1.一种伸展与弯曲运动解耦的空间抓取机械手折展单元,其特征在于,其包括连接花盘、驱动单元、折叠杆组、剪叉单元和桁架杆;
所述连接花盘包括第一连接花盘、第二连接花盘、第三连接花盘以及第四连接花盘,所述第一连接花盘、第三连接花盘以及第四连接花盘之间通过桁架杆和驱动折叠杆连接,并共同组成伸展与弯曲运动解耦的空间抓取机械手折展单元的基础层;所述第二连接花盘、第三连接花盘以及第四连接花盘之间通过桁架杆连接,并共同组成伸展与弯曲运动解耦的空间抓取机械手折展单元的扩展层;伸展与弯曲运动解耦的空间抓取机械手折展单元的基础层与扩展层之间通过被动折叠杆、驱动单元以及剪叉单元连接,且被动折叠杆、驱动单元以及剪叉单元分别与各个连接花盘构成伸展与弯曲运动解耦的空间抓取机械手折展单元的侧面;
所述第一连接花盘与所述第二连接花盘之间通过被动折叠杆连接,所述第三连接花盘和所述第四连接花盘之间通过剪叉单元与驱动折叠杆连接;在伸展与弯曲运动解耦的空间抓取机械手折展单元的基础层上,所述第一连接花盘分别通过一个桁架杆连接第三连接花盘与第四连接花盘,且各桁架杆的第一端分别转动连接于第一连接花盘,各桁架杆的第二端分别固定连接于第三连接花盘和第四连接花盘;在伸展与弯曲运动解耦的空间抓取机械手折展单元的扩展层上,所述第二连接花盘分别通过一个桁架杆连接第三连接花盘与第四连接花盘,且各桁架杆第一端分别转动连接于第二连接花盘,各桁架杆第二端分别固定连接于第三连接花盘和第四连接花盘;
所述驱动单元包括第一驱动单元和第二驱动单元,所述第一驱动单元包括第一驱动单元电缸和第一驱动单元电杆,所述第二驱动单元包括第二驱动单元电缸和第二驱动单元电杆;所述第一驱动单元第一端转动连接于第一连接花盘,所述第一驱动单元第二端转动连接于第三连接花盘;所述第二驱动单元第一端转动连接于第一连接花盘,所述第二驱动单元第二端转动连接于第四连接花盘;所述驱动电缸和所述驱动电杆之间构成移动连接;
所述折叠杆组包括被动折叠杆和驱动折叠杆,所述被动折叠杆的两构件通过转动副连接,被动折叠杆的两构件之间的夹角在外力作用下发生被动变化,且被动折叠杆的两个连接端分别与第一连接花盘和第二连接花盘转动连接;所述驱动折叠杆的两构件通过转动副连接,驱动折叠杆的两构件夹角可在驱动力作用下发生主动变化,且驱动折叠杆两个连接端分别转动接触于第三连接花盘和第四连接花盘;所述驱动折叠杆能够驱动对称布置的桁架杆扇形展开;
所述剪叉单元包括第一剪叉杆和第二剪叉杆,两个剪叉杆之间通过转动副连接,且两个剪叉杆结构相同;所述剪叉单元连接了所述基础层与所述扩展层,且所述剪叉单元的四个连接端分别与基础层以及扩展层两个面上第三连接花盘和第四连接花盘铰接。
2.根据权利要求1所述的伸展与弯曲运动解耦的空间抓取机械手折展单元,其特征在于,所述第一连接花盘为对称结构,共包含五个转动副,第一转动副与第三转动副同轴心,第二转动副与第四转动副同轴心,且第三转动副与第四转动副的轴线相互平行,第三转动副轴线垂直于第五转动副轴线,第五转动副轴线平行且不重合于第三转动副和第四转动副所在平面;
所述第二连接花盘为对称结构,共包含六个转动副,其第一转动副与第三转动副同轴心,第二转动副与第四转动副同轴心,且第三转动副与第四转动副的轴线相互平行,第五转动副与第六转动副的轴线相互平行,第五转动副与第六转动副所在平面与第三转动副与第四转动副所在平面平行且不重合;
所述第三连接花盘共包含五个转动副,其第一转动副与第二转动副的轴线相互平行,第三转动副与第四转动副的轴线相互平行,且第一转动副和第二转动副所在平面与第三转动副和第四转动副所在平面相互垂直;
所述第四连接花盘共包含五个转动副,其第一转动副与第二转动副的轴线相互平行,第三转动副与第四转动副的轴线相互平行,且第一转动副和第二转动副所在平面与第三转动副和第四转动副所在平面相互垂直。
3.根据权利要求2所述的伸展与弯曲运动解耦的空间抓取机械手折展单元,其特征在于,所述第三连接花盘与所述第四连接花盘结构对称,两者一侧均含有用以固定桁架杆的凹槽,且两者在基础层上的位置分布与其在扩展层上的位置分布一致。
