一种空间非合作目标抓捕模块

本发明涉及空间非合作目标抓捕领域，具体涉及一种空间非合作目标抓捕模块。

背景技术：

0、技术背景

1、自20世纪以来，随着航天技术的不断发展，空间探测领域的进一步延伸。机器人技术逐渐应用于空间停靠、在轨对接、模块维修等方面。但面对未来多任务空间作业环境，现有的空间机器人专用性高、可扩展性差、维护与制造成本相对较高，在面向空间非合作目标抓捕领域具有局限性。模块化空间机器人在原有空间机器人的基础上，针对复杂空间环境下的不同作业内容，通过模块单元之间的功能组合，衍生出在不同工作状态下的结构类型。空间非合作目标抓捕模块作为模块化空间机器人的执行单元，针对不同类型的空间非合作目标，通过改变指爪关节的初始姿态，实现对空间非合作目标的快速抓捕。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种用于空间非合作目标抓捕的模块单元，空间非合作目标抓捕模块可在复杂的空间环境下，对不同类型的空间非合作目标进行抓捕，实现空间非合作目标在三维坐标系下姿态的快速变换。

2、为了解决上述技术问题：本发明采取了以下技术方案：

3、本发明公开了一种空间非合作目标抓捕模块，包括：旋转体结构外壳、指端基座连接架、指端基座驱动轮系、指端基底驱动轮系、驱动轮系a、驱动轮系b、驱动轮系c、升降机构a、升降机构b、旋转机构a、旋转机构b，其中驱动轮系a包括：关节固定机架a、异形齿轮a、异形齿轮b、驱动齿轮a、过渡齿轮a、立式电机a、轴承、连杆旋转基座a；升降机构a包括：立式电机b、丝杠a、滑块、v型滑槽连接件、销轴；驱动轮系b包括：关节固定机架b、立式电机a、驱动齿轮b、驱动齿轮c、异形齿轮c、异形齿轮d、异形齿轮e、异形齿轮f、过渡齿轮b、过渡齿轮c、介轮、轴承，连杆旋转基座b、连杆旋转基座c；驱动轮系c包括：关节固定机架c、立式电机a、驱动齿轮a、异形齿轮a、异形齿轮b、过渡齿轮a、轴承、连杆旋转基座a；旋转机构a包括：连杆自旋基座、连杆旋转基座a、连杆旋转基座b、细长轴a、轴承；旋转机构b包括：连杆自旋基座、连杆旋转基座a、连杆旋转基座c、细长轴b、轴承；指端基座驱动轮系包括：关节固定机架a、基座旋转机架a、滑动盖板、输出长轴、小锥齿轮a、小锥齿轮b、大锥齿轮、立式电机a、细长轴c、轴承；指端基底驱动轮系包括：关节旋转基座、基座旋转机架a、基座旋转机架b、行星架、太阳轮a、行星轮a、内齿圈a、太阳轮b、行星轮b、内齿圈b、电机固定架、立式电机a、旋转体移动机架、外联架、轴承；升降机构b包括：旋转体移动机架、旋转体机构外壳、丝杠b、立式电机a、电机基座底板。所述升降机构b中电机基座底板固定在旋转体结构外壳的底端，所述升降机构b中立式电机a带动丝杠b正向旋转，使升降机构b中旋转体移动机架在竖直方向上产生位移，完成旋转体移动机架的升降运动。所述指端基底驱动轮系中太阳轮a固定在基座旋转机架a的底端，所述指端基底驱动轮系中太阳轮b固定在基座旋转机架b的底端，所述指端基底驱动轮系中内齿圈a与行星架通过外联架固定，所述指端基底驱动轮系中行星轮b与行星架固定，所述指端基底驱动轮系中立式电机a带动太阳轮a旋转，通过与行星轮a之间的啮合传动，带动内齿圈a旋转，进而实现行星架的反向旋转，使所述指端基底驱动轮系中太阳轮b与太阳轮a之间进行相向旋转，完成关节旋转基座的旋转运动。所述指端基座驱动轮系中立式电机a分别固定在滑动盖板的底端和基座旋转机架a的底端，所述指端基座驱动轮系中立式电机a带动大锥齿轮做轴向旋转，通过大锥齿轮与小锥齿轮a之间的啮合传动、小锥齿轮b与小锥齿轮b之间的啮合传动，使输出长轴绕自身中心线进行轴向旋转，进而完成关节固定机架a的轴线旋转运动。所述驱动轮系a中立式电机a固定在关节固定机架a的顶端，过渡齿轮a与异形齿轮a之间同轴固定连接，所述驱动轮系a中立式电机a带动驱动齿轮a，通过驱动齿轮a与过渡齿轮a之间的啮合传动、异形齿轮a与异形齿轮b之间的啮合传动，进而完成上层连杆旋转基座a的相向旋转运动。所述驱动轮系b中立式电机a固定在关节固定机架b的顶端，过渡齿轮b与异形齿轮c之间同轴固定连接，过渡齿轮c与异形齿轮e之间同轴固定连接，驱动齿轮b与驱动齿轮c之间同轴固定连接，所述驱动轮系b中立式电机a带动驱动齿轮b和驱动齿轮c，通过驱动齿轮b与过渡齿轮b之间的啮合传动、异形齿轮c与异形齿轮d之间的啮合传动、驱动齿轮c与介轮之间的啮合传动、介轮与过渡齿轮c之间的啮合传动、异形齿轮e与异形齿轮f之间的啮合传动，进而完成双层连杆旋转基座的联动旋转运动。所述驱动轮系c中立式电机a固定在关节固定机架c的顶端，过渡齿轮a与异形齿轮a之间同轴固定连接，所述驱动轮系c中立式电机a带动驱动齿轮a，通过驱动齿轮a与过渡齿轮a之间的啮合传动、异形齿轮a与异形齿轮b之间的啮合传动，进而完成下层连杆旋转基座a的相向旋转运动。所述升降机构a中立式电机b带动丝杠a正向旋转，通过丝杠a与v型滑槽连接件之间的螺纹配合，使升降机构a中v型滑槽连接件在竖直方向上产生位移，完成v型滑槽连接件的升降运动。所述旋转机构a中连杆自旋基座分别与连杆旋转基座a、连杆旋转基座b相互连接，所述旋转机构a中细长轴a两端分别与连杆自旋基座相互连接，通过连杆旋转基座a、连杆旋转基座b与连杆自旋基座中心轴之间的径向旋转、细长轴a与连杆自旋基座中心轴之间轴向旋转，进而完成细长轴a的多向旋转运动。所述旋转机构b中连杆自旋基座分别与连杆旋转基座a、连杆旋转基座c相互连接，所述旋转机构b中细长轴b两端分别与连杆自旋基座相互连接，通过连杆旋转基座a、连杆旋转基座c与连杆自旋基座中心轴之间的径向旋转、细长轴b与连杆自旋基座中心轴之间轴向旋转，进而完成细长轴b的多向旋转运动。

