一种基于绳驱的侵彻式空间机器人捕获手爪、工作方法

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种基于绳驱的侵彻式空间机器人捕获手爪、工作方法。

背景技术

侵彻式绳驱手爪是由绳索驱动，通过物理穿刺的方式捕获目标物体的装置，具有较好的抓捕稳定性，良好的环境适应性，目前广泛地应用于机器人和攀爬附着机构等领域。

现阶段，手爪抓取的主要方式可分为三种：吸附式、粘附式和侵彻式。吸附式通过真空、磁力和静电的方式产生吸附力，进而达到抓取的效果。然而，对于真空吸附方式，对被抓取物体表面平整度要求较高。对于电磁吸附方式，对被抓取物体的材料要求较高，同时需要对单个磁性模块的磁力大小进行单独控制进而间接地增加了总体控制难度。静电吸附产生的吸附力通常较小，难以抓取治疗较大的物体；

粘附式通过仿生原理模仿动物与昆虫的刚毛与吸盘等结构，借助粘附材料与壁面材料间的分子间作用力达到附着的目的。然而，仿生粘附机构的应用范围非常有限，负载能力小且材料的可重复使用率较低，粘附材料的制作工艺也非常复杂；

侵彻式则通过抓刺等尖端侵入物体表面，以此产生附着的效果，但传统的侵彻式手爪多为刚性驱动，结构重量和尺寸较大。本发明利用绳索传动模拟生物肌腱驱动效果，从而实现侵彻式捕获手爪的驱动与控制，具有结构重量小、尺寸紧凑、运动灵活等优点。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的侵彻式手爪重量与尺寸较大、运动不灵活的问题，从而提供一种基于绳驱的侵彻式空间机器人捕获手爪、工作方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于绳驱的侵彻式空间机器人捕获手爪，包括：固定盘，所述固定盘上设有壳体，所述壳体内设有绞盘结构，且在所述绞盘结构上设有第一拉绳；弹性拉线盘，位于所述壳体内，所述弹性拉线盘与所述第一拉绳连接，所述弹性拉线盘通过滑动结构在所述壳体的延伸方向移动，所述弹性拉线盘上设有多个第二拉绳和第三拉绳；勾爪，具有多个，多个所述勾爪与所述第二拉绳和第三拉绳连接，所述绞盘结构缠绕或释放所述第一拉绳，带动所述弹性拉线盘在所壳体的延伸方向移动，拉紧或释放第二拉绳和第三拉绳，以驱动所述勾爪的收缩或释放。

进一步地，所述绞盘结构包括：固定组件，与所述壳体连接，所述固定组件上设有传动件和收线盘，所述收线盘上缠绕有第一拉绳；驱动轴，一端与驱动件连接，另一端与所述与传动件连接。

进一步地，所述传动件包括：第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮和第二齿轮啮合设置，所述驱动轴与所述第一齿轮连接；转轴，设于所述固定组件上，所述第二齿轮和收线盘套设于所述转轴上。

进一步地，所述弹性拉线盘包括：盘体，所述盘体的外壁上设有保护罩；支撑杆，具有多个，多个所述支撑杆沿所述盘体的外边缘间隔设置，且在所述支撑杆上套设有第一压缩弹簧。

进一步地，所述滑动结构包括：滑槽，具有多个，间隔设于所述壳体的侧壁上，滑动块，设于所述盘体上，所述滑动块设于所述滑槽内。

进一步地，还包括固定环，所述固定环位于所述固定盘的中心，所述第二拉绳的一端与支撑杆连接，并贯穿所述固定环与所述勾爪连接。

进一步地，所述固定环上设有多个拉伸弹簧，所述第三拉绳一端与所述拉伸弹簧连接，另一端与所述勾爪连接。

进一步地，所述勾爪包括：安装块，与所述第三拉绳连接；连接杆，贯穿所述安装块，所述第二拉绳与所述连接杆连接，所述连接杆上设有第二压缩弹簧；爪体，设于所述连接杆远离所述安装块的一端。

