專利名稱：一種新型三自由度機(jī)械手爪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種空間機(jī)械抓捕裝置，具體地說(shuō)，涉及一種新型三自由度機(jī)械手爪。
背景技術(shù)：
眾所周知，隨著空間技術(shù)、信息化技術(shù)和立體化作戰(zhàn)技術(shù)的發(fā)展，高空中各種類型 衛(wèi)星、飛行器有效地為各方面提供了可靠的信息情報(bào)、圖像圖片、通訊導(dǎo)航、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等，并 且作用越來(lái)越大。因此，如何能夠使空間探測(cè)衛(wèi)星、偵察衛(wèi)星、通信衛(wèi)星等在軌飛行器失效， 或?qū)κг诳罩新蔚娘w行器進(jìn)行回收，成為科學(xué)技術(shù)研究的重點(diǎn)課題。所以，當(dāng)前世界科 技實(shí)力雄厚的國(guó)家都相繼開(kāi)展了在軌打擊武器(或裝置)的研究計(jì)劃。目前較多的空間武 器(或裝置)是動(dòng)能殺傷攔截器(KKV，Kinetic Kill Vehicle)和空間飛網(wǎng)。動(dòng)能殺傷攔 截器主要是利用非爆炸性高速飛行所具有的巨大動(dòng)能，通過(guò)直接碰撞或加裝輔助殺傷裝置 的方式摧毀目標(biāo)衛(wèi)星，在和平時(shí)期或戰(zhàn)略對(duì)峙階段，這種攻擊方式非常容易被對(duì)方發(fā)現(xiàn)；該 方式也將會(huì)在高空中造成大量碎片，造成對(duì)空間環(huán)境的污染?？臻g飛網(wǎng)在抓捕空間目標(biāo)衛(wèi) 星時(shí)，對(duì)空間機(jī)動(dòng)平臺(tái)和飛網(wǎng)的發(fā)射機(jī)構(gòu)提出了較高要求，其主要依靠增大飛網(wǎng)的抓捕面 積來(lái)提高抓捕成功率；其次，飛網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)射后，飛網(wǎng)系統(tǒng)變成了被動(dòng)控制，所以，可控性大大 降低；最后，由于發(fā)射飛網(wǎng)需要較大的初始速度，增加了飛網(wǎng)反彈的可能性，從而對(duì)平臺(tái)造 成威脅。

發(fā)明內(nèi)容
為了彌補(bǔ)上述抓捕方式在任務(wù)執(zhí)行過(guò)程中的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明提供一種新型三 自由度機(jī)械手爪。該手爪可通過(guò)啟動(dòng)抓捕執(zhí)行機(jī)構(gòu)，伸縮、旋轉(zhuǎn)、開(kāi)合機(jī)械手爪執(zhí)行抓捕任 務(wù)，成功抓捕到目標(biāo)后，三自由度機(jī)械手爪及三自由度手爪各執(zhí)行機(jī)構(gòu)鎖緊，以確保抓捕任 務(wù)順利完成。該三自由度機(jī)械手爪可通過(guò)搭載在衛(wèi)星平臺(tái)上，在平臺(tái)的導(dǎo)引下通過(guò)自主尋 覓、目標(biāo)跟蹤和智能控制系統(tǒng)的制導(dǎo)與控制進(jìn)行位置、姿態(tài)的調(diào)整和校正，并通過(guò)安裝自帶 的噴氣推進(jìn)系統(tǒng)逐漸接近目標(biāo)。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是機(jī)械抓捕裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由本體 和抓捕執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。本體作為機(jī)械抓捕裝置各分系統(tǒng)(視覺(jué)系統(tǒng)、動(dòng)力與推進(jìn)系統(tǒng)、執(zhí)行 機(jī)構(gòu)控制器、姿軌控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等)的安裝面和包容面。所述的三自由度抓捕執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)。其中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)相對(duì)機(jī)械抓捕裝置本體的伸縮運(yùn)動(dòng)，其伸縮距離不小于IOcm ；電機(jī)帶減速裝 置直接實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的士90°旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；電機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及圓柱齒輪傳動(dòng)機(jī) 構(gòu)構(gòu)成的二級(jí)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手爪的開(kāi)合運(yùn)動(dòng)。各實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)均設(shè)有自鎖功能。采用本發(fā)明的新型三自由度機(jī)械手爪，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械手爪的自主抓捕目標(biāo)功能， 通過(guò)簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)抓捕執(zhí)行機(jī)構(gòu)的伸縮、旋轉(zhuǎn)、開(kāi)合機(jī)械手爪多自由度的姿態(tài)調(diào) 整，并通過(guò)安裝自帶的噴氣推進(jìn)系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境抓捕目標(biāo)。該三自由度機(jī)械手爪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 可靠性高。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明三自由度機(jī)械手爪的實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。