太空超长臂展柔性机械臂的制作方法

本发明涉及空间机械臂，具体涉及一种太空超长臂展柔性机械臂。

背景技术：

1、随着中国空间站的投入使用和航天技术的飞速发展，在轨任务的需求愈发凸显。而机械臂在空间飞行器的燃料加注、卫星捕获等任务中扮演着重要的角色。中国空间站、国际空间站以及航天飞机均使用了离散关节刚性机械臂进行在轨任务，如抓取捕获目标飞行器、与航天员在舱外协同任务等。尽管离散关节刚性机械臂在空间任务中已经扮演了重要的角色，然而这种机械臂的臂展仍然有限，由于结构限制也难以实现为目标飞行器加注燃料等任务。针对如航天器加注燃料、目标航天器捕获等超大工作空间的在轨任务，需要一种超大臂展的机械臂。在此背景下，连续体机械臂的优势凸显出来。

2、连续体机械臂由于臂身纤细，臂形连续，柔性高等特点，已在航空航天、特种探测、医疗等领域获得了广泛的应用。火箭的载荷舱往往空间有限，因此超长臂展的机械臂需要能够折叠运载或是在轨组装。而传统的连续体机械臂多由绳索驱动，而绳索驱动的机械臂无法进行折叠运载，导致传统的连续体机械臂难以实现为目标飞行器加注燃料等任务。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服传统连续体机械臂无法进行折叠运载而难以实现为目标飞行器加注燃料等任务的缺陷，从而提供一种太空超长臂展柔性机械臂。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、太空超长臂展柔性机械臂，包括：

4、至少两个柔性机械臂，各所述柔性机械臂利用首尾串联的方式可拆卸连接，且各所述柔性机械臂独立运行，以使各所述柔性机械臂拆分为单独的机械臂使用，或使各所述柔性机械臂分开发射入轨组装；

5、各所述柔性机械臂首尾串联后的近端适于安装在航天器上，各所述柔性机械臂首尾串联后的远端适于安装末端执行机构。

6、进一步优化技术方案，所述柔性机械臂包括：

7、机械臂本体，所述机械臂本体包括至少一个臂段，所述臂段包括若干臂节，相邻的两个所述臂节之间通过两个对称布置的关节串联连接；

8、驱动机构，所述驱动机构包括驱动组件和至少一个嵌入机械臂本体内部的弹性杆组，每一个所述弹性杆组的远端分别与一个所述臂段连接并适于驱动该臂段弯曲，每一个所述弹性杆组的近端与驱动组件连接并由驱动组件进行独立驱动。

9、进一步优化技术方案，所述弹性杆组包括若干周向均匀间隔布置的弹性杆；所述驱动组件包括驱动箱以及若干设置在驱动箱内部的电缸，所述电缸的数量与所有的弹性杆组中弹性杆的数量总和相同，且所述电缸的推杆远端与弹性杆连接。

10、进一步优化技术方案，相邻的两个所述柔性机械臂之间通过臂间连接盘连接；所述臂间连接盘包括第一阶梯圆柱和第二阶梯圆柱，第一阶梯圆柱的外径大于第二阶梯圆柱的外径，所述第一阶梯圆柱插装于驱动箱的内部并与驱动箱的外壁连接，所述第二阶梯圆柱插装于下一所述柔性机械臂的远端臂节上并与该臂节的侧壁连接。

11、进一步优化技术方案，所述臂节的内部定位有穿杆盘，所述穿杆盘上开设有若干穿杆孔；每一个所述弹性杆组中的弹性杆滑动穿过穿杆盘的穿杆孔，并与该弹性杆组对应的臂段远端固定连接；

12、和/或

13、各所述弹性杆的分布圆直径与各所述电缸的分布圆直径相同。

14、进一步优化技术方案，所述臂节的外侧壁上周向开设有一对或两对对称布置的镂空部，两个所述镂空部沿臂节外侧壁延伸设置有两个对称布置的定位凸板或定位卡板，所述定位卡板上设置有定位卡槽；所述臂节的定位凸板与其相邻臂节的定位卡板上的定位卡槽滑动卡接，以实现相邻的两个臂节之间的连接。

15、进一步优化技术方案，相邻两个所述关节的转轴轴线互相垂直；在所述臂节的圆截面上的定位凸板与关节之间呈90°布置在圆周面上。

16、进一步优化技术方案，所述机械臂本体为一根管道经过激光切割而成的连续体，所述连续体由激光整体切割出所述关节和所述镂空部，使所述连续体具有柔性并能够在所述关节处弯曲。

17、进一步优化技术方案，所述关节包括分别依次设置在相邻的两个臂节上的弧形定位槽和弧形定位板，所述弧形定位板卡装于弧形定位槽内部并能够沿弧形定位槽转动。

18、进一步优化技术方案，每一所述臂节为中空结构，以使机械臂本体为中空结构，为输送管道提供容置空间。

19、本发明技术方案，具有如下优点：

20、1.本发明提供的太空超长臂展柔性机械臂，将各柔性机械臂进行模块化布置，各柔性机械臂独立运行，进而各柔性机械臂拆分为单独的机械臂使用，也可以分开发射入轨组装，减少柔性机械臂在运输过程中占用的空间，实现更长的臂展，达到更大的工作空间；单个柔性机械臂尺寸较小，外形连贯便于堆叠，可在拆分状态下发射入轨，并在太空微重力环境中组装成超长臂展的机械臂。