进一步地，所述固定盘的底部设有多个夹爪，所述夹爪套设在所述安装块上，且所述夹爪与所述安装块转动连接。

本发明还提供了一种所述的基于绳驱的侵彻式空间机器人捕获手爪的工作方法，包括：

绞盘结构收紧第一拉绳，所述第一拉绳带动弹性拉线盘在壳体的延伸方向做上升运动，第二拉绳和第三拉绳被弹性拉线盘拉紧，带动勾爪进行收缩运动，该手爪完成抓取动作；

绞盘结构松开第一拉绳，第一拉绳带动弹性拉线盘在壳体的延伸方向做下降运动，第二拉绳和第三拉绳被弹性拉线盘释放，带动勾爪进行释放运动，该手爪完成张开动作。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的基于绳驱的侵彻式空间机器人捕获手爪，包括：固定盘，所述固定盘上设有壳体，所述壳体内设有绞盘结构，且在所述绞盘结构上设有第一拉绳；弹性拉线盘，位于所述壳体内，所述弹性拉线盘与所述第一拉绳连接，所述弹性拉线盘通过滑动结构在所述壳体的延伸方向移动，所述弹性拉线盘上设有多个第二拉绳和第三拉绳；勾爪，具有多个，多个所述勾爪与所述第二拉绳和第三拉绳连接，所述绞盘结构缠绕或释放所述第一拉绳，带动所述弹性拉线盘在所壳体的延伸方向移动，拉紧或释放第二拉绳和第三拉绳，以驱动所述勾爪的收缩或释放。

通过将壳体固定在固定盘上，即为该壳体提供了安装位置，同时，壳体也为绞盘结构提供了安装位置，其中，绞盘结构安装在壳体内部的顶壁上。绞盘结构上的第一拉绳与弹性拉线盘连接，即可以利用绞盘结构缠绕或释放第一拉绳，并配合滑动结构，从而带动弹性拉线盘在壳体的延伸方向做升降运动。由于弹性拉线盘上设有第二拉绳和第三拉绳，并且，第二拉绳和第三拉绳均与勾爪连接，因此，当第一拉绳带动弹性拉线盘在壳体的延伸方向做上升运动时，第二拉绳和第三拉绳被弹性拉线盘拉紧，带动勾爪进行收缩运动，即实现了该手爪的抓取动作；当第一拉绳带动弹性拉线盘在壳体的延伸方向做下降运动时，第二拉绳和第三拉绳被弹性拉线盘释放，带动勾爪进行释放运动，即实现了该手爪的张开动作。

该基于绳驱的侵彻式空间机器人捕获手爪的结构为精简传动机构，可以实现手爪的稳定传动；同时，通过绳索驱动，实现了勾爪的抓取与张开运动；并且，通过第一拉绳和第二拉绳、以及第三拉绳的配合，显著提升了关节的结构紧凑型、承载稳定性与使用寿命。

2.本发明提供的基于绳驱的侵彻式空间机器人捕获手爪，所述弹性拉线盘包括：盘体，所述盘体的外壁上设有保护罩；支撑杆，具有多个，多个所述支撑杆沿所述盘体的外边缘间隔设置，且在所述支撑杆上套设有第一压缩弹簧。

通过在盘体上设置保护罩，即可以利用保护罩对多个支撑杆进行保护；同时，每个支撑杆上套设有第一压缩弹簧，该第一压缩弹簧的设置，在弹性拉线盘沿壳体的延伸方向做上升运动后，需要下降时，第一压缩弹簧为弹性拉线盘提供了回复力，便于弹性拉线盘回复速度。

3.本发明提供的基于绳驱的侵彻式空间机器人捕获手爪，所述滑动结构包括：滑槽，具有多个，间隔设于所述壳体的侧壁上，滑动块，设于所述盘体上，所述滑动块设于所述滑槽内。

通过将滑槽设置在壳体的侧壁上，滑动块设置在盘体上，因此，可将滑动块插入至滑槽内，并利用绞盘结构带动弹性拉线盘做上升或下降运动。同时，该滑动结构也起到了导向的作用，保证了该弹性拉线盘在壳体的延伸方向的移动。

4.本发明提供的基于绳驱的侵彻式空间机器人捕获手爪，所述固定环上设有多个拉伸弹簧，所述第三拉绳一端与所述拉伸弹簧连接，另一端与所述勾爪连接。拉伸弹簧的设置，可实现第三拉绳的连接，同时，该拉伸弹簧为第三拉绳、勾爪和固定环提供了缓冲力。

提供发明内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的基于绳驱的侵彻式空间机器人捕获手爪的结构示意图；

图2为本发明提供的基于绳驱的侵彻式空间机器人捕获手爪的结立体图；

图3为本发明提供的基于绳驱的侵彻式空间机器人捕获手爪的局部放大图；

图4为本发明提供的基于绳驱的侵彻式空间机器人捕获手爪的绞盘结构的结构示意图；

图5为本发明提供的基于绳驱的侵彻式空间机器人捕获手爪的壳体的结构示意图；

图6为本发明提供的基于绳驱的侵彻式空间机器人捕获手爪的弹性拉线盘的结构示意图；

图7为本发明提供的基于绳驱的侵彻式空间机器人捕获手爪的勾爪的结构示意图。

附图标记说明：

1、固定盘；2、壳体；3、绞盘结构；4、第一拉绳；5、弹性拉线盘；6、滑动结构；7、第二拉绳；8、第三拉绳；9、勾爪；10、固定组件；11、传动件；12、收线盘；13、驱动轴；14、第一齿轮；15、第二齿轮；16、转轴；17、盘体；18、保护罩；19、支撑杆；20、第一压缩弹簧；21、滑槽；22、滑动块；23、固定环；24、拉伸弹簧；25、安装块；26、连接杆；27、第二压缩弹簧；28、爪体；29、夹爪；30、盖板；31、侧板。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本公开的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本公开的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本公开的不同结构。为了简化本公开的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本公开。此外，本公开可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本公开提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

