴转动副联接；中间其余剪叉组的两个左斜杆23的上端通孔与相邻剪叉组的两个右斜杆的上端通孔用同一长销轴转动副联接；两个左斜杆23的下端通孔分别与相邻剪叉组的两个右斜杆24的下端通孔用同一长销轴转动副联接。

当机座与飞船机舱固连，爪杆与不同爪和柔性捕捉网连接，腕机构、钻机构、爪机构和折展机构复合运动可以捕捉、处理太空垃圾，抵御外侵。在钻轴外端可以安装不同钻具：如钻头，用于在废弃或进攻卫星上钻孔，使其失去威胁；多刀铰片，用于摆脱敌人卫星投射的捕捉网。

本发明公开了一种太空垃圾捕捉混联机器人，该机器人的肩机构驱动该机器人三维摆动，折展机构驱动箱体相对肩机构大行程伸缩，当肩机构的机座与飞船机舱固连，爪机构的爪杆与不同爪和柔性捕捉网连接，腕机构、钻机构、爪机构和折展机构复合运动可以捕捉、处理太空垃圾，抵御外侵。在钻轴外端可以安装不同钻具：如钻头，用于在废弃或进攻卫星上钻孔，使其失去威胁；其中多刀铰片用于摆脱敌人卫星投射的捕捉网。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。