空间机器人手爪
专利汇可以提供空间机器人手爪专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且空间 机器人 手爪 ，它涉及一种机器人。本 发明 解决了现有的 机器人手 爪在使用中存在手爪捕获范围小、最终抓握 位置 不唯一确定、在抓握过程中易丢失目标问题。本发明的 电机 位置 传感器 与电机驱动装置固接，电机驱动装置与 支撑 套9固接，支撑套9与谐波减速器部件固接，谐波减速器部件固装在电机 转轴 2-1上并与驱动 法兰 10固接，驱动法兰10与轴端法兰11固接，轴端法兰11与 手指 位置传感器 固接，驱动法兰10上固装有 齿轮 传动装置， 齿轮传动 装置分别与单手指四 连杆 机构 和双手指四连杆机构固接，与 外壳 1固接的V形 定位 槽13位于手指位置传感器的上方，V形定位槽13内固定装有 接触 传感器。本发明具有包络范围大、 锁 紧 姿态 唯一的优点。，下面是空间机器人手爪专利的具体信息内容。
1、一种空间机器人手爪，它包括铝合金外壳(1)、电机驱动装置；其 特征在于它还包括电机位置传感器、谐波减速器部件、齿轮传动装置、单 手指四连杆机构、双手指四连杆机构、手指位置传感器、支撑套(9)、驱动 法兰(10)、轴端法兰(11)、端面盖板(12)、V形定位槽(13)、接触传感器； 电机位置传感器中的磁环(3-1-1)固定装在电机驱动装置中的电机转轴(2-1) 上，电机驱动装置中的电机外壳(2-2)与支撑套(9)固定连接，支撑套(9)与谐 波减速器部件中的刚轮(4-1)固定连接，谐波减速器部件中的波发生器(4-2) 固定装在电机转轴(2-1)上，谐波减速器部件中的柔轮环(4-3)与驱动法兰(10) 固定连接，驱动法兰(10)与轴端法兰(11)固定连接，轴端法兰(11)与手指位 置传感器中的电刷环(8-1)固定连接，驱动法兰(10)上固定装有齿轮传动装 置中的主传动锥齿轮(5-1)，齿轮传动装置中的从动单手指锥齿轮(5-2)与单 手指四连杆机构中的单手指驱动杆(6-1)的一端固定连接，齿轮传动装置中 的从动双手指锥齿轮(5-3)与双手指四连杆机构中的双手指驱动杆(7-1)的 一端固定连接，单手指四连杆机构和双手指四连杆机构相对V形定位槽(13) 对称放置，V形定位槽(13)位于手指位置传感器的上方，V形定位槽(13) 与外壳(1)固定连接，V形定位槽(13)内固定装有接触传感器，轴端法兰(11) 通过轴承(15)与端面盖板(12)相连接，端面盖板(12)与外壳(1)固定连接；所 述的单手指四连杆机构中的单手指(6-2)及单手指指尖(6-12)和双手指四连 杆机构中的双手指(7-2)及双手指指尖(7-12)均采用斜楔形结构，所述的单 手指(6-2)和单手指指尖(6-12)组合构成勾形手指形状，所述的双手指(7-2) 和双手指指尖(7-12)组合构成勾形手指形状。
2、根据权利要求1所述的空间机器人手爪，其特征在于电机位置传 感器由磁编码器和电机本身固有的数字霍尔元件组成；磁编码器由磁环 (3-1-1)、磁环检测电路(3-1-2)组成；磁环(3-1-1)固定装在电机转轴(2-1)的 外圆周端面上，磁环(3-1-1)的外侧装有与电机外壳(2-2)固定连接的磁环检 测电路(3-1-2)。
