一種空間細(xì)胞機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種機(jī)器人，屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]大型空間結(jié)構(gòu)如空間太陽(yáng)能電站、大型空間望遠(yuǎn)鏡等是未來(lái)空間科學(xué)發(fā)展的重要方向。但由于其尺寸巨大只能依靠在軌裝配的方式進(jìn)行構(gòu)建。且其裝配任務(wù)十分復(fù)雜，涉及不同尺寸、不同形狀物體的裝配；裝配工作量巨大，裝配件的數(shù)量可能數(shù)以千計(jì)，且多為重復(fù)性工作。因此難以依靠宇航員艙外活動(dòng)進(jìn)行裝配，而機(jī)械臂在軌完成大型結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)移和裝配時(shí)結(jié)構(gòu)剛度差、精度低、耗能大，且工作空間范圍有限。因此亟需一種能面向復(fù)雜空間任務(wù)的機(jī)動(dòng)靈活的新型在軌操控裝置用于大型空間結(jié)構(gòu)的在軌裝配。
[0003]空間智能細(xì)胞機(jī)器人是一種新型的分布式智能多機(jī)器人系統(tǒng)，其能通過(guò)機(jī)器人軟件與硬件的重構(gòu)執(zhí)行不同操作環(huán)境下的不同任務(wù)。該機(jī)器人由諸多被稱為“細(xì)胞”的單元組成，各個(gè)單元均是一個(gè)包括完整機(jī)動(dòng)與控制能力的小型機(jī)器人或模塊，因此空間智能細(xì)胞機(jī)器人在結(jié)構(gòu)方面類似于生物體。
[0004]空間智能細(xì)胞機(jī)器人如同生物體中的細(xì)胞生長(zhǎng)一樣，通過(guò)各個(gè)細(xì)胞的相互連接實(shí)現(xiàn)“生長(zhǎng)”。每一個(gè)單元均有一個(gè)簡(jiǎn)單的功能、一套傳感器系統(tǒng)、一套通信系統(tǒng)、一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)和知識(shí)庫(kù)。當(dāng)多個(gè)細(xì)胞組合重構(gòu)成一個(gè)新的復(fù)雜結(jié)構(gòu)時(shí)，能夠執(zhí)行一些單個(gè)細(xì)胞所不能完成的任務(wù)。在任務(wù)執(zhí)行過(guò)程中，各個(gè)細(xì)胞承擔(dān)一種特定的功能，彼此協(xié)作，因此每個(gè)細(xì)胞都需要與其他細(xì)胞進(jìn)行多種數(shù)據(jù)交互，比如用于檢測(cè)其他細(xì)胞位置的光電傳感器輸出的數(shù)據(jù)，又如用于探測(cè)周邊障礙物的超聲波傳感器輸出的數(shù)據(jù)，再如控制整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的位置傳感器輸出的數(shù)據(jù)。
[0005]空間智能細(xì)胞機(jī)器人由眾多被稱為“細(xì)胞”的自治組件或單元構(gòu)成。每一個(gè)細(xì)胞均是一個(gè)智能功能單元，具有某一特定功能并且具有多個(gè)連接接口。如同人體結(jié)構(gòu)組成一樣，多個(gè)細(xì)胞構(gòu)成一個(gè)有特定功能的“組織”或“器官”，這些不同功能的組織進(jìn)一步構(gòu)成了整個(gè)人體，即空間智能細(xì)胞機(jī)器人系統(tǒng)。細(xì)胞機(jī)器人中的每個(gè)“細(xì)胞”均具有一種特定的功能，如同人體細(xì)胞中紅細(xì)胞、白細(xì)胞、干細(xì)胞之分?！凹?xì)胞”按其在機(jī)器人中的功能可分為:關(guān)節(jié)細(xì)胞、結(jié)構(gòu)細(xì)胞、功能細(xì)胞；其中關(guān)節(jié)細(xì)胞與結(jié)構(gòu)細(xì)胞構(gòu)成了機(jī)器人的機(jī)構(gòu)部分，決定了其構(gòu)型與自由度，功能細(xì)胞具有執(zhí)行任務(wù)所需的特定功能，如末端執(zhí)行器、傳感器等功能。
