一種空間小型機械臂末端執(zhí)行裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于空間技術領域，具體涉及一種空間小型機械臂末端執(zhí)行裝置。
【背景技術】
[0002]末端執(zhí)行器安裝在空間機械臂的末端，跟隨機械臂接近被捕獲目標，在可捕獲位置處捕獲鎖緊目標物，并對目標物實現(xiàn)可靠的電氣連接。
[0003]目前已成功發(fā)射應用在機械臂末端的執(zhí)行器有國際空間站機械臂(SSRMS)末端執(zhí)行器、以及SPDM末端等，其中SSRMS共采用三個驅(qū)動源實現(xiàn)捕獲、拖動、鎖緊、適用于大容差操作，捕獲動作由繩索機構(gòu)實現(xiàn)；SPDM機構(gòu)由兩個滑塊實現(xiàn)夾持動作，無定位錐齒，剛度較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種空間小型機械臂末端執(zhí)行裝置，該裝置根據(jù)視覺相機實時、精確估計空間合作目標的三維位置姿態(tài)信息，實現(xiàn)對目標的捕獲、鎖緊、供電、通訊。
[0005]本發(fā)明是通過下述技術方案實現(xiàn)的:
[0006]—種空間小型機械臂末端執(zhí)行裝置，包括:目標適配器、捕獲鎖緊組件、電氣連接組件及視覺測量組件；
[0007]所述目標適配器上設有鎖緊目標、電連接器座及相機靶標；
[0008]所述捕獲鎖緊組件能夠通過兩個以上鎖爪向捕獲鎖緊組件軸線方向的同時收攏，實現(xiàn)對目標適配器上的鎖緊目標的捕獲；
[0009]所述電氣連接組件安裝在捕獲鎖緊組件內(nèi)部，能夠?qū)崿F(xiàn)電連接器沿捕獲鎖緊組件軸線方向的移動，并與目標適配器上的電連接器座配合；
[0010]所述視覺測量組件包括視覺相機和光源，視覺相機和光源均固定在捕獲鎖緊組件的端面上；通過對目標適配器的相機靶標的監(jiān)測，確定捕獲鎖緊組件與目標適配器的相對位置。
[0011]進一步的，所述捕獲鎖緊組件包括:殼體、蓋板、鎖爪、錐齒、滑軌、內(nèi)齒輪及連桿；
[0012]所述殼體為一端開放的圓柱形殼體；所述蓋板為圓板，在圓板的中心設有圓形凸臺，在圓形凸臺上設有與其同軸的通孔，在圓板的表面上設有兩個以上條形通孔；所述錐齒為圓環(huán)，在圓環(huán)的端面分布一圈周向齒；所述鎖爪為U型架，在U型架的兩個豎直部分之間安裝有鎖爪滾輪，U型架的底面部分設有與滑軌配合的通孔，且開孔方向與鎖爪滾輪的軸向互相垂直，U型架的底面設有連接軸；
[0013]蓋板固定在殼體的開放端并將殼體的開放端封閉；兩個以上滑軌的一端均固定在蓋板的邊緣處，另一端均固定在蓋板的圓形凸臺上，兩個以上滑軌呈中心對稱分布并與蓋板的條形通孔一一對應；錐齒遠離周向齒的端面固定在蓋板圓形凸臺上的滑軌的表面，且錐齒與蓋板同軸；兩個以上鎖爪分別套裝在滑軌上，并與滑軌滑動配合，鎖爪的連接軸穿過蓋板的條形通孔；內(nèi)齒輪通過軸承安裝在殼體開放端的內(nèi)圓周面；兩個以上連桿的一端均活動連接在內(nèi)齒輪的端面上，另一端分別活動連接在鎖爪的底面的連接軸，且當連桿與滑軌位于同一條直線時，鎖爪移動到最靠近殼體軸線的位置，即三個鎖爪同時收攏，處于捕獲鎖緊后的狀態(tài)。
[0014]進一步的，所述電氣連接組件包括:功率電連接器、信號電連接器、電機組件A、主動齒輪、電機組件B、螺桿、導向柱及電連接器支架；
[0015]所述電連接器支架上設有螺紋孔及定位孔；