3、根据权利要求1所述的空间机器人手爪，其特征在于电机驱动装 置为直流无刷电机；所述的直流无刷电机由电机转轴(2-1)、电机外壳(2-2)、 电机定子(2-3)、第一电机轴承(2-4)、轴承盖(2-5)、第二电机轴承(2-6)组成； 电机定子(2-3)与电机外壳(2-2)固定连接，电机定子(2-3)内装有电机转轴 (2-1)，电机转轴(2-1)与电机外壳(2-2)之间装有第一电机轴承(2-4)，第一电 机轴承(2-4)通过轴承盖(2-5)定位，轴承盖(2-5)与电机外壳(2-2)固定连接， 电机转轴(2-1)与电机外壳(2-2)之间装有第二电机轴承(2-6)，电机外壳(2-2) 与支撑套(9)固定连接。
4、根据权利要求1所述的空间机器人手爪，其特征在于齿轮传动装 置由主传动锥齿轮(5-1)、从动单手指锥齿轮(5-2)、从动双手指锥齿轮(5-3)、 从动单手指锥齿轮轴(5-4)、从动双手指锥齿轮轴(5-5)、从动单手指锥齿轮 轴承(5-6)、从动双手指锥齿轮轴承(5-7)组成；主传动锥齿轮(5-1)固定装在 驱动法兰(10)的外圆周端面上，主传动锥齿轮(5-1)分别与从动单手指锥齿 轮(5-2)和从动双手指锥齿轮(5-3)啮合，从动单手指锥齿轮(5-2)装在从动单 手指锥齿轮轴(5-4)上，从动单手指锥齿轮(5-2)与从动单手指锥齿轮轴(5-4) 之间装有从动单手指锥齿轮轴承(5-6)，从动单手指锥齿轮轴(5-4)的一端与 外壳(1)固定连接，从动双手指锥齿轮(5-3)装在从动双手指锥齿轮轴(5-5) 上，从动双手指锥齿轮(5-3)与从动双手指锥齿轮轴(5-5)之间装有从动双手 指锥齿轮轴承(5-7)，从动双手指锥齿轮轴(5-5)的一端与外壳(1)固定连接。
5、根据权利要求1所述的空间机器人手爪，其特征在于单手指四连 杆机构由单手指驱动杆(6-1)、单手指(6-2)、单手指连杆(6-3)、第一轴承 (6-4)、第一轴(6-5)、第一端盖(6-6)、第一轴盖、单手指关节轴(6-8)、第二 轴承(6-9)、第三轴承(6-10)、单手指连杆轴(6-11)、单手指指尖(6-12)组成； 单手指驱动杆(6-1)的一端固定装在从动单手指锥齿轮(5-2)的连接轴上，单 手指驱动杆(6-1)的另一端通过第一轴承(6-4)装在第一轴(6-5)上并通过第 一轴(6-5)与单手指(6-2)的尾端相连接，单手指(6-2)的首端与单手指指尖 (6-12)相连接，第一轴(6-5)的两端分别与第一端盖(6-6)和第一轴盖固定连 接，与单手指(6-2)固定连接的单手指关节轴(6-8)通过第二轴承(6-9)与单手 指连杆(6-3)的一端铰接，单手指连杆(6-3)的另一端通过第三轴承(6-10)与 单手指连杆轴(6-11)铰接，单手指连杆轴(6-11)与外壳(1)固定连接。
6、根据权利要求1所述的空间机器人手爪，其特征在于双手指四连 杆机构由双手指驱动杆(7-1)、双手指(7-2)、双手指连杆(7-3)、第四轴承 (7-4)、第二轴(7-5)、第二端盖(7-6)、第二轴盖(7-7)、双手指关节轴(7-8)、 第五轴承(7-9)、第六轴承(7-10)、双手指连杆轴(7-11)、双手指指尖(7-12) 组成；双手指驱动杆(7-1)的一端固定装在从动双手指锥齿轮(5-3)的连接轴 上，双手指驱动杆(7-1)的另一端通过第四轴承(7-4)装在第二轴(7-5)上并通 过第二轴(7-5)与双手指(7-2)的尾端相连接，双手指(7-2)的首端与双手指指 尖(7-12)相连接，第二轴(7-5)的两端分别与第二端盖(7-6)和第二轴盖(7-7) 固定连接，与双手指(7-2)固定连接的双手指关节轴(7-8)通过第五轴承(7-9) 与双手指连杆(7-3)的一端铰接，双手指连杆(7-3)的另一端通过第六轴承 (7-10)与双手指连杆轴(7-11)铰接，双手指连杆轴(7-11)与外壳(1)固定连接。