[0006]細(xì)胞機(jī)器人具有兩種“生長(zhǎng)”方式，一種是借助外部特殊工具進(jìn)行組裝，另一種是自重構(gòu)。第一種方式下，各細(xì)胞發(fā)射入軌后，在特定平臺(tái)上由專用小型機(jī)械臂系統(tǒng)進(jìn)行組裝，構(gòu)成不同的形態(tài)，這種方式下各細(xì)胞不需要強(qiáng)大的機(jī)動(dòng)能力；第二種方式下，單個(gè)細(xì)胞機(jī)器人均具有一定的機(jī)動(dòng)能力，能夠自行機(jī)動(dòng)到特定位置與特定細(xì)胞連接，這種形式下機(jī)器人更具靈活性，可以在任意位置隨時(shí)添加或分離新的細(xì)胞，而不需要回到組裝平臺(tái)處依靠機(jī)械臂進(jìn)行細(xì)胞添加或分離。
[0007]細(xì)胞機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)在于可以根據(jù)任務(wù)的需要進(jìn)行在軌組裝，機(jī)器人的構(gòu)型、功能可動(dòng)態(tài)改變，同時(shí)由于細(xì)胞可重復(fù)使用，在任一任務(wù)完成后可重新組合形成新的機(jī)器人系統(tǒng)，從而大大降低了成本。細(xì)胞機(jī)器人的缺點(diǎn)在于空間微重力環(huán)境下自組裝過(guò)程的復(fù)雜性。由于細(xì)胞數(shù)量眾多，系統(tǒng)構(gòu)型監(jiān)測(cè)與規(guī)劃均存在較大難度?？臻g細(xì)胞機(jī)器人為解決多樣化復(fù)雜空間任務(wù)提供了一種新的途徑，但由于空間失重環(huán)境，單純依靠細(xì)胞機(jī)器人自身的功能實(shí)現(xiàn)其連接組織成適應(yīng)任務(wù)需求的新的大型空間機(jī)器人系統(tǒng)存在著相當(dāng)大的困難。因此，需要合理權(quán)衡細(xì)胞機(jī)器人重組方式。
[0008]為滿足大型空間結(jié)構(gòu)裝配的需求，空間機(jī)器人應(yīng)具有以下特點(diǎn):
[0009](I)、小而多，由于任務(wù)量巨大，所需機(jī)器人數(shù)量眾多，同時(shí)受限于發(fā)射體積，機(jī)器人設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量小巧；
[0010](2)、可重構(gòu)，由于裝配體的多樣性裝配環(huán)境不斷變化，裝配任務(wù)多重多樣，因此要求機(jī)器人具有可重構(gòu)特性，能通過(guò)改變自身數(shù)量與形態(tài)實(shí)現(xiàn)對(duì)任務(wù)的適應(yīng)性。
[0011](3)、剛性、可逆、自鎖的機(jī)器人連接鎖緊機(jī)構(gòu)，連接機(jī)構(gòu)是多機(jī)器人重構(gòu)的關(guān)鍵部件，決定了對(duì)接面處的剛度，進(jìn)而影響重構(gòu)后的機(jī)器人系統(tǒng)的負(fù)載能力、運(yùn)動(dòng)能力。在重力作用下，空間環(huán)境微重力或零重力。目前大多連接機(jī)構(gòu)基于電磁力或形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)，其連接剛度有限，限制了可重構(gòu)機(jī)器人系統(tǒng)的應(yīng)用。
[0012](4)、具有一定的機(jī)動(dòng)能力，裝配機(jī)器人需要在裝配結(jié)構(gòu)上(如桁架上)機(jī)動(dòng)，從而擴(kuò)大其工作范圍；此外裝配完成后，還有賴于裝配機(jī)器人繼續(xù)執(zhí)行在軌監(jiān)視任務(wù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明是為解決現(xiàn)有空間機(jī)器人體積大，可重構(gòu)性差、剛度較低以及機(jī)動(dòng)能力差，操作范圍較窄，不適用空間失重環(huán)境下的操作需求的問(wèn)題，進(jìn)而提出一種空間細(xì)胞機(jī)器人。
[0014]本發(fā)明為解決上述問(wèn)題采取的技術(shù)方案是:本發(fā)明的一種空間細(xì)胞機(jī)器人包括I型轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)和T型轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，它還包括主結(jié)構(gòu)、機(jī)械臂和末端抓持對(duì)接機(jī)構(gòu)；
