一种空间机械臂末端操作器的卡盘型快速自主更换装置

摘要

一种空间机械臂末端操作器的卡盘型快速自主更换装置，主要由主动盘、被动盘和工具箱等三部分组成。工具箱用于被动盘的固定，以及驱动主动盘上的卡盘转动。卡盘转动过程中，完成主、被动盘的锁定与解锁，以实现末端操作器的自主更换。另外，主动盘上开有圆柱凸以增加与被动盘的连接刚度。三部分协同工作，构成整个自主更换装置。本发明旨在服务于在轨服务领域，用于机械臂完成多任务时各种末端操作器的更换，与现有技术相比具有结构简单、体积小、质量轻、连接刚度大；对接过程简单、可靠、快速；通用性、可扩展性等优点。

主权项

一种空间机械臂末端操作器的卡盘型快速自主更换装置，其特征在于包括主动盘(1)、被动盘(2)、工具箱(3)；所述主动盘(1)包括主动盘主体(101)、卡盘(102)、卡盘限位柱(103)、圆柱凸盘(104)、圆柱凸(105)和电气连接插头(106)；卡盘(102)上开有限位弹簧销孔(107)、卡柱锁紧孔(108)、卡柱插入孔(109)、卡盘限位槽(110)；卡盘限位柱(103)安装在主动盘主体(101)上，插入卡盘限位槽(110)中，且可以沿槽滑动；卡盘(102)通过圆柱凸盘(104)安装于主动盘主体(101)上，且卡盘(102)能够绕中心转动，卡盘限位柱(103)提供转动限位；所述被动盘(2)包括被动盘主体(201)、限位弹簧销(202)、电气连接插座(203)和卡柱(204)；被动盘主体(201)上开有固定槽(205)、圆柱凸对准孔(206)；被动盘(2)通过卡柱(204)、主动盘(1)上的卡盘(102)、圆柱凸(105)与主动盘(1)进行连接与锁定；限位弹簧销(202)对应限位弹簧销孔(107)为卡盘(102)提供锁定限位，圆柱凸对准孔(206)对应圆柱凸(105)为主动盘(1)和被动盘(2)增加连接刚度，电气连接插头(106)和电器连接插座(203)用于电气连接，卡柱插入孔(109)用于卡柱(204)的插入，卡柱锁紧孔(108)实现卡柱(204)的拔插限位；所述工具箱(3)包括工具箱基板(301)、卡盘驱动板(302)、驱动板固定柱(303)、驱动板限位块(304)、电机(305)、弹簧扭(306)和齿轮(312)；所述工具箱基板(301)开有前弧形槽(307)、后弧形槽(308)和U型工具槽(310)，U型工具槽(310)对应固定槽(205)来固定被动盘(2)，前弧形槽(307)存放未被使用的被动盘(2)，后弧形槽(308)存放更换过程中的被动盘(2)；卡盘驱动板(302)上开有卡盘柄槽(309)、齿条(311)，卡盘柄槽(309)对应卡盘(102)的柄端，更换过程中卡盘柄插入卡盘柄槽(309)中，齿条(311)和齿轮(312)啮合，实现传动连接；电机(305)通过齿轮(312)、齿条(311)与卡盘驱动板(302)连接，通过齿轮(312)和齿条(311)驱动卡盘驱动板(302)往复运动，进而带动卡盘(102)正、反转，实现末端操作器的自主更换；工具箱(3)通过固定槽(205)、U型工具槽(310)、弹簧扭(306)将被动盘(2)固定；所述卡盘(102)正转过程中，使得多个卡柱(204)分别插入相应的多个卡柱锁紧孔(108)中，同时，多个楔形限位弹簧销(202)分别插入卡盘(102)上相应的多个限位弹簧销孔(107)中，以实现主动盘(1)和被动盘(2)的锁定；所述卡盘(102)通过反向转动，驱动多个卡柱(204)分别插入相应的多个卡柱插入孔(109)中，同时，将多个限位弹簧销(202)分别从相应的多个限位弹簧销孔(107)中挤压出来，以实现主动盘(1)和被动盘(2)的解锁；所述主动盘(1)和被动盘(2)对接时，主动盘(1)上的多个圆柱凸(105)分别插入被动盘(2)上对应的多个圆柱凸对准孔(206)中；对接过程采用的是卡盘、卡柱型结构和圆柱凸结构，卡柱插入卡柱插入孔中，圆柱凸插入圆柱凸对准孔中，既完成了主动盘和被动盘的对接，又增加了二者的连接刚度；自主更换装置的锁定和解锁过程由工具箱自主完成，电机通过齿轮和齿条驱动卡盘驱动板运动，进而带动卡盘转动，驱动卡柱旋转至卡柱锁紧孔，楔形限位弹簧销插入限位弹簧销孔中，完成主动盘与被动盘的锁定；解锁时，电机通过齿轮和齿条驱动卡盘驱动板反向运动，进而带动卡盘反向转动，驱动卡柱旋转至卡柱插入孔，并且将限位弹簧销从限位弹簧销孔中挤压出，完成主动盘与被动盘的解锁。