7、根据权利要求1所述的机器人手爪，其特征在于手指位置传感器 由电刷环(8-1)、电位计、霍尔限位开关、电路板(8-4)组成；所述的电位计 由电刷(8-2-1)和电阻(8-2-2)组成；所述的霍尔限位开关由磁钢(8-3-1)和霍 尔元件(8-3-2)组成；电刷环(8-1)的外圆周端面上装有电刷(8-2-1)，电刷环 (8-1)通过轴端法兰(11)与驱动法兰(10)固定连接，电刷(8-2-1)的外圆周端面 上装有端面盖板(12)，端面盖板(12)上装有电路板(8-4)，电路板(8-4)上固定 装有电阻(8-2-2)和霍尔元件(8-3-2)，磁钢(8-3-1)装在电刷环(8-1)上。
8、根据权利要求1所述的空间机器人手爪，其特征在于接触传感器 由传感器(14-1)和应变片(14-2)组成；传感器(14-1)与V型定位槽(13)相邻的 表面上贴有应变片(14-2)。
9、根据权利要求1所述的空间机器人手爪，其特征在于所述的外壳(1)、 单手指(6-2)及单手指指尖(6-12)、双手指(7-2)及双手指指尖(7-12)、V形定 位槽(13)和接触传感器均采用铝合金材料制成。
10、根据权利要求1所述的空间机器人手爪，其特征在于所述的电机 驱动装置、电机位置传感器、手指位置传感器、柔轮环(4-3)、支撑套(9)、 驱动法兰(10)、轴端法兰(11)、端面盖板(12)、单手指驱动杆(6-1)、单手指 连杆(6-3)、双手指驱动杆(7-1)及双手指连杆(7-3)均采用钛合金材料制成。
技术领域
背景技术
发明内容
本发明具有以下有益效果：一、本发明的空间机器人手爪模仿人手抓 握物体的过程，抓握手指采用对开式四连杆机构，勾形手指形状有利于在 抓握时进行较大范围的包络，防止被抓物体逃逸并限制被抓物体的位置偏 差，然后利用单手指指尖和双手指指尖的斜楔形结构及关节轴将处于包络 范围内任意位置的被抓物体导入到V形定位槽内，从而限制被抓物体的六 个自由度，实现对被抓物体的锁紧。二、为了实现大范围包络并防止抓握 过程中的运动卡死现象，采用四连杆机构驱动抓握手指，具有速度快、包 络范围大和回转运动灵活的优点。三、单手指及单手指指尖和双手指及双 手指指尖均采用斜楔形结构作为导向面，能逐步插入被抓物体后侧，从而 限制了被抓物体的平移。四、采用V形定位槽可限制漂浮被抓物体的四个 自由度。五、为了实现单手指四连杆机构和双手指四连杆机构的相对运动， 采用谐波减速器部件减速并通过主传动锥齿轮带动从动单手指锥齿轮和 从动双手指锥齿轮转动，并通过从动单手指锥齿轮和从动双手指锥齿轮分 成两个等速方向相反的两个运动，从而带动单手指四连杆机构和双手指四 连杆机构旋转。六、本发明具有包络范围大、允许被抓物体有较大偏差、 锁紧姿态唯一、运动快速、手爪位置闭环控制并具有抓握感知功能的优点。
附图说明
图1是本发明的主视结构图，图2是图1的A-A剖视图，图3是图1 的E-E剖视图，图4是图1的D-D剖视图，图5是本发明的外部结构俯视 图，图6是图1的F-F剖视图，图7是图1的B向视图，图8是接触传感 器的剖面图，图9是电刷环8-1上装有电刷8-2-1和磁钢8-3-1的结构示意 图，图10是端面盖板12、电路板8-4、霍尔元件8-3-2及电阻8-2-2组装 在一起的结构示意图。
具体实施方式
本实施方式中的谐波减速器部件采用德国Harmonic Drive公司的 HFUS-14-50-2A-GR型减速器。
