本發明屬于機械技術領域，涉及機器人機構，特別涉及一種基于索并聯構型的宇航員太空作業機器人。

背景技術：

太空中，宇航員完成出艙作業，通常要借助空間機械臂的輔助。傳統的空間機械臂，例如加拿大臂SSRMS，日本實驗艙機械手系統JEMRMS等，均為串聯機械臂，制造成本高，體積大，臂展長度最大約15m，而空間站尺寸為幾十米，機械臂的尺寸略顯不足。雖然可以通過改變機械臂基部位置實現更大的工作空間，但操作復雜，效率低。

索并聯機構相比于串聯機構，具有高速運動，結構重量輕，制造等特點，由于繩索可以理論上無限纏繞在卷筒上，使得索并聯機構工作空間很大，因此在航空航天、醫療康復和風洞實驗等領域具有廣闊的應用前景。若能將其替代傳統的空間機械臂，輔助宇航員進行太空作業，不僅能夠實現更大的工作空間，還可以大大減小制造、使用成本，具有十分重要的研究意義。

技術實現要素：

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種基于索并聯構型的宇航員太空作業機器人，其構型簡單，制造成本低，且具有更大的作業空間，可輔助宇航員出艙作業。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種基于索并聯構型的宇航員太空作業機器人，為4索并聯機器人，包括座椅機構、運動機構和平衡系統，其特征在于：

所述座椅機構包括座椅11、座椅固定架9和控制面板10；

所述運動機構固定在太空艙1外側，用于控制座椅機構的空間位置，可使末端座椅實現三平動自由度的運動；包括出索機構、自動收索機構、三根主動索6、一根被動索7和噴氣設備8，出索機構通過三根主動索6，自動收索機構通過一根被動索7，連接在座椅11后方的座椅固定架9上，噴氣設備8安裝座椅固定架9上，向后噴氣，保證繩索時刻張緊；

所述平衡系統包括通過固定架12安裝在座椅11下方的陀螺儀13，保持座椅11平衡防止傾覆。

所述三根主動索6和一根被動索7在太空艙1一端的連接點構成四邊形結構，在座椅固定架9一端的連接點也構成四邊形結構，通過出索機構控制三根主動索6的長度，被動索7由自動收索機構拉緊，當機構出現問題時保證宇航員安全返回太空艙。

所述出索機構也為三個，分別與三根主動索6連接，包括電機14、聯軸器15、減速箱16、卷筒一17、箱體一4和出索滑輪一5，其中，主動索6纏繞在卷筒一17上，經出索滑輪一5后連接座椅固定架9，電機14運轉時，通過聯軸器15和減速箱16，將運動傳遞至卷筒一17，從而控制主動索6收放。

所述控制面板10與電機14以及噴氣設備8的控制系統以及連接，供坐在座椅11上的宇航員控制主動索6的出索長度及噴氣設備8的工作狀態。

所述自動收索機構，包括蝸卷彈簧19、中心軸20、卷筒二18、箱體二2和出索滑輪二3，被動索7纏繞在卷筒二18上，蝸卷彈簧19一端固定在中心軸20上，另一端與卷筒二18內側相連，被動索7始終受到蝸卷彈簧19的拉力。

當被動索7出索時，卷筒二18順時針旋轉，蝸卷彈簧19處于張緊狀態；若主動索6處于松弛狀態或噴氣設備8關閉時，蝸卷彈簧19拉動卷筒二18逆時針轉動，被動索7自動收回。

所述平衡系統保證座椅11座面始終與太空艙軸線平行，防止傾覆。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

(1)通過索并聯機構替代傳統的空間機械臂，不僅能完成輔助宇航員出艙作業任務，并且相對于傳統空間機械臂，構型簡單、成本低且具有更大的工作空間。

(2)設計了一條被動索，增加了設備的安全性。當主動索出現故障時，被動索會自動收回，保證宇航員安全返回太空艙。

(3)在座椅下方安裝陀螺儀，進行姿態控制，而主動索只負責末端座椅的位置控制，最大程度上減少了繩索數量，避免繩索之間發生干涉。

附圖說明

圖1：基于索并聯構型的宇航員太空作業機器人。

圖2：出索機構示意圖。

圖3：自動收索機構原理圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例詳細說明本發明的實施方式。

本發明基于索并聯構型的宇航員太空作業機器人，用于輔助宇航員進行出艙作業。包括運動機構、平衡系統、座椅機構等。

如圖1所示，運動機構固定在航天器外側，末端座椅11通過四根繩索與安裝于太空艙1上的出索機構相連，四根繩索包括三根主動索6和一根被動索7。主動索6與出索機構相連，出索長度可以人為控制。被動索7與自動收索機構相連，收索機構中的蝸卷彈簧19始終保持張緊狀態，保證出現情況時宇航員能順利返回。座椅11通過三根主動索6和安裝于座椅11后方的噴氣設備8進行空間三平動自由度的運動，通過安裝于座椅11下方的陀螺儀13進行位姿調整，防止傾覆。宇航員可以通過安裝在座椅11上方的控制面板10對主動索6長度和噴氣設備8進行控制，到達目標位置。

如圖2所示，主動索6纏繞在卷筒一17上。電機14通過聯軸器15，減速箱16與卷筒一17相連，通過電機14控制卷筒一17轉動，對主動索6進行收放。

如圖3所示，被動索7纏繞在卷筒二18上，蝸卷彈簧19一端與固定在箱體2上的中心軸20相連，另一端與卷筒二18內側相連。當被動索7出索時，卷筒二18順時針旋轉，蝸卷彈簧19處于張緊狀態。若主動索6處于松弛狀態或噴氣設備8關閉時，蝸卷彈簧19會拉動卷筒二18逆時針轉動，被動索7自動收回，使宇航員安全返回太空艙。