本发明涉及空间机器人，具体涉及一种具有大容差抓取与高精度定位功能的空间柔性机械手。
背景技术：
1、末端执行器作为空间机器人系统重要组成部分，直接作用于目标及环境，是空间机器人与外界发生交互的核心。太空的极端环境以及目标抓捕释放维修、舱外货物搬运、大型设备安装更换等空间在轨任务对末端操作机构的研制提出了极高的要求，包括适应性、可靠性、容差性、操作复杂度、定位定姿精度等。
2、首先，末端执行器需具备大范围的目标适应性，以及位置姿态容差性，以实现对位姿不确定的空间目标的自适应抓取；其次，末端执行器需具备良好的环境适应性，以满足太空不同环境的要求，特别是极端环境，如极高温度、极低温度、核辐射等；再次，末端执行器与目标之间的操作控制至关重要，以保障抓取成功率，满足精细作业的需求；此外，末端执行器还需满足结构简单、可靠性强、安全性好的基本要求。
3、然而，现有的空间机器人的末端执行器多采用刚性构件，虽能满足对指定目标或合作目标的高精度抓取，但无法兼具大范围的目标适应性或位置姿态容差性。对于具备大范围目标适应性或位置姿态容差的末端执行器，通常难以兼顾高精度抓取。此外，刚性构件无法吸收冲击能量，缓和振动，易对空间机器人或目标造成损坏。同时在太空失重环境下抓捕目标时，需要保证在靠近目标时能够有效捕获目标，即不会由于刚性碰撞而导致目标物的远离。采用柔性材料的末端执行器虽然能够吸收冲击、缓和振动，但是定位定姿精度仍不能满足要求，且加工难度较大。
技术实现思路
1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的末端执行器定位定姿精度不够，加工难度大的缺陷，从而提供一种定位定姿精度高，加工难度低的具有大容差抓取与高精度定位功能的空间柔性机械手。
2、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种具有大容差抓取与高精度定位功能的空间柔性机械手，包括：
3、手柄，包括适于与待抓捕目标物体连接的连接部和适于与驱动箱连接的凸出部；
4、驱动箱，具有与所述凸出部适配的凹槽，所述凸出部具有悬浮在所述凹槽上方的第一状态和固定在所述凹槽中的第二状态，在所述第二状态时，所述凸出部的最低点与所述凹槽的最低点之间预留有间隙，且所述凸出部的至少部分与所述凹槽内壁贴合设置；
5、夹爪，可开合地设于所述驱动箱上，适于在驱动力作用下对所述手柄施加由第一状态转换至第二状态的作用力，以抓取并固定所述手柄。
6、可选地，所述凸出部与所述凹槽内壁贴合位置的半径略大于所述凹槽内壁与所述凸出部贴合位置的半径。
7、可选地，所述凸出部具有对称设置的一对第一弧面和连接一对第一弧面的第二弧面，所述凹槽具有对称设置的一对第三弧面和连接一对第三弧面的第四弧面，所述第一弧面的半径略大于所述第三弧面的半径，所述凸出部的最低点设于所述第二弧面上，所述凹槽的最低点设于所述第四弧面上。
8、可选地，所述手柄还包括设于所述连接部和凸出部之间的过渡部，所述过渡部上设有连接通孔。
9、可选地，所述手柄为间隔设置的一对，一对手柄之间设有中间杆，所述中间杆通过插入所述连接通孔中的紧固件与所述手柄固定连接，所述中间杆平行于所述凸出部与所述凹槽的安装方向的截面靠近所述连接部的部分的长度小于靠近所述凸出部的另一部分在该方向上的长度；且所述中间杆沿轴向的长度等于夹爪的底座在该方向上的长度。
10、可选地，所述过渡部朝向所述中间杆的端面外周缘还设有过渡斜面，所述过渡斜面适于引导所述夹爪滑动至所述中间杆上。
11、可选地，所述夹爪包括相对设置的单指尖手指和双指尖手指，所述双指尖手指的双指尖之间的距离不小于所述单指尖手指的单指尖在该方向上的长度。
12、可选地，所述夹爪平行于所述凸出部与所述凹槽的安装方向的截面为半月牙形，所述夹爪内部设有多层肋板，多层肋板为非平行设置，且由手指弯曲的内侧向外侧发散。
13、可选地，所述夹爪的材质为碳素弹簧钢合金。
14、可选地，所述驱动箱上还设有调节结构，所述夹爪通过连杆与所述调节结构可活动连接。
15、本发明技术方案，具有如下优点：
16、1.本发明提供的具有大容差抓取与高精度定位功能的空间柔性机械手，当手柄在驱动力的作用下使得凸出部由悬浮在凹槽上方进入凹槽中时，凸出部的至少部分与凹槽内壁贴合，直至到达第二状态，凸出部的最低点与凹槽的最低点之间预留有间隙。相比于凸出部与凹槽完全贴合设置，本发明凸出部与凹槽之间间隙的存在避免了过定位问题，改善了手柄与驱动箱的接触条件，保证定位定姿精度的同时降低了对零件加工精度的要求。
17、2.本发明提供的具有大容差抓取与高精度定位功能的空间柔性机械手，中间杆平行于凸出部与凹槽的安装方向的截面靠近连接部的部分的长度小于靠近凸出部的另一部分在该方向上的长度，这样在夹爪抓捕待抓捕目标物体时对夹爪起到导向作用，且增加抓紧手柄时的牢固性。