圖1為本發(fā)明三自由度機(jī)械手爪開(kāi)合運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的示意圖。圖2為本發(fā)明三自由度機(jī)械手爪旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的示意圖。圖3為本發(fā)明三自由度機(jī)械手爪伸縮運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的示意圖。圖4為本發(fā)明三自由度機(jī)械手爪結(jié)構(gòu)的示意圖。1.機(jī)械手爪 2.軸承擋板 3.軸承 4.蝸輪齒輪軸 5.蝸桿軸 6.齒輪軸 7.傳動(dòng)箱底座 8.旋轉(zhuǎn)軸承蓋 9.轉(zhuǎn)動(dòng)軸 10.轉(zhuǎn)動(dòng)軸承 11.旋轉(zhuǎn)電機(jī)座12.齒輪條 13.卡位銷14.齒輪15.齒條滑道16.伸縮電機(jī)座17.伸縮電機(jī)18.機(jī)械抓捕裝置 本體19.開(kāi)合電機(jī)20.旋轉(zhuǎn)電機(jī)
具體實(shí)施例方式圖1示出了本發(fā)明三自由度機(jī)械手爪的開(kāi)合運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)，該開(kāi)合運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu) 包括傳動(dòng)箱、蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和機(jī)械手爪1 ；所述的傳動(dòng)箱包括軸承擋板2、軸承3、蝸輪 齒輪軸4、蝸桿軸5、齒輪軸6和傳動(dòng)箱底座7。固定安裝在傳動(dòng)箱底座7上的開(kāi)合電機(jī)19 直接帶動(dòng)蝸桿軸5轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和圓柱齒輪外嚙合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)形成的二級(jí)傳 動(dòng)組合機(jī)構(gòu)，完成蝸輪齒輪軸4和齒輪軸6的相向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)兩只機(jī)械手爪1的開(kāi)合運(yùn) 動(dòng)。蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和圓柱齒輪外嚙合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)形成的二級(jí)傳動(dòng)組合連接以轉(zhuǎn)動(dòng)副為 主，采用軸承3連接，實(shí)現(xiàn)小摩擦相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖2所示，本發(fā)明機(jī)械手爪旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)包括傳動(dòng)箱底座7、旋轉(zhuǎn)軸承蓋8、 轉(zhuǎn)動(dòng)軸9、轉(zhuǎn)動(dòng)軸承10、旋轉(zhuǎn)電機(jī)座11和齒輪條12。所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)20固定安裝在旋轉(zhuǎn)電 機(jī)座11上與齒輪條12相聯(lián)接，旋轉(zhuǎn)電機(jī)20直接帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸9旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)傳動(dòng)箱繞固定軸 相對(duì)于齒輪條12轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)角度由電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)設(shè)有自鎖功 能。圖3所展示的是本發(fā)明三自由度機(jī)械手爪的伸縮運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)，其包括齒輪條 12、卡位銷13、齒輪14、齒條滑道15、伸縮電機(jī)座16和伸縮電機(jī)17，所述伸縮電機(jī)17與伸縮 電機(jī)座16連接，固定安裝在機(jī)械抓捕裝置本體18上，伸縮電機(jī)17直接帶動(dòng)齒輪14轉(zhuǎn)動(dòng)，并 通過(guò)齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)齒輪條12在齒條滑道15進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，卡位銷13對(duì)齒輪條 12的最大行程進(jìn)行限制，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械抓捕裝置執(zhí)行機(jī)構(gòu)相對(duì)機(jī)械抓捕裝置本體的伸縮運(yùn) 動(dòng)，其伸縮距離不小于10cm。圖4是本發(fā)明三自由度機(jī)械手爪結(jié)構(gòu)的示意圖。它包括機(jī)械抓捕裝置本體18、開(kāi) 合電機(jī)19、傳動(dòng)箱底座7、齒輪條12、齒條滑道15、旋轉(zhuǎn)電機(jī)20和機(jī)械手爪1。