[0015]所述主結(jié)構(gòu)包括轉(zhuǎn)動(dòng)塊、連接桿、夾緊機(jī)構(gòu)、滾動(dòng)機(jī)構(gòu)、兩個(gè)主圓盤(pán)、兩個(gè)對(duì)接板和兩個(gè)固定塊；
[0016]所述夾緊機(jī)構(gòu)包括第一絲杠、第一伺服電機(jī)、兩個(gè)滑塊和兩個(gè)夾緊模塊；
[0017]所述滾動(dòng)機(jī)構(gòu)包括第二伺服電機(jī)、傳動(dòng)帶、連接軸和滾輪；
[0018]所述末端抓持對(duì)接機(jī)構(gòu)包括第三伺服電機(jī)、第三絲杠、移動(dòng)桿、接口板和兩個(gè)夾持爪；
[0019]兩個(gè)主圓盤(pán)通過(guò)連接桿連接，主圓盤(pán)通過(guò)固定塊與對(duì)接板連接，位于兩個(gè)主圓盤(pán)之間的連接桿上轉(zhuǎn)動(dòng)安裝有轉(zhuǎn)動(dòng)塊；
[0020]第一伺服電機(jī)的輸出軸豎向設(shè)置，第二伺服電機(jī)的輸出軸水平設(shè)置，第一絲杠豎向設(shè)置，所述滾輪的中部加工有弧形凹槽，第一伺服電機(jī)、第一絲杠、兩個(gè)滑塊中的一個(gè)滑塊以及兩個(gè)夾緊模塊中的一個(gè)夾緊模塊位于一側(cè)布置的主圓盤(pán)和對(duì)接板之間，第二伺服電機(jī)、兩個(gè)滑塊中余下的一個(gè)滑塊和兩個(gè)夾緊模塊中余下的一個(gè)夾緊模塊位于另一側(cè)布置的主圓盤(pán)和對(duì)接板之間，兩個(gè)滑塊正對(duì)布置，兩個(gè)夾緊模塊正對(duì)布置，第一伺服電機(jī)的輸出軸與第一絲杠的下端連接，第一絲杠的上端旋擰在固定塊上，第一伺服電機(jī)安裝在兩個(gè)滑塊中的一個(gè)滑塊上，連接軸轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在兩個(gè)滑塊上，第二伺服電機(jī)的輸出軸通過(guò)傳動(dòng)帶與連接軸傳動(dòng)連接，滾輪固裝在連接軸的中部，所述兩個(gè)滑塊與相對(duì)應(yīng)的夾緊模塊貼靠設(shè)置，所述兩個(gè)夾緊模塊與相對(duì)應(yīng)的主圓盤(pán)鉸接，連接軸和兩個(gè)滑塊能沿主圓盤(pán)上下移動(dòng)；
[0021]所述機(jī)械臂包括第一臂和第二臂，第一臂和第二臂為圓柱體，第二臂為空心結(jié)構(gòu)，第一臂的一端通過(guò)I型轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)塊上，第一臂的另一端通過(guò)T形轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)與第二臂的一端連接，第二臂的另一端內(nèi)固裝有第三伺服電機(jī)，第二臂的另一端內(nèi)沿其長(zhǎng)度方向滑動(dòng)安裝有移動(dòng)桿，第三伺服電機(jī)的輸出軸固裝有第三絲杠，第三絲杠旋擰在移動(dòng)桿上，移動(dòng)桿與接口板的中部固接，兩個(gè)夾持爪正對(duì)設(shè)置，兩個(gè)夾持爪的一端與第二臂的另一端鉸接，兩個(gè)夾持爪與接口板滑動(dòng)連接。
[0022]本發(fā)明的有益效果是:一、本發(fā)明根據(jù)機(jī)器人功能分析，提出一種基于可重構(gòu)及多機(jī)器人協(xié)作思想的輪系機(jī)器人，該機(jī)器人可用于大型空間結(jié)構(gòu)的裝配操作。本發(fā)明機(jī)器人可構(gòu)成相對(duì)獨(dú)立的機(jī)器人系統(tǒng)，通過(guò)這些單胞機(jī)器人能快速裝配出最適用于完成給定任務(wù)的機(jī)器人構(gòu)架系統(tǒng)，可重構(gòu)性好。二、本發(fā)明的對(duì)接板可用于多細(xì)胞機(jī)器人對(duì)接使用，第一伺服電機(jī)帶動(dòng)第一絲杠和滑塊以及滾輪移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)與夾緊模塊實(shí)現(xiàn)桁架圓柱桿的夾緊或松開(kāi)，第二伺服電機(jī)控制滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)在桁架圓柱桿上行走；第一臂與主結(jié)構(gòu)中的