以下结合附图对本公开的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本公开，并不用于限定本公开。

请参阅图1至图7所示，本发明提供了一种基于绳驱的侵彻式空间机器人捕获手爪，包括：固定盘1，所述固定盘1上设有壳体2，所述壳体2内设有绞盘结构3，且在所述绞盘结构3上设有第一拉绳4；弹性拉线盘5，位于所述壳体2内，所述弹性拉线盘5与所述第一拉绳4连接，所述弹性拉线盘5通过滑动结构6在所述壳体2的延伸方向移动，所述弹性拉线盘5上设有多个第二拉绳7和第三拉绳8；勾爪9，具有多个，多个所述勾爪9与所述第二拉绳7和第三拉绳8连接，所述绞盘结构3缠绕或释放所述第一拉绳4，带动所述弹性拉线盘5在所壳体2的延伸方向移动，拉紧或释放第二拉绳7和第三拉绳8，以驱动所述勾爪9的收缩或释放。

通过将壳体2固定在固定盘1上，即为该壳体2提供了安装位置，同时，壳体2也为绞盘结构3提供了安装位置，其中，绞盘结构3安装在壳体2内部的顶壁上。绞盘结构3上的第一拉绳4与弹性拉线盘5连接，即可以利用绞盘结构3缠绕或释放第一拉绳4，并配合滑动结构6，从而带动弹性拉线盘5在壳体2的延伸方向做升降运动。由于弹性拉线盘5上设有第二拉绳7和第三拉绳8，并且，第二拉绳7和第三拉绳8均与勾爪9连接，因此，当第一拉绳4带动弹性拉线盘5在壳体2的延伸方向做上升运动时，第二拉绳7和第三拉绳8被弹性拉线盘5拉紧，带动勾爪9进行收缩运动，即实现了该手爪的抓取动作；当第一拉绳4带动弹性拉线盘5在壳体2的延伸方向做下降运动时，第二拉绳7和第三拉绳8被弹性拉线盘5释放，带动勾爪9进行释放运动，即实现了该手爪的张开动作。

该基于绳驱的侵彻式空间机器人捕获手爪的结构为精简传动机构，可以实现手爪的稳定传动；同时，通过绳索驱动，实现了勾爪9的抓取与张开运动；并且，通过第一拉绳4和第二拉绳7、以及第三拉绳8的配合，显著提升了关节的结构紧凑型、承载稳定性与使用寿命。

在一些可选的实施例中，所述绞盘结构3包括固定组件10和传动件11、收线盘12、以及驱动轴13；其中，固定组件10与所述壳体2连接，所述固定组件10上设有传动件11和收线盘12，所述收线盘12上缠绕有第一拉绳4；驱动轴13，一端与驱动件连接，另一端与所述与传动件11连接。

通过将固定组件10固定设置在壳体2的内部，即便于传动件11和收线盘12、以及驱动轴13提供安装位置。该驱动轴13与驱动件连接，即利用驱动件带动驱动轴13转动，驱动轴13正转动的同时，可带动传动件11正向转动，进而带动收线盘12转动，即将第一拉绳4缠绕或在收线盘12上，当驱动反转时，额可带动传动件11反向转动，进而带动收线盘12转动，即将第一拉绳4从收线盘12上释放。

在一些可选的实施例中，所述传动件11包括第一齿轮14和第二齿轮15，所述第一齿轮14和第二齿轮15啮合设置，所述驱动轴13与所述第一齿轮14连接；转轴16，设于所述固定组件10上，所述第二齿轮15和收线盘12套设于所述转轴16上。

通过第一齿轮14和第二齿轮15的设置，即在驱动轴13的带动下，带动第一齿轮14进行转动，由于第一齿轮14和第二齿轮15啮合设置，即带动了第二齿轮15和收线盘12进行转动，从而将第一拉绳4缠绕在收线盘12上，或将第一拉绳4从收线盘12上释放。

其中，第一齿轮14为主动齿轮，第二齿轮15为被动齿轮。

在一些可选的实施例中，所述弹性拉线盘5包括：盘体17，所述盘体17的外壁上设有保护罩18；支撑杆19，具有多个，多个所述支撑杆19沿所述盘体17的外边缘间隔设置，且在所述支撑杆19上套设有第一压缩弹簧20。

