一種剛柔結合的小行星表面作業輔助機構的製作方法

2023-07-22 07:21:21

一種剛柔結合的小行星表面作業輔助機構的製作方法
【專利摘要】本發明公開了剛柔結合的小行星表面作業輔助機構，包括機架、設置在機架上的伸縮裝置以及使伸縮裝置實現伸縮運動的驅動裝置，伸縮裝置包括剛性伸縮機構和柔性伸縮機構，剛性伸縮機構為伸縮套筒機構，該伸縮套筒機構包括固定套筒和至少一個設置在固定套筒內的活動套筒；柔性伸縮機構為卷簧機構；驅動裝置包括驅動電機以及通過驅動電機驅動的驅動鏈輪，在卷簧中部設置有驅動孔，該驅動孔與驅動鏈輪的鏈齒配合，在機架上還設置有用於預緊和支撐的由一對軸承構成的導向機構，卷簧從所述一對軸承的中間穿過。本發明結合剛性機構強度大和柔性機構易伸縮的優點，有效降低了單純剛性機構的大體積和高複雜度，以及柔性機構強度低的難題。
【專利說明】一種剛柔結合的小行星表面作業輔助機構

【技術領域】
[0001]本發明涉及機械學、機器人技術、外星球探測、小行星探測，特別涉及一種剛柔結合的小行星表面作業輔助機構。

【背景技術】
[0002]小行星表面的物質成分含有太陽系形成的證據，以及地球生命起源的秘密，因此具有很重要的科學研究價值；小行星表面還有大量純度極高的稀有金屬，甚至含有維持生命重要的物質水，其可以用於深空探測中航天員生命保障系統的補給等；一些近地小行星還有撞擊地球的風險，引起了許多國家的廣泛關注。小行星研究的科學價值、資源經濟價值，以及其可能毀滅人類文明的風險使得美國、日本、俄羅斯、歐盟、中國等國家已經開始了許多觀測和深入研究的項目。小行星表面著陸、採樣和返回探測目前是研究的熱點，而且面臨很多難題，其中小行星表面微重力環境下的行走和作業是一個難點，缺乏合適的輔助機構幫助機器人或航天員在小行星表面運動並完成作業和返回任務。
[0003]本發明專利提出將多節可伸縮套筒的抗彎高強度和可伸縮柔性卷簧機構的體積小、質量輕、結構簡單的優點結合，實現一種新型的剛柔結合的小行星表面作業輔助機構，可以克服多節套筒獨立伸縮驅動的複雜度和系統質量，以及柔性卷簧機構剛度低的問題。本發明剛柔結合的作業輔助機構可有效增大機器人或航天員在小行星表面作業的範圍，並可用於對系統質量、複雜度、剛度要求等嚴格的多種場合中。


【發明內容】

[0004]技術問題本發明所要解決的技術問題在於，克服單純多節套筒伸縮機構驅動機構複雜、體積和質量大的問題，以及單純柔性伸縮機構剛度低的問題，設計剛柔結合的小行星表面作業輔助機構。
[0005]技術方案本發明的技術方案為:
一種剛柔結合的小行星表面作業輔助機構，包括機架、設置在機架上的伸縮裝置以及使所述伸縮裝置實現伸縮運動的驅動裝置，其特徵在於:所述的伸縮裝置包括剛性伸縮機構和柔性伸縮機構，所述的剛性伸縮機構為伸縮套筒機構，該伸縮套筒機構包括固定套筒和至少一個設置在固定套筒內的活動套筒；所述的柔性伸縮機構為卷簧機構，該卷簧機構包括卷簧軸以及一端固定在所述卷簧軸上的卷簧，所述的固定套筒固定在所述的機架上，所述卷簧的另一端固定在所述伸縮套筒機構的最內的活動套筒上；所述的驅動裝置包括驅動電機以及通過所述驅動電機驅動的驅動鏈輪，在所述的卷簧中部設置有驅動孔，該驅動孔與所述驅動鏈輪的鏈齒配合，在所述的機架上還設置有用於預緊和支撐的由一對軸承構成的導向機構，所述的導向機構位於所述驅動鏈輪的上方和下方，所述的卷簧從所述一對軸承的中間穿過。
[0006]所述的卷簧機構為兩個，所述的驅動鏈輪為兩個，所述的驅動機構還包括一主動齒輪和一從動齒輪，所述的主動齒輪固定在所述驅動電機的輸出軸上，所述的從動齒輪與所述的主動齒輪嚙合，所述的兩個驅動鏈輪分別固定在所述的主動齒輪和從動齒輪上，所述兩個驅動鏈輪分別驅動一個所述卷簧機構的卷簧。
[0007]所述的機架為內部中空，上端面開口的長方體腔體，所述的剛性伸縮機構設置在腔體的下端，所述的柔性伸縮機構設置在腔體的上端，所述的驅動機構設置在腔體內。
[0008]本發明剛柔結合的小行星表面作業輔助機構工作過程為:驅動電機正轉驅動主動齒輪和從動齒輪同步轉動，從而帶動兩個驅動鏈輪驅動兩個卷簧機構的卷簧伸展，兩個卷簧機構的同步伸展驅動剛性伸縮機構伸展，從而完成作業輔助機構的自展開，驅動電機反轉可以驅動剛性伸縮機構的自收縮功能。
[0009]採用本發明的技術方案將有以下的有益效果:
(I)本發明採用驅動電機帶動卷簧上下運動，通過卷簧的運動牽引剛性伸縮機構的伸縮，同時，柔性伸縮機構的卷簧也起到了彈性支撐和緩衝作用，使得本發明具有了抗彎強度大、易伸縮、體積質量小、複雜度低等優點，有效解決了單純剛性展開機構的體積大和複雜度高的問題，以及柔性展開機構抗彎強度低的難題。
[0010](2)本發明所設計剛柔結合的小行星表面作業輔助機構，可以擴大機器人和航天員的行走和作業範圍，並提供其作業所需要的支撐力，本發明作業輔助機構也可以廣泛應用於各種對系統質量、體積、複雜度等要求較高的場合。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發明實施例的整體結構示意圖一。
[0012]圖2是本發明實施例的整體結構示意圖二。
[0013]圖3是本發明實施例的整體結構俯視圖。
[0014]圖4是本發明實施例的機架三視圖。
[0015]圖5是本發明實施例的剛性伸縮機構示意圖。
[0016]圖6是本發明實施例的柔性伸縮機構透視示意圖一。
[0017]圖7是本發明實施例的柔性伸縮機構示意圖二。
[0018]圖8是本發明實施例的柔性伸縮機構剖視圖。
[0019]圖9是本發明實施例的驅動機構三視圖。
[0020]圖10是本發明實施例的驅動機構俯視圖。