4.根据权利要求1所述的伸展与弯曲运动解耦的空间抓取机械手折展单元,其特征在于,所述第一驱动单元、第二驱动单元以及驱动折叠杆共同控制作用时,驱动折叠杆带动剪叉单元动作,且驱动单元带动折叠杆组动作,伸展与弯曲运动解耦的空间抓取机械手折展单元的基础层与扩展层保持平行,其处于伸展抓取状态;
所述第一驱动单元以及第二驱动单元独立控制作用时,驱动单元带动折叠杆组动作,伸展与弯曲运动解耦的空间抓取机械手折展单元的基础层与扩展层逐渐产生夹角,其处于弯曲抓取状态;
所述驱动折叠杆与驱动单元不控制作用时,伸展与弯曲运动解耦的空间抓取机械手折展单元的基础层与扩展层重合,其处于初始折叠状态。
5.根据权利要求1所述的伸展与弯曲运动解耦的空间抓取机械手折展单元,其特征在于,所述伸展与弯曲运动解耦的空间抓取机械手折展单元包括基础折展单元与扩展折展单元,所述基础折展单元与所述扩展折展单元的结构基本相似;所述扩展折展单元比所述基础折展单元少了驱动折叠杆与第一连接花盘,但多了一个第二连接花盘,且两者共用桁架杆、第三连接花盘与第四连接花盘;所述基础折展单元的扩展层是所述扩展折展单元的基础层。
6.根据权利要求1所述的伸展与弯曲运动解耦的空间抓取机械手折展单元,其特征在于,两个驱动单元的结构相同,且对称布置,通过冗余驱动的方式以增强整体结构的稳定性。
7.一种伸展与弯曲运动解耦的空间抓取机械手折展机构,其特征在于,其包括一个权利要求1‑6任一项中所述的基础折展单元和多个权利要求1‑6任一项中所述的扩展折展单元,并具有N+1个自由度;
所述基础折展单元和所述扩展折展单元之间以及所述扩展折展单元和所述扩展折展单元之间均通过共用桁架杆、第三连接花盘与第四连接花盘进行连接;
所述伸展与弯曲运动解耦的空间抓取机械手折展机构完全展开时,相邻的折展单元均由两个四面体顶对顶拼接而成。
8.根据权利要求7所述的伸展与弯曲运动解耦的空间抓取机械手折展机构,其特征在于,所述基础折展单元的驱动折叠杆与各个单元的驱动单元共同控制作用时,折展单元的基础层与扩展层始终保持平行,伸展与弯曲运动解耦的空间抓取机械手折展机构处于伸展抓取状态;
所述基础折展单元与多个扩展折展单元的驱动单元独立控制作用时,折展单元的基础层与扩展层逐渐产生夹角,伸展与弯曲运动解耦的空间抓取机械手折展机构处于弯曲抓取状态;
所述基础折展单元的驱动折叠杆与各个单元的驱动单元不控制作用时,折展单元的基础层与扩展层重合,伸展与弯曲运动解耦的空间抓取机械手折展机构处于初始折叠状态。
9.根据权利要求7所述的伸展与弯曲运动解耦的空间抓取机械手折展机构,其特征在于,多个伸展与弯曲运动解耦的空间抓取机械手折展机构呈阵列分布安装在基座上,用以实现对空间大型非合作目标的抓取。
10.一种基于权利要求7所述的伸展与弯曲运动解耦的空间抓取机械手折展机构的折展方法,其特征在于:
其具体包括如下步骤:
S1、初始化折展控制系统,并将伸展与弯曲运动解耦的空间抓取机械手折展机构恢复至完全收拢状态;
S2、根据不同的抓取需求选择相应的折展模式,伸展与弯曲运动解耦的空间抓取机械手折展机构共包括弯曲抓取、伸展抓取以及展开抓取三种模式;
S3、当选择伸展抓取模式时,基础折展单元的驱动折叠杆带动剪叉单元动作,且驱动单元带动折叠杆组动作,基础折展单元与扩展折展单元同时伸展,此时,伸展与弯曲运动解耦的空间抓取机械手折展机构不断伸展展开;
当选择弯曲抓取模式时,基础折展单元与扩展折展单元的驱动单元带动折叠杆组动作,基础折展单元与扩展折展单元同时弯曲,此时,伸展与弯曲运动解耦的空间抓取机械手折展机构不断弯曲展开;
当选择展开抓取模式时,利用伸展与弯曲运动解耦的空间抓取机械手折展机构的伸展与弯曲运动解耦特性,同时进行上述两种展开运动,实现复合展开运动;
S4、将驱动折叠杆与驱动单元中各传感器的驱动数据传入控制器,将数据依次存入a(x,y)、b(x,y)和c(x,y)等数组中,其中x表示驱动折叠杆的驱动量,y表示各个驱动单元的驱动量,a(x,y)表示伸展抓取模式时的驱动数据,b(x,y)表示弯曲抓取模式时的驱动数据,c(x,y)表示展开抓取模式时的驱动数据;
S5、将上述反馈的驱动数据映射的机构位姿与目标位姿对比,并进行自适应闭环调节控制,最终达到自己所需的位姿,实现伸展抓取。