具体实施方式二：结合图1、图2说明本实施方式，本实施方式的电 机位置传感器由磁编码器和电机本身固有的数字霍尔元件组成；磁编码器 由磁环3-1-1、磁环检测电路3-1-2组成；磁环3-1-1固定装在电机转轴2-1 的外圆周端面上，磁环3-1-1的外侧装有与电机外壳2-2固定连接的磁环 检测电路3-1-2。采用电机位置传感器，由磁编码器和电机本身固有的数字 霍尔元件构成电机位置检测系统，磁环检测电路3-1-2安装在电机外壳2-2 上，用以记录电机的转动位置。其它组成及连接关系与具体实施方式一相 同。
具体实施方式三：结合图1、图2说明本实施方式，本实施方式的电 机驱动装置为直流无刷电机；所述的直流无刷电机由电机转轴2-1、电机 外壳2-2、电机定子2-3、第一电机轴承2-4、轴承盖2-5、第二电机轴承 2-6组成；电机定子2-3与电机外壳2-2固定连接，电机定子2-3内装有电 机转轴2-1，电机转轴2-1与电机外壳2-2之间装有第一电机轴承2-4，第 一电机轴承2-4通过轴承盖2-5定位，轴承盖2-5与电机外壳2-2固定连接， 电机转轴2-1与电机外壳2-2之间装有第二电机轴承2-6，电机外壳2-2与 支撑套9固定连接。采用直流无刷电机，便于对其控制。其它组成及连接 关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：结合图1、图2、图3说明本实施方式，本实施方 式的齿轮传动装置由主传动锥齿轮5-1、从动单手指锥齿轮5-2、从动双手 指锥齿轮5-3、从动单手指锥齿轮轴5-4、从动双手指锥齿轮轴5-5、从动 单手指锥齿轮轴承5-6、从动双手指锥齿轮轴承5-7组成；主传动锥齿轮 5-1固定装在驱动法兰10的外圆周端面上，主传动锥齿轮5-1分别与从动 单手指锥齿轮5-2和从动双手指锥齿轮5-3啮合，从动单手指锥齿轮5-2 装在从动单手指锥齿轮轴5-4上，从动单手指锥齿轮5-2与从动单手指锥 齿轮轴5-4之间装有从动单手指锥齿轮轴承5-6，从动单手指锥齿轮轴5-4 的一端与外壳1固定连接，从动双手指锥齿轮5-3装在从动双手指锥齿轮 轴5-5上，从动双手指锥齿轮5-3与从动双手指锥齿轮轴5-5之间装有从 动双手指锥齿轮轴承5-7，从动双手指锥齿轮轴5-5的一端与外壳1固定连 接。采用上述结构的齿轮传动装置可通过主传动锥齿轮5-1将动力分别经 从动单手指锥齿轮5-2和从动双手指锥齿轮5-3传递给单手指四连杆机构 和双手指四连杆机构，从而驱动单手指6-2和双手指7-2进行包络运动。 其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：结合图1、图2、图3、图4说明本实施方式，本实 施方式的单手指四连杆机构由单手指驱动杆6-1、单手指6-2、单手指连杆 6-3、第一轴承6-4、第一轴6-5、第一端盖6-6、第一轴盖、单手指关节轴 6-8、第二轴承6-9、第三轴承6-10、单手指连杆轴6-11、单手指指尖6-12 组成；单手指驱动杆6-1的一端固定装在从动单手指锥齿轮5-2的连接轴 上，单手指驱动杆6-1的另一端通过第一轴承6-4装在第一轴6-5上并通 过第一轴6-5与单手指6-2的尾端相连接，单手指6-2的首端与单手指指 尖6-12相连接，第一轴6-5的两端分别与第一端盖6-6和第一轴盖固定连 接，与单手指6-2固定连接的单手指关节轴6-8通过第二轴承6-9与单手 指连杆6-3的一端铰接，单手指连杆6-3的另一端通过第三轴承6-10与单 手指连杆轴6-11铰接，单手指连杆轴6-11与外壳1固定连接。采用上述 结构的单手指四连杆机构，可保证单手指6-2运动灵活自如。