18、3.本发明提供的具有大容差抓取与高精度定位功能的空间柔性机械手，过渡部朝向中间杆的端面外周缘还设有过渡斜面，过渡斜面在进行抓捕待抓捕目标物体时对夹爪起到导向作用，使夹爪能够顺利滑动至手柄中间杆的外表面。
19、4.本发明提供的具有大容差抓取与高精度定位功能的空间柔性机械手，中间杆沿轴向的长度等于夹爪的底座在该方向上的长度，这样当夹爪闭合压紧手柄中间杆时，夹爪底座的两侧面就会顶住两侧的手柄，从而限制手柄沿中间杆轴向的平动自由度，与驱动箱的凹槽一起限制了手柄的全部六个运动自由度，实现了对待抓捕目标物体的完全的高精度的定位定姿。
20、5.本发明提供的具有大容差抓取与高精度定位功能的空间柔性机械手，双指尖手指的双指尖之间的距离不小于单指尖手指的单指尖在该方向上的长度，这样的设计使得夹爪闭合时两侧手指指尖可以相互交叉，形成一个四周封闭的空间，对手柄中间杆进行包围。
21、6.本发明提供的具有大容差抓取与高精度定位功能的空间柔性机械手，夹爪平行于凸出部与凹槽的安装方向的截面为半月牙形，夹爪内部设有多层肋板，多层肋板为非平行设置，且由手指弯曲的内侧向外侧发散。这样可以更好地减小抓捕过程中由于待抓捕目标物体具有的残余速度对机械手造成的冲击。
22、7.本发明提供的具有大容差抓取与高精度定位功能的空间柔性机械手，夹爪的材质为碳素弹簧钢合金，在保留夹爪一定柔性的同时确保了在外太空环境下的负载使用。
23、8.本发明提供的具有大容差抓取与高精度定位功能的空间柔性机械手，夹爪通过连杆与调节结构可活动连接，从而保证了机械手开合过程中一对夹爪的对称性。
1.一种具有大容差抓取与高精度定位功能的空间柔性机械手，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的具有大容差抓取与高精度定位功能的空间柔性机械手，其特征在于，所述凸出部(11)与所述凹槽(2)内壁贴合位置的半径略大于所述凹槽(2)内壁与所述凸出部(11)贴合位置的半径。
3.根据权利要求2所述的具有大容差抓取与高精度定位功能的空间柔性机械手，其特征在于，所述凸出部(11)具有对称设置的一对第一弧面(111)和连接一对第一弧面(111)的第二弧面(112)，所述凹槽(2)具有对称设置的一对第三弧面(21)和连接一对第三弧面(21)的第四弧面(22)，所述第一弧面(111)的半径略大于所述第三弧面(21)的半径，所述凸出部(11)的最低点设于所述第二弧面(112)上，所述凹槽(2)的最低点设于所述第四弧面(22)上。
4.根据权利要求1所述的具有大容差抓取与高精度定位功能的空间柔性机械手，其特征在于，所述手柄(1)还包括设于所述连接部(10)和凸出部(11)之间的过渡部(12)，所述过渡部(12)上设有连接通孔。
5.根据权利要求4所述的具有大容差抓取与高精度定位功能的空间柔性机械手，其特征在于，所述手柄(1)为间隔设置的一对，一对手柄(1)之间设有中间杆(5)，所述中间杆(5)通过插入所述连接通孔中的紧固件与所述手柄(1)固定连接，所述中间杆(5)平行于所述凸出部(11)与所述凹槽(2)的安装方向的截面靠近所述连接部(10)的部分的长度小于靠近所述凸出部(11)的另一部分在该方向上的长度；且所述中间杆(5)沿轴向的长度等于夹爪(4)的底座在该方向上的长度。
6.根据权利要求5所述的具有大容差抓取与高精度定位功能的空间柔性机械手，其特征在于，所述过渡部(12)朝向所述中间杆(5)的端面外周缘还设有过渡斜面(121)，所述过渡斜面(121)适于引导所述夹爪(4)滑动至所述中间杆(5)上。
7.根据权利要求1－6任一项所述的具有大容差抓取与高精度定位功能的空间柔性机械手，其特征在于，所述夹爪(4)包括相对设置的单指尖手指(41)和双指尖手指(42)，所述双指尖手指(42)的双指尖之间的距离不小于所述单指尖手指(41)的单指尖在该方向上的长度。
8.根据权利要求7所述的具有大容差抓取与高精度定位功能的空间柔性机械手，其特征在于，所述夹爪(4)平行于所述凸出部(11)与所述凹槽(2)的安装方向的截面为半月牙形，所述夹爪(4)内部设有多层肋板(43)，多层肋板(43)为非平行设置，且由手指弯曲的内侧向外侧发散。
9.根据权利要求8所述的具有大容差抓取与高精度定位功能的空间柔性机械手，其特征在于，所述夹爪(4)的材质为碳素弹簧钢合金。
10.根据权利要求1－6任一项所述的具有大容差抓取与高精度定位功能的空间柔性机械手，其特征在于，所述驱动箱(3)上还设有调节结构(7)，所述夹爪(4)通过连杆(8)与所述调节结构(7)可活动连接。