【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖和實施例，對本發明的工作原理和工作過程作進一步詳細說明。
[0022]實施例:參照圖1、圖2、圖3和圖4，一種剛柔結合的小行星表面作業輔助機構由機架1、伸縮裝置和驅動機構4組成。其中伸縮裝置包括剛性伸縮機構2和柔性伸縮機構
3。機架I為內部中空，上端面開口的長方體腔體，其上設置有用於安裝剛性伸縮機構2、柔性伸縮機構3和驅動機構4的螺紋孔、軸孔，以及柔性伸縮機構3伸縮運動的槽孔。
[0023]參照圖1、圖3和圖5，剛性伸縮機構2包括固定套筒和至少一個活動套筒，在本實施例中，伸縮套筒機構包括由第一套筒2-1形成的固定套筒，和第二套筒2-2、第三套筒2-3和第四套筒2-4形成的活動套筒，第一套筒2-1後端通過螺絲孔固接在機架I下端面上，第二套筒2-2後端與第一套筒2-1前端套接，第三套筒2-3後端與第二套筒2-2前端套接，第四套筒2-4後端與第三套筒2-3前端套接，第四套筒2-4第三套筒2-3中伸展出來和收縮進去，第三套筒2-3第二套筒2-2中伸展出來和收縮進去，第二套筒2-2第一套筒2-1中伸展出來和收縮進去，因此四根套筒可以依次伸出使機構伸展開來，也可以依次收回使機構收縮起來。
[0024]參照圖1、圖2、圖6、圖7和圖8，柔性伸縮機構3為卷簧機構，包括左卷簧盒3_1、左卷簧軸3-2、左卷簧3-3、右卷簧盒3-4、右卷簧軸3-5和右卷簧3-6,左卷簧盒3_1通過螺絲固定在機架左上部表面，左卷簧軸3-2固定在左卷簧盒3-1內部前後壁的中間位置，左卷簧3-3 —端固定在左卷簧軸3-2上，並在左卷簧軸3-2上卷繞，左卷簧3-3另一端伸出左卷簧盒3-1下端面的槽孔並從四根套筒中間偏左穿過，固定在第四套筒2-4前端面上，左卷簧
3-3中間位置設置有一排驅動孔，用於驅動左卷簧3-3的伸展和收縮，右卷簧盒3-4通過螺絲固定在機架右上部表面，右卷簧軸3-5固定在所述的右卷簧盒3-4內部前後壁的中間位置，右卷簧3-6 —端固定在右卷簧軸3-5上，並在右卷簧軸3-5上卷繞，右卷簧3-6另一端伸出右卷簧盒3-4下端面的槽孔並從四根套筒中間偏右穿過，固定在第四套筒2-4前端面上，右卷簧3-6中間位置也設置有一排驅動孔，用於驅動右卷簧3-6的伸展和收縮。
[0025]參照圖1、圖2、圖3、圖7、圖8、圖9和圖10，驅動機4包括驅動電機4_1、左齒輪
4-2、左鏈輪4-3、左一軸承軸4-4、左二軸承軸4-5、左三軸承軸4_6、左四軸承軸4_7、左一軸承4-8、左二軸承4-9、左三軸承4-10、左四軸承4-11、右齒輪軸4_12、右齒輪4_13、右鏈輪4-14、右一軸承軸4-15、右二軸承軸4-16、右三軸承軸4_17、右四軸承軸4_18、右一軸承4-19、右二軸承4-20、右三軸承4-21和右四軸承4_22，驅動電機4_1固定在機架I後端面外側面上，電機軸深入到機架腔體內部，並從機架I前端面伸出，左齒輪4-2和左鏈輪4-3依次固定在驅動電機輸出軸上，並位於機架腔體內部，左鏈輪4-3與左卷簧3-3哨合,用於驅動左卷簧3-3的伸展收縮，左一軸承軸4-4和左二軸承軸4-5安裝在機架I前後端面之間靠上部位置，左三軸承軸4-6和左四軸承軸4-7安裝在機架I前後端面之間靠下部位置，左一軸承4-8和左二軸承4-9分別安裝在左一軸承軸4-4和左二軸承軸4-5上，左一軸承4-8和左二軸承4-9之間留有空隙，左三軸承4-10和左四軸承4-11分別安裝在左三軸承軸4-6和左四軸承軸4-7上，左三軸承4-10和左四軸承4-11之間也留有空隙，左卷簧3_3穿過所述的左一軸承4-8和左二軸承4-9之間的空隙，並穿過左三軸承4-10和左四軸承4-11之間的空隙，左一軸承4-8、左二軸承4-9、左三軸承4-10和左四軸承4-11為所述的左卷簧