[0016]電機組件A通過支架固定在殼體內(nèi)部，主動齒輪固定在電機組件A的輸出軸上，并與內(nèi)齒輪嚙合；電機組件B通過支架固定在殼體內(nèi)部，螺桿沿殼體的軸向固定在電機組件B的輸出軸上，電連接器支架與螺桿進行螺紋連接，使電連接器支架沿螺桿方向進行移動；一個以上導向柱均沿殼體的軸線方向固定在支架上，并分別與電連接器支架的定位孔進行孔軸配合，以防止電連接器支架發(fā)生轉(zhuǎn)動；功率電連接器及信號電連接器均固定在電連接器支架上，且功率電連接器穿過蓋板及錐齒的通孔，信號電連接器穿過蓋板。
[0017]進一步的，所述目標適配器包括:相機靶標、信號電連接器座、鎖緊目標及適配器底板；所述適配器底板為圓板；所述鎖緊目標為正棱柱，正棱柱的每個側(cè)面均設有與鎖爪相配合的楔形凹槽，正棱柱的端面設有與錐齒相配合的周向齒及與周向齒同軸的圓孔；相機靶標、信號電連接器座、鎖緊目標均固定在適配器底板上；
[0018]目標適配器的鎖緊目標的楔形凹槽與捕獲鎖緊機構(gòu)的鎖爪、鎖緊目標的周向齒與捕獲鎖緊機構(gòu)的錐齒的周向齒、目標適配器的相機靶標與捕獲鎖緊機構(gòu)的視覺測量組件、目標適配器的信號電連接器座與捕獲鎖緊機構(gòu)的信號電連接器均一一對應。
[0019]進一步的，所述鎖爪、滑軌及連桿的個數(shù)均相同，為三個；所述導向柱的個數(shù)為兩個；所述鎖緊目標為三棱柱。
[0020]工作原理:捕獲鎖緊機構(gòu)安裝在機械臂的末端，目標適配器安裝在被捕獲目標物上；在初始狀態(tài)時，捕獲鎖緊組件的三個鎖爪處于相對展開狀態(tài)即遠離殼體的軸線方向，同時，電氣連接組件的功率電連接器和信號電連接器處于未伸出的狀態(tài)；
[0021]利用視覺相機、光源及相機靶標實時、精確估計空間目標相對于機械臂末端之間的相對位置姿態(tài)參數(shù)，引導空間機械臂將捕獲鎖緊機構(gòu)移動到目標適配器的捕獲容差范圍內(nèi)；驅(qū)動電機組件A帶動主動齒輪轉(zhuǎn)動，由于主動齒輪與內(nèi)齒輪嚙合，從而驅(qū)動內(nèi)齒輪轉(zhuǎn)動，內(nèi)齒輪同時帶動三個連桿運動，進而由連桿同時推動三個鎖爪沿著滑軌向靠近殼體軸線的方向做直線運動，使安裝鎖爪滾輪的鎖爪的一端與鎖緊目標上的楔形凹槽配合，直到連桿與滑軌位于同一直線上時，此時該機構(gòu)處于死點位置，實現(xiàn)對目標適配器的捕獲鎖緊，建立機械連接；當確認捕獲鎖緊可靠后，驅(qū)動電機組件B轉(zhuǎn)動，帶動螺桿轉(zhuǎn)動，由螺桿驅(qū)動電連接器支架沿導向柱直線運動，從而驅(qū)動功率電連接器及信號電連接器向靠近目標適配器的方向伸出，與目標適配器的鎖緊目標及信號電連接器座配合，建立電氣連接，實現(xiàn)信號電連接器與信號電連接器座的信號導通，功率電連接器與鎖緊目標的功率信號導通；從而實現(xiàn)捕獲鎖緊機構(gòu)與目標適配器的機械連接和電氣連接，進而實現(xiàn)了對空間目標的鎖緊和通訊。
[0022]有益效果:(I)本發(fā)明利用視覺測量模塊實時、準確估計空間目標的三維位置與姿態(tài)，引導機械臂將捕獲鎖緊機構(gòu)控制在與目標適配器設定的容差范圍內(nèi)，由兩個動力源快速實現(xiàn)對安裝有目標適配器的被捕獲目標的捕獲鎖緊，并建立電氣連接，實現(xiàn)機械臂和被捕獲目標“機械和電氣”的可靠連接；其中，一個動力源經(jīng)連桿同時驅(qū)動多個鎖爪對任意安裝有適配器的空間目標進行快速捕獲鎖緊；鎖緊可靠后，由另一個動力源對信號電連接器和功率電連接器進行驅(qū)動，從而接通功率電和信號電。