所述的開(kāi)合 電機(jī)19固定安裝在傳動(dòng)箱底座7上直接帶動(dòng)蝸桿軸5轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和圓柱 齒輪外嚙合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)形成的二級(jí)傳動(dòng)組合機(jī)構(gòu)，完成蝸輪齒輪軸4和齒輪軸6的相向旋轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)兩只相互呈“<>”形結(jié)構(gòu)的機(jī)械手爪1的開(kāi)合運(yùn)動(dòng)，并設(shè)有位置自鎖功能；旋轉(zhuǎn)電 機(jī)20帶減速裝置直接實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的士90°旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明提出的三自由度機(jī)械手爪，是空間電機(jī)驅(qū)動(dòng)抓捕裝置多自由度運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)， 其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能獨(dú)立實(shí)現(xiàn)三自由度運(yùn)動(dòng)，通過(guò)啟動(dòng)空間抓捕裝置執(zhí)行機(jī)構(gòu)，伸縮、旋轉(zhuǎn)、開(kāi)合機(jī)械手爪執(zhí)行、實(shí)現(xiàn)抓捕任務(wù)，成功抓捕到目標(biāo)后，三自由度機(jī)械手爪及三自由度手爪各執(zhí) 行機(jī)構(gòu)鎖緊，以確保抓捕任務(wù)順利完成。該三自由度機(jī)械手爪可通過(guò)搭載在衛(wèi)星平臺(tái)上，在 平臺(tái)的導(dǎo)引下通過(guò)自主尋覓、目標(biāo)跟蹤和智能控制系統(tǒng)的制導(dǎo)與控制進(jìn)行位置、姿態(tài)的調(diào) 整和校正，并通過(guò)安裝自帶的噴氣推進(jìn)系統(tǒng)逐漸接近目標(biāo)。提高了空間捕獲裝置的工作性 能和完成任務(wù)的可靠性。
權(quán)利要求
一種三自由度機(jī)械手爪，包括傳動(dòng)箱、蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、空間機(jī)械抓捕裝置本體，其特征在于它還包括兩只相互開(kāi)合呈“<>”形結(jié)構(gòu)的機(jī)械手爪(1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三自由度機(jī)械手爪，其特征在于所述伸縮電機(jī)(17)與伸 縮電機(jī)座(16)連接，固定安裝在機(jī)械抓捕裝置本體(18)上，伸縮電機(jī)(17)帶動(dòng)齒輪(14) 轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過(guò)齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)齒輪條(12)在齒條滑道(15)進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，卡位銷 (13)對(duì)齒輪條(12)的最大行程進(jìn)行限制，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械抓捕裝置執(zhí)行機(jī)構(gòu)相對(duì)機(jī)械抓捕 裝置本體的伸縮運(yùn)動(dòng)，其伸縮距離不小于10cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三自由度機(jī)械手爪，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)(20)固定安 裝在旋轉(zhuǎn)電機(jī)座(11)上與齒輪條(12)相聯(lián)接，旋轉(zhuǎn)電機(jī)(20)直接帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸(9)旋轉(zhuǎn)， 帶動(dòng)傳動(dòng)箱繞固定軸相對(duì)于齒輪條(12)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)角度由電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，并設(shè)有 自鎖功能。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三自由度機(jī)械手爪，其特征在于所述開(kāi)合電機(jī)(19)固定安 裝在傳動(dòng)箱底座(7)上帶動(dòng)蝸桿軸(5)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和圓柱齒輪外嚙合傳 動(dòng)機(jī)構(gòu)形成的二級(jí)傳動(dòng)組合機(jī)構(gòu)，完成蝸輪齒輪軸(4)和齒輪軸(6)的相向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn) 兩只機(jī)械手爪(1)的開(kāi)合運(yùn)動(dòng)，并設(shè)有位置自鎖功能。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三自由度機(jī)械手爪，其特征在于機(jī)構(gòu)連接以轉(zhuǎn)動(dòng)副為主，采 用軸承(3)連接，實(shí)現(xiàn)小摩擦相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種新型三自由度機(jī)械手爪。該手爪具有自主抓捕目標(biāo)功能，通過(guò)啟動(dòng)抓捕執(zhí)行機(jī)構(gòu)，伸縮、旋轉(zhuǎn)、開(kāi)合機(jī)械手爪執(zhí)行抓捕任務(wù)，成功捕獲到目標(biāo)后，三自由度機(jī)械手爪及三自由度手爪各執(zhí)行機(jī)構(gòu)鎖緊，以確保抓捕任務(wù)順利完成。該三自由度機(jī)械手爪可通過(guò)搭載在衛(wèi)星平臺(tái)上，在平臺(tái)的導(dǎo)引下通過(guò)自主尋覓、目標(biāo)跟蹤和智能控制系統(tǒng)的制導(dǎo)與控制進(jìn)行位置、姿態(tài)的調(diào)整和校正，并通過(guò)安裝自帶的噴氣推進(jìn)系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境抓捕目標(biāo)。該三自由度機(jī)械手爪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高。
文檔編號(hào)B25J15/08GK101890722SQ20101019149
公開(kāi)日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月3日
發(fā)明者姜軍, 孟中杰, 蘇斌, 黃攀峰 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)