本發(fā)明屬于機械技術(shù)領(lǐng)域，涉及機器人機構(gòu)，特別涉及一種基于索并聯(lián)構(gòu)型的宇航員太空作業(yè)機器人。

背景技術(shù)：

太空中，宇航員完成出艙作業(yè)，通常要借助空間機械臂的輔助。傳統(tǒng)的空間機械臂，例如加拿大臂SSRMS，日本實驗艙機械手系統(tǒng)JEMRMS等，均為串聯(lián)機械臂，制造成本高，體積大，臂展長度最大約15m，而空間站尺寸為幾十米，機械臂的尺寸略顯不足。雖然可以通過改變機械臂基部位置實現(xiàn)更大的工作空間，但操作復(fù)雜，效率低。

索并聯(lián)機構(gòu)相比于串聯(lián)機構(gòu)，具有高速運動，結(jié)構(gòu)重量輕，制造等特點，由于繩索可以理論上無限纏繞在卷筒上，使得索并聯(lián)機構(gòu)工作空間很大，因此在航空航天、醫(yī)療康復(fù)和風洞實驗等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。若能將其替代傳統(tǒng)的空間機械臂，輔助宇航員進行太空作業(yè)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)更大的工作空間，還可以大大減小制造、使用成本，具有十分重要的研究意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種基于索并聯(lián)構(gòu)型的宇航員太空作業(yè)機器人，其構(gòu)型簡單，制造成本低，且具有更大的作業(yè)空間，可輔助宇航員出艙作業(yè)。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種基于索并聯(lián)構(gòu)型的宇航員太空作業(yè)機器人，為4索并聯(lián)機器人，包括座椅機構(gòu)、運動機構(gòu)和平衡系統(tǒng)，其特征在于：

所述座椅機構(gòu)包括座椅11、座椅固定架9和控制面板10；

所述運動機構(gòu)固定在太空艙1外側(cè)，用于控制座椅機構(gòu)的空間位置，可使末端座椅實現(xiàn)三平動自由度的運動；包括出索機構(gòu)、自動收索機構(gòu)、三根主動索6、一根被動索7和噴氣設(shè)備8，出索機構(gòu)通過三根主動索6，自動收索機構(gòu)通過一根被動索7，連接在座椅11后方的座椅固定架9上，噴氣設(shè)備8安裝座椅固定架9上，向后噴氣，保證繩索時刻張緊；

所述平衡系統(tǒng)包括通過固定架12安裝在座椅11下方的陀螺儀13，保持座椅11平衡防止傾覆。

所述三根主動索6和一根被動索7在太空艙1一端的連接點構(gòu)成四邊形結(jié)構(gòu)，在座椅固定架9一端的連接點也構(gòu)成四邊形結(jié)構(gòu)，通過出索機構(gòu)控制三根主動索6的長度，被動索7由自動收索機構(gòu)拉緊，當機構(gòu)出現(xiàn)問題時保證宇航員安全返回太空艙。

所述出索機構(gòu)也為三個，分別與三根主動索6連接，包括電機14、聯(lián)軸器15、減速箱16、卷筒一17、箱體一4和出索滑輪一5，其中，主動索6纏繞在卷筒一17上，經(jīng)出索滑輪一5后連接座椅固定架9，電機14運轉(zhuǎn)時，通過聯(lián)軸器15和減速箱16，將運動傳遞至卷筒一17，從而控制主動索6收放。

所述控制面板10與電機14以及噴氣設(shè)備8的控制系統(tǒng)以及連接，供坐在座椅11上的宇航員控制主動索6的出索長度及噴氣設(shè)備8的工作狀態(tài)。

所述自動收索機構(gòu)，包括蝸卷彈簧19、中心軸20、卷筒二18、箱體二2和出索滑輪二3，被動索7纏繞在卷筒二18上，蝸卷彈簧19一端固定在中心軸20上，另一端與卷筒二18內(nèi)側(cè)相連，被動索7始終受到蝸卷彈簧19的拉力。

當被動索7出索時，卷筒二18順時針旋轉(zhuǎn)，蝸卷彈簧19處于張緊狀態(tài)；若主動索6處于松弛狀態(tài)或噴氣設(shè)備8關(guān)閉時，蝸卷彈簧19拉動卷筒二18逆時針轉(zhuǎn)動，被動索7自動收回。

所述平衡系統(tǒng)保證座椅11座面始終與太空艙軸線平行，防止傾覆。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

(1)通過索并聯(lián)機構(gòu)替代傳統(tǒng)的空間機械臂，不僅能完成輔助宇航員出艙作業(yè)任務(wù)，并且相對于傳統(tǒng)空間機械臂，構(gòu)型簡單、成本低且具有更大的工作空間。

(2)設(shè)計了一條被動索，增加了設(shè)備的安全性。當主動索出現(xiàn)故障時，被動索會自動收回，保證宇航員安全返回太空艙。

(3)在座椅下方安裝陀螺儀，進行姿態(tài)控制，而主動索只負責末端座椅的位置控制，最大程度上減少了繩索數(shù)量，避免繩索之間發(fā)生干涉。

附圖說明

圖1：基于索并聯(lián)構(gòu)型的宇航員太空作業(yè)機器人。

圖2：出索機構(gòu)示意圖。

圖3：自動收索機構(gòu)原理圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例詳細說明本發(fā)明的實施方式。

本發(fā)明基于索并聯(lián)構(gòu)型的宇航員太空作業(yè)機器人，用于輔助宇航員進行出艙作業(yè)。包括運動機構(gòu)、平衡系統(tǒng)、座椅機構(gòu)等。

如圖1所示，運動機構(gòu)固定在航天器外側(cè)，末端座椅11通過四根繩索與安裝于太空艙1上的出索機構(gòu)相連，四根繩索包括三根主動索6和一根被動索7。主動索6與出索機構(gòu)相連，出索長度可以人為控制。被動索7與自動收索機構(gòu)相連，收索機構(gòu)中的蝸卷彈簧19始終保持張緊狀態(tài)，保證出現(xiàn)情況時宇航員能順利返回。座椅11通過三根主動索6和安裝于座椅11后方的噴氣設(shè)備8進行空間三平動自由度的運動，通過安裝于座椅11下方的陀螺儀13進行位姿調(diào)整，防止傾覆。宇航員可以通過安裝在座椅11上方的控制面板10對主動索6長度和噴氣設(shè)備8進行控制，到達目標位置。

如圖2所示，主動索6纏繞在卷筒一17上。電機14通過聯(lián)軸器15，減速箱16與卷筒一17相連，通過電機14控制卷筒一17轉(zhuǎn)動，對主動索6進行收放。

如圖3所示，被動索7纏繞在卷筒二18上，蝸卷彈簧19一端與固定在箱體2上的中心軸20相連，另一端與卷筒二18內(nèi)側(cè)相連。當被動索7出索時，卷筒二18順時針旋轉(zhuǎn)，蝸卷彈簧19處于張緊狀態(tài)。若主動索6處于松弛狀態(tài)或噴氣設(shè)備8關(guān)閉時，蝸卷彈簧19會拉動卷筒二18逆時針轉(zhuǎn)動，被動索7自動收回，使宇航員安全返回太空艙。