[0023](2)本發(fā)明的捕獲鎖緊機構(gòu)同時驅(qū)動多個鎖爪沿滑軌運動，實現(xiàn)捕獲鎖緊動作，鎖緊到位后該機構(gòu)處于“死點”位置，可保證驅(qū)動源不受反作用力，鎖緊更加可靠。
[0024](3)本發(fā)明的目標適配器的側(cè)面設置楔形凹槽，鎖緊時由多個鎖緊滾輪同時在楔形凹槽上滾動，使目標適配器沿其軸線運動，并將目標適配器的周向齒壓入到捕獲鎖緊機構(gòu)的錐齒上，從而提高連接剛度，實現(xiàn)可靠鎖緊及限位作用。
[0025](4)本發(fā)明的光源的功能在于補償在軌空間光照環(huán)境，以輔助視覺相機能夠采集清晰的光學圖像，用于位姿參數(shù)的精確估計；鎖爪滾輪可相對于鎖爪滾動，有利于減小捕獲鎖緊的摩擦力；相機靶標用于視覺相機的標定。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明的組成示意圖。
[0027]圖2為本發(fā)明捕獲鎖緊組件的外部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖3為本發(fā)明捕獲鎖緊組件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖4為本發(fā)明電氣連接組件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖5為本發(fā)明的捕獲鎖緊后狀態(tài)示意圖。
[0031]圖6為本發(fā)明目標適配器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖7為本發(fā)明的待捕獲狀態(tài)不意圖。
[0033]圖8為本發(fā)明的機械和電氣連接的狀態(tài)示意圖。
[0034]其中，1-視覺相機，2-光源，3-鎖爪，4-鎖爪滾輪，5-功率電連接器，6_信號電連接器，7-殼體，8-蓋板，9-錐齒，10-滑軌，11-相機靶標，12-信號電連接器座，13-鎖緊目標，14-適配器底板，15-內(nèi)齒輪，16-連桿，17-電機組件A，18-主動齒輪，19-電機組件B，20-螺桿，21-導向柱，22-電連接器支架。
【具體實施方式】
[0035]下面結(jié)合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進行詳細描述。
[0036]本發(fā)明提供了一種空間小型機械臂末端執(zhí)行裝置，參見附圖1，包括:捕獲鎖緊機構(gòu)和目標適配器；
[0037]參見附圖2-5，所述捕獲鎖緊機構(gòu)包括:捕獲鎖緊組件、電氣連接組件及視覺測量組件；
[0038]所述捕獲鎖緊組件包括:殼體7、蓋板8、鎖爪3、錐齒9、滑軌10、內(nèi)齒輪15及連桿16;所述殼體7為一端開放的圓柱形殼體；所述蓋板8為圓板，在圓板的中心設有圓形凸臺，在圓形凸臺上設有與其同軸的通孔，在圓板的表面上設有三個條形通孔；所述錐齒9為圓環(huán)，在圓環(huán)的端面分布一圈周向齒；所述鎖爪3為U型架，在U型架的兩個豎直部分之間安裝有鎖爪滾輪4，U型架的底面部分設有與滑軌10配合的通孔，且開孔方向與鎖爪滾輪4的軸向互相垂直，U型架的底面設有連接軸；
[0039]蓋板8固定在殼體7的開放端并將殼體7的開放端封閉；三個滑軌10的一端均固定在蓋板8的邊緣處，另一端均固定在蓋板8的圓形凸臺上，三個滑軌10呈中心對稱分布并與蓋板8的條形通孔一一對應；錐齒9遠離周向齒的端面固定在蓋板8圓形凸臺上的滑軌10的表面，且錐齒9與蓋板8同軸；三個鎖爪3分別套裝在滑軌10