3-3的伸縮運動提供預緊和支撐作用，右齒輪軸4-12安裝在機架I前後端面之間，可以相對機架I轉動，右齒輪4-13固定在右齒輪軸上，並與左齒輪4-2嚙合，右鏈輪4-14固定在右齒輪軸4-12上，與左鏈輪4-3左右對稱設置，並與右卷簧3-6嚙合，驅動其實現伸縮運動，右一軸承軸4-15、右二軸承軸4-16、右三軸承軸4-17、右四軸承軸4_18、右一軸承4_19、右二軸承4-20、右三軸承4-21和右四軸承4-22與所述的左一軸承軸4_4、左二軸承軸4_5、左三軸承軸4-6、左四軸承軸4-7、左一軸承4-8、左二軸承4-9、左三軸承4_10和左四軸承
4-11在機架I左右對稱設置，用於提供右卷簧3-6伸縮運動的預緊和支撐力。
[0026]參照圖1、圖2、圖3、圖9、圖10，剛柔結合的小行星表面作業輔助機構工作過程為:驅動電機4-1正轉驅動左齒輪4-2和左鏈輪4-3同步轉動，左鏈輪4-3驅動左卷簧3_3伸展，右齒輪4-13與左齒輪4-2同步反轉，右鏈輪4-14與右齒輪4_13同步轉動，帶動右卷簧3-6伸展，左卷簧3-3和右卷簧3-6的同步伸展驅動剛性伸縮機構2的伸展，從而完成作業輔助機構的自展開，驅動電機4-1反轉可以驅動作業輔助機構實現自收縮功能。
【權利要求】
1.一種剛柔結合的小行星表面作業輔助機構，包括機架、設置在機架上的伸縮裝置以及使所述伸縮裝置實現伸縮運動的驅動裝置，其特徵在於:所述的伸縮裝置包括剛性伸縮機構和柔性伸縮機構，所述的剛性伸縮機構為伸縮套筒機構，該伸縮套筒機構包括固定套筒和至少一個設置在固定套筒內的活動套筒；所述的柔性伸縮機構為卷簧機構，該卷簧機構包括卷簧軸以及一端固定在所述卷簧軸上的卷簧，所述的固定套筒固定在所述的機架上，所述卷簧的另一端固定在所述伸縮套筒機構的最內的活動套筒上；所述的驅動裝置包括驅動電機以及通過所述驅動電機驅動的驅動鏈輪，在所述的卷簧中部設置有驅動孔，該驅動孔與所述驅動鏈輪的鏈齒配合，在所述的機架上還設置有用於預緊和支撐的由一對軸承構成的導向機構，所述的導向機構位於所述驅動鏈輪的上方和下方，所述的卷簧從所述一對軸承的中間穿過。
2.根據權利要求1所述的剛柔結合的小行星表面作業輔助機構，其特徵在於:所述的卷簧機構為兩個，所述的驅動鏈輪為兩個，所述的驅動機構還包括一主動齒輪和一從動齒輪，所述的主動齒輪固定在所述驅動電機的輸出軸上，所述的從動齒輪與所述的主動齒輪嚙合，所述的兩個驅動鏈輪分別固定在所述的主動齒輪和從動齒輪上，所述兩個驅動鏈輪分別驅動一個所述卷簧機構的卷簧。
3.根據權利要求1或2所述的剛柔結合的小行星表面作業輔助機構，其特徵在於:所述的機架為內部中空，上端面開口的長方體腔體，所述的剛性伸縮機構設置在腔體的下端，所述的柔性伸縮機構設置在腔體的上端，所述的驅動機構設置在腔體內。
【文檔編號】B64G1/16GK104276291SQ201410570649
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年10月23日 優先權日:2014年10月23日
【發明者】宋愛國, 張軍, 李松, 盧偉 申請人:東南大學