其它组成及 连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：结合图1、图2、图3、图6说明本实施方式，本实 施方式的双手指四连杆机构由双手指驱动杆7-1、双手指7-2、双手指连杆 7-3、第四轴承7-4、第二轴7-5、第二端盖7-6、第二轴盖7-7、双手指关 节轴7-8、第五轴承7-9、第六轴承7-10、双手指连杆轴7-11、双手指指尖 7-12组成；双手指驱动杆7-1的一端固定装在从动双手指锥齿轮5-3的连 接轴上，双手指驱动杆7-1的另一端通过第四轴承7-4装在第二轴7-5上 并通过第二轴7-5与双手指7-2的尾端相连接，双手指7-2的首端与双手 指指尖7-12相连接，第二轴7-5的两端分别与第二端盖7-6和第二轴盖7-7 固定连接，与双手指7-2固定连接的双手指关节轴7-8通过第五轴承7-9 与双手指连杆7-3的一端铰接，双手指连杆7-3的另一端通过第六轴承7-10 与双手指连杆轴7-11铰接，双手指连杆轴7-11与外壳1固定连接。采用 上述结构的双手指四连杆机构，可保证双手指7-2运动灵活自如。其它组 成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：结合图9、图10说明本实施方式，本实施方式的手 指位置传感器由电刷环8-1、电位计、霍尔限位开关、电路板8-4组成；所 述的电位计由电刷8-2-1和电阻8-2-2组成；所述的霍尔限位开关由磁钢 8-3-1和霍尔元件8-3-2组成；电刷环8-1的外圆周端面上装有电刷8-2-1， 电刷环8-1通过轴端法兰11与驱动法兰10固定连接，电刷8-2-1的外圆周 端面上装有端面盖板12，端面盖板12上装有电路板8-4，电路板8-4上固 定装有电阻8-2-2和霍尔元件8-3-2，磁钢8-3-1装在电刷环8-1上。采用 此结构的手指位置传感器，当驱动法兰10转动时，电刷环8-1和电刷8-2-1 随之转动，电刷8-2-1滑过电位计产生相应的角度信号。其它组成及连接 关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：结合图1、图2、图8说明本实施方式，本实施方 式的接触传感器由传感器14-1和应变片14-2组成；传感器14-1与V型定 位槽13相邻的表面上贴有应变片14-2。采用上述结构的接触传感器，当 单手指6-2和双手指7-2完成锁紧运动后，接触传感器受到被抓物体的挤 压，应变片14-2变形，当被抓物体被锁紧到预定位置时会产生相应的压力 及应变片14-2输出电压，这个电压是一个阈值信号被发送到主控计算机 中，表示完成锁紧运动，被抓物体被准确定位。其它组成及连接关系与具 体实施方式一相同。
具体实施方式九：结合图1、图2说明本实施方式，本实施方式的外 壳1、单手指6-2及单手指指尖6-12、双手指7-2及双手指指尖7-12、V 形定位槽13和接触传感器均采用铝合金材料制成。上述构件采用此材料 制成，在保证其具有一定的强度和刚度的同时，还可减轻整体重量。其它 组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式十：结合图1、图2、图3说明本实施方式，本实施方 式的电机驱动装置、电机位置传感器、手指位置传感器、柔轮环4-3、支 撑套9、驱动法兰10、轴端法兰11、端面盖板12、单手指驱动杆6-1、单 手指连杆6-3、双手指驱动杆7-1及双手指连杆7-3均采用钛合金材料制成。 上述构件采用钛合金材料制成，在降低整体结构重量的同时，还可提高整 体强度，使该机器人手爪对温度有较高的适应能力。
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