4、进一步地，所述升降机构b中4个立式电机a固定在电机基座底盘上的电机架上，电机基座底盘与旋转体结构外壳通过4个螺栓相连。所述升降机构b中4根丝杠b固定在立式电机a上，由立式电机a带动旋转。所述升降机构b中旋转体移动机架与丝杠b之间通过螺纹相连，旋转体移动机架与旋转体结构外壳之间通过滑槽相连。

5、进一步地，所述指端基底驱动轮系中立式电机a固定在电机固定架上，并与太阳轮a相连，由立式电机a带动太阳轮a进行旋转。所述指端基底驱动轮系中电机固定架与旋转体移动机架通过4个螺栓相互固定，太阳轮a与基座旋转机架a通过4个螺栓相互连接。所述指端基底驱动轮系中3个行星轮a与内齿圈b上的行星轮固定架相连，内齿圈b与旋转体移动机架通过4个螺栓相互固定。所述指端基底驱动轮系中内齿圈a与行星架通过3个外联架相互固定，通过齿轮之间的啮合传动，驱使两者共同旋转。所述指端基底驱动轮系中3个行星轮b固定在行星架，太阳轮b与基座旋转机架b通过4个螺栓相互固定，基座旋转机架a、基座旋转机架b分别与2个关节旋转基座通过4个螺栓相互固定，4个关节旋转基座与滑动盖板之间通过滑槽相连。