通过在盘体17上设置保护罩18，即可以利用保护罩18对多个支撑杆19进行保护；同时，每个支撑杆19上套设有第一压缩弹簧20，该第一压缩弹簧20的设置，在弹性拉线盘5沿壳体2的延伸方向做上升运动后，需要下降时，第一压缩弹簧20为弹性拉线盘5提供了回复力，便于弹性拉线盘5回复速度。

在一些可选的实施例中，所述滑动结构6包括：滑槽21，具有多个，间隔设于所述壳体2的侧壁上，滑动块22，设于所述盘体17上，所述滑动块22设于所述滑槽21内。

通过将滑槽21设置在壳体2的侧壁上，滑动块22设置在盘体17上，因此，可将滑动块22插入至滑槽21内，并利用绞盘结构3带动弹性拉线盘5做上升或下降运动。同时，该滑动结构6也起到了导向的作用，保证了该弹性拉线盘5在壳体2的延伸方向的移动。

其中，滑槽21沿壳体2的周壁上设有四个，滑动块22沿盘体17的周壁上也设有四个。

壳体2包括盖板30和四个侧板31，滑槽21设置在侧板31上。

在一些可选的实施例中，该基于绳驱的侵彻式空间机器人捕获手爪还包括固定环23，所述固定环23位于所述固定盘1的中心，所述第二拉绳7的一端与支撑杆19连接，并贯穿所述固定环23与所述勾爪9连接。

固定环23的设置，增加了第二拉绳7的长度，使得第二拉绳7可缠绕在固定环23上。

在一些可选的实施例中，所述固定环23上设有多个拉伸弹簧24，所述第三拉绳8一端与所述拉伸弹簧24连接，另一端与所述勾爪9连接。

拉伸弹簧24的设置，可实现第三拉绳8的连接，同时，该拉伸弹簧24为第三拉绳8、勾爪9和固定环23提供了缓冲力。

在一些可选的实施例中，所述勾爪9包括：安装块25，与所述第三拉绳8连接；连接杆26，贯穿所述安装块25，所述第二拉绳7与所述连接杆26连接，所述连接杆26上设有第二压缩弹簧27；爪体28，设于所述连接杆26远离所述安装块25的一端。

该安装块25的设置，实现了勾爪9和第二拉绳7、第三拉绳8之间的连接。同时，连接杆26的设置，实现了安装块25和爪体28的连接，同时，该连接杆26上设有第二压缩弹簧27，该第二压缩弹簧27为爪体28提供了缓冲力。

在一些可选的实施例中，所述固定盘1的底部设有多个夹爪29，所述夹爪29套设在所述安装块25上，且所述夹爪29与所述安装块25转动连接。即安装块25和夹爪29转动连接，勾爪9在盘体17底部的转动连接，实现了勾爪9的张开和抓取动作。

本发明还提供了一种采用所述的基于绳驱的侵彻式空间机器人捕获手爪的工作方法，包括：绞盘结构3收紧第一拉绳4，所述第一拉绳4带动弹性拉线盘5在壳体2的延伸方向做上升运动，第二拉绳7和第三拉绳8被弹性拉线盘5拉紧，带动勾爪9进行收缩运动，该手爪完成抓取动作；

绞盘结构3松开第一拉绳4，第一拉绳4带动弹性拉线盘5在壳体2的延伸方向做下降运动，第二拉绳7和第三拉绳8被弹性拉线盘5释放，带动勾爪9进行释放运动，该手爪完成张开动作。

具体操作方法为：

在需要进行抓取动作时，通过驱动件带动驱动轴13正向转动，进而带动第一齿轮14和第二齿轮15转动，从而带动了收线盘12进行转动，实现了第一拉绳4的收紧，盘体17上的滑动块22在壳体2的滑槽21内做上升运动，第一拉绳4带动弹性拉线盘5做上升运动，弹性拉线盘5带动第二拉绳7和第三拉绳8收紧，即带动了勾爪9上的安装块25相对固定盘1底部的夹爪29相对转动，带动勾爪9进行收缩运动，该手爪完成抓取动作；

在需要进行张开动作时，通过驱动件带动驱动轴13反向转动，进而带动第一齿轮14和第二齿轮15转动，从而带动了收线盘12进行转动，实现了第一拉绳4的释放，盘体17上的滑动块22在壳体2的滑槽21内做下降运动，第一拉绳4带动弹性拉线盘5做下降运动，弹性拉线盘5带动第二拉绳7和第三拉绳8放松，即带动了勾爪9上的安装块25相对固定盘1底部的夹爪29相对转动，带动勾爪9进行释放运动，该手爪完成张开动作。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。