21、2.本发明提供的太空超长臂展柔性机械臂，每一臂节为中空结构，使机械臂本体为中空结构，为输送管道提供容置空间，可以使输油软管、充电线缆等从其中穿过。且各柔性机械臂能够进行独立连续弯曲，燃料管路会随着机械臂成连续曲线弯曲，相比较传统离散关节六轴机械臂，连续关节机械臂不会对燃料管路造成严重的弯折。

22、3.本发明提供的太空超长臂展柔性机械臂，电缸的结构十分紧凑，极大减小了驱动箱的体积，驱动箱直径与机械臂直径相当，机械臂整体外形连贯；得益于紧凑的驱动箱体积和重量，本发明的机械臂可以与另一部相同的机械臂首尾串联，实现更长的臂展达到更大的工作空间；单个机械臂尺寸较小，外形连贯便于堆叠。

23、4.本发明提供的太空超长臂展柔性机械臂，相比传统绳驱柔性机械臂，弹性杆驱动的机械臂有更高的负载能力和刚性，弹性杆拉伸强度比绳索高，并且刚度较大可以承受一定的压力，因此弹性杆驱动的机械臂有较高的负载能力；弹性杆相比绳索更不容易因为长期受力发生塑性形变和长度变化导致控制精度的降低；弹性杆的弯曲曲线连续，在穿过机械臂中的定位孔时滑动摩擦力较小，有利于保证控制精度。

24、5.本发明提供的太空超长臂展柔性机械臂，连续体机械臂具有机电分离的特点，即机械臂的驱动电机、驱动器等与机械臂的工作部分分离，臂段完全为机械结构，驱动电机、驱动器等集中在机械臂后部的驱动箱中，降低了机械臂上的负重，提高了机械臂的负载能力和灵巧度；机械臂的驱动器、控制系统等安装在航天器的内部，远离高温、强辐射的太空恶劣环境，线缆穿过机械臂中空的结构与驱动箱和末端执行机构连接为其供应电源和传递控制信号。

1.太空超长臂展柔性机械臂，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的太空超长臂展柔性机械臂，其特征在于，所述柔性机械臂包括：

3.根据权利要求2所述的太空超长臂展柔性机械臂，其特征在于，所述弹性杆组包括若干周向均匀间隔布置的弹性杆(4)；所述驱动组件包括驱动箱(71)以及若干设置在驱动箱(71)内部的电缸(72)，所述电缸(72)的数量与所有的弹性杆组中弹性杆(4)的数量总和相同，且所述电缸(72)的推杆远端与弹性杆(4)连接。

4.根据权利要求3所述的太空超长臂展柔性机械臂，其特征在于，相邻的两个所述柔性机械臂之间通过臂间连接盘(20)连接；所述臂间连接盘(20)包括第一阶梯圆柱和第二阶梯圆柱，第一阶梯圆柱的外径大于第二阶梯圆柱的外径，所述第一阶梯圆柱插装于驱动箱(71)的内部并与驱动箱(71)的外壁连接，所述第二阶梯圆柱插装于下一所述柔性机械臂的远端臂节上并与该臂节的侧壁连接。

5.根据权利要求3所述的太空超长臂展柔性机械臂，其特征在于，所述臂节(1)的内部定位有穿杆盘(3)，所述穿杆盘(3)上开设有若干穿杆孔(31)；每一个所述弹性杆组中的弹性杆(4)滑动穿过穿杆盘(3)的穿杆孔(31)，并与该弹性杆组对应的臂段远端固定连接；

6.根据权利要求2－5中任一项所述的太空超长臂展柔性机械臂，其特征在于，所述臂节(1)的外侧壁上周向开设有一对或两对对称布置的镂空部(11)，两个所述镂空部(11)沿臂节(1)外侧壁延伸设置有两个对称布置的定位凸板(12)或定位卡板(13)，所述定位卡板(13)上设置有定位卡槽(14)；所述臂节(1)的定位凸板(12)与其相邻臂节的定位卡板(13)上的定位卡槽(14)滑动卡接，以实现相邻的两个臂节之间的连接。

7.根据权利要求6所述的太空超长臂展柔性机械臂，其特征在于，相邻两个所述关节(2)的转轴轴线互相垂直；在所述臂节(1)的圆截面上的定位凸板(12)与关节(2)之间呈90°布置在圆周面上。

8.根据权利要求6所述的太空超长臂展柔性机械臂，其特征在于，所述机械臂本体为一根管道经过激光切割而成的连续体，所述连续体由激光整体切割出所述关节(2)和所述镂空部(11)，使所述连续体具有柔性并能够在所述关节(2)处弯曲。

9.根据权利要求2－5中任一项所述的太空超长臂展柔性机械臂，其特征在于，所述关节(2)包括分别依次设置在相邻的两个臂节(1)上的弧形定位槽(22)和弧形定位板(21)，所述弧形定位板(21)卡装于弧形定位槽(22)内部并能够沿弧形定位槽(22)转动。

10.根据权利要求2－5中任一项所述的太空超长臂展柔性机械臂，其特征在于，每一所述臂节(1)为中空结构，以使机械臂本体为中空结构，为输送管道提供容置空间。