6、进一步地，所述指端基座驱动轮系中上层立式电机a固定在滑动盖板上的电机架上，滑块盖板与旋转体移动机架通过4个螺栓相连，下层立式电机a与基座旋转机架a通过2个螺栓相连。所述指端基座驱动轮系中2个大锥齿轮分别与2个立式电机a相连，4个小锥齿轮a和4个小锥齿轮b分别固定在4个细长轴c的两端，4个小锥齿轮b分别与4个输出长轴相互固定，4个指端基座连接架分别与4个输出长轴通过4个螺栓相互固定。

7、进一步地，所述驱动轮系a中关节固定机架a固定在指端基座连接架上，过渡齿轮a与异形齿轮a之间同轴固定连接，异形齿轮a、异形齿轮b、过渡齿轮a与关节固定机架a之间通过轴承相互连接，驱动齿轮a与立式电机a相互连接，立式电机a与关节固定机架a之间通过两个螺栓相互固定，2个连杆旋转基座a分别与异形齿轮a、异形齿轮b通过轴承相互连接。

8、进一步地，所述驱动轮系b中关节固定机架b与v型滑槽连接件通过两个销轴相连，过渡齿轮b与异形齿轮c之间同轴固定连接，过渡齿轮c与异形齿轮e之间同轴固定连接，驱动齿轮b与驱动齿轮c之间同轴固定连接，介轮、异形齿轮c、异形齿轮d、异形齿轮e、异形齿轮f、过渡齿轮b、过渡齿轮c与关节固定机架b之间通过轴承相互连接，驱动齿轮b、驱动齿轮c与立式电机a相互连接，立式电机a与关节固定机架b之间通过两个螺栓相互固定。所述驱动轮系b中2个连杆旋转基座b分别与异形齿轮c、异形齿轮d通过轴承相互连接，2个连杆旋转基座c分别与异形齿轮e、异形齿轮f通过轴承相互连接。

9、进一步地，所述驱动轮系c中关节固定机架c与v型滑槽连接件之间通过两个销轴相连，过渡齿轮a与异形齿轮a之间同轴固定连接，异形齿轮a、异形齿轮b、过渡齿轮a与关节固定机架c之间通过轴承相互连接，驱动齿轮a与立式电机a相互连接，立式电机a与关节固定机架c通过两个螺栓相互固定，2个连杆旋转基座a分别与异形齿轮a、异形齿轮b通过轴承相互连接。

10、进一步地，所述升降机构a中立式电机b固定在关节固定机架a上，丝杠b两端分别与立式电机b、关节固定机架a中立面凹槽相连。所述升降机构a中v型滑槽连接件与丝杠a之间通过螺纹配合相连，v型滑槽连接件中的滑槽与关节固定机架a中的滑槽通过2个滑块相互连接。

11、进一步地，所述旋转机构a中细长轴a两端与连杆自旋基座通过轴承相连，两端连杆自旋基座分别与连杆旋转基座a、连杆旋转基座b之间通过销轴相互连接。

12、进一步地，所述旋转机构b中细长轴b两端与连杆自旋基座通过轴承相连，两端连杆自旋基座分别与连杆旋转基座a、连杆旋转基座c之间通过销轴相互连接。

13、本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

14、1.采用电机-齿轮和电机-丝杠控制，可实现空间非合作目标抓捕模块在空间失重的环境下，指爪关节的收纳、伸缩、弯曲以及旋转运动。

15、2.采用双行星轮系旋转机构、t形滑块-滑槽平移机构，两种机构相互配合可实现空间非合作目标抓捕模块在不同的抓捕环境下，通过变换指爪关节单元的空间位置，提升抓捕运动的泛用程度。同时行星轮系具备对称性旋转结构，可以提高空间非合作目标抓捕模块在执行抓捕运动过程中的稳定性。

16、3.采用差高齿轮传动机构，可实现空间非合作目标抓捕模块在不同的抓捕环境下，指爪关节接触面对非合作抓捕目标表面的最优包络。

17、4.采用丝杠-滑块-滑槽平移机构、异形齿轮轮系-滑槽旋转机构，两种机构相互配合可实现指爪关节单元的伸缩运动以及弯曲运动，同时提高了整体运动的平稳性。

18、5.采用模块化指爪关节机构、各指爪关节单元具备高可重构性，可实现空间非合作目标抓捕模块在空间失重的环境下，指爪关节的易维修、可替换，同时提升面向不同的空间非合作目标抓捕运动的泛用程度。