[發明專利]空間機械臂平行式模塊化關節

無效

• 申請號: 200710072713.9
• 申請日: 2007-08-29
• 公開（公告）號: CN101116973A
• 公開（公告）日: 2008-02-06
• 發明（設計）人: 劉宏;孫奎;謝宗武;李德倫;黃劍斌
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B25J17/00
• 分類號: B25J17/00;B25J13/00;B25J19/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所
• 代理人: 劉同恩

技術領域

本發明涉及一種空間機械臂的關節。

背景技術

最近一二十年以來，我國空間技術發展迅速。未來我國將在空間建立自己的空間站，需要空間機器人進行一些如空間站的搭建和維護，衛星的釋放、維修和回收等工作，但是，目前空間機器人還不能夠完成這些工作。不久的將來，我國就要探索月球、火星甚至其它的星體，需要在空間進行一些操作，這些操作都離不開空間機械臂。模塊化關節是空間機械臂的重要組成部分，模塊化關節的性能決定了整個機械臂的各項主要性能。DLR/HIT?Joint?Lab以前研制的空間機械臂模塊化關節，它將驅動和控制都集成在一個關節里面，關節的體積大、質量大、功耗大。國內，中國空間技術研究院502所在空間機械臂關節的研制方面做了許多研究工作，但都只停留在實驗室狀態，沒有形成最終產品。據目前掌握的資料來看，國內還沒有研制成功專門針對空間強輻射、高真空、大溫差環境，且具有低功耗、大輸出力矩、高可靠性的空間機械臂模塊化關節。

發明內容

本發明的目的是為解決現有關節的體積大、質量大、功耗大、單位質量輸出力矩小的問題，現提供一種空間機械臂平行式模塊化關節。本發明由驅動裝置、關節機構和電氣部分組成，所述的驅動裝置由直流無刷電機、摩擦式反向制動器、行星減速器、電機套筒和電機套筒蓋組成，所述的關節機構由內嚙合齒輪裝置、空心傳動軸裝置、諧波減速器、薄壁軸承一、薄壁軸承二、薄壁軸承一內環支撐座、薄壁軸承一外環支撐座、薄壁軸承二內環支撐座、關節后端蓋、第一外殼、第二外殼、輸出法蘭盤、套筒、隔離支撐環、調整墊片和毛氈組成，所述的電氣部分由轉接電路板、霍爾開關和位置傳感器組成，所述的內嚙合齒輪裝置由一個齒輪一和一個齒輪二組成，其中，齒輪一是外齒輪，齒輪二是內齒輪，所述的空心傳動軸裝置由一個空心傳動軸、一對軸承I、套筒一、套筒二、空心軸承蓋、鍵一、鍵二、軸用彈性擋圈一和軸用彈性擋圈二組成，所述的諧波減速器由柔輪、剛輪和波發生器組成，所述摩擦式反向制動器由一個軸承墊板、三個銷軸、三個軸承II、一個銷軸板、摩擦片一、摩擦片二、一個輸出齒輪軸、一個輸出齒輪軸套、一個輸出齒輪軸套軸承、外殼一、外殼二和外殼三組成，所述霍爾開關由霍爾敏感元件和磁鋼組成，所述位置傳感器采用傳統的電位計，由導電環和電刷組成；直流無刷電機、摩擦式反向制動器和行星減速器依次串聯在一起并安裝在電機套筒里面，電機套筒的后端和電機套筒蓋的內壁都設有螺紋并且二者旋合，將直流無刷電機、摩擦式反向制動器和行星減速器壓在一起，電機套筒連接到套筒的大端上，套筒和關節后端蓋、第一外殼連接在一起，所述內嚙合齒輪裝置中的齒輪一和直流無刷電機的輸出軸粘在一起，齒輪二和空心傳動軸的輸入端連接，并通過套筒一、鍵一和軸用彈性擋圈一實現軸向和周向定位，波發生器和空心傳動軸的輸出端連接，并通過套筒二、鍵二和軸用彈性擋圈二實現軸向和周向定位，一對軸承I套在空心傳動軸上，一對軸承I的外環均和第一外殼小端的內表面配合，內環均和空心傳動軸的外圓柱面配合，由套筒一、套筒二、空心軸承蓋、第一外殼小端的孔肩和空心傳動軸上的軸肩完成軸承的軸向定位和軸向預緊。整個空心傳動軸裝置和第一外殼小端都布置在柔輪里面；柔輪和薄壁軸承一外環支撐座、第一外殼連接在一起，薄壁軸承一外環支撐座和第二外殼、調整墊片連接在一起，第二外殼和輸出法蘭盤之間采用了兩層周向迷宮式密封和毛氈密封兩種密封方式，毛氈密封在內部，兩層周向迷宮式密封在外部，第二外殼的輸入端為一號法蘭盤，輸出端為迷宮式密封槽和機械限位結構，第二外殼的內部設有薄壁軸承二外環支撐座、第二外殼薄壁軸承二外環支撐座孔肩和電刷座，輸出法蘭盤的輸入端設有輸入端法蘭，輸出端設有輸出端法蘭、迷宮式密封槽I和機械限位結構I，輸出法蘭盤內孔里面設有臺階，第二外殼上的迷宮式密封槽和機械限位結構分別與輸出法蘭盤上的迷宮式密封槽I和機械限位結構I相配合；薄壁軸承一內環支撐座和薄壁軸承二內環支撐座配置在剛輪的兩側且三者連接在一起，并用兩個銷實現周向的定位，薄壁軸承二內環支撐座和輸出法蘭盤連接在一起，薄壁軸承一的外環、薄壁軸承二的外環分別和薄壁軸承一外環支撐座、薄壁軸承二外環支撐座配合，薄壁軸承一的軸向定位由薄壁軸承一內環支撐座和薄壁軸承一外環支撐座完成，薄壁軸承二的軸向定位由薄壁軸承二內環支撐座和第二外殼軸承外環支撐座孔肩完成，輸出法蘭盤的輸入端法蘭和薄壁軸承二內環支撐座連接在一起，隔離支撐環將薄壁軸承二內環支撐座、輸出法蘭盤和套筒隔開，隔離支撐環通過薄壁軸承二內環支撐座和輸出法蘭盤臺階定位，轉接電路板連接到套筒的大端的內壁上，套筒的大端有缺口，關節后端蓋、第一外殼和套筒的大端連接在一起，套筒的小端穿過齒輪二、空心傳動軸、諧波減速器、薄壁軸承二內環支撐座、隔離支撐環，最后從輸出法蘭盤伸出，導線從套筒的內部通過，所述的齒輪二、空心傳動軸、薄壁軸承一內環支撐座、薄壁軸承一外環支撐座、薄壁軸承二內環支撐座、波發生器、隔離支撐環和輸出法蘭盤都設有中心孔；外殼一、外殼二和外殼三是空心的圓柱形零件，軸承墊板和銷軸板均有三個周向均布的孔并與三個銷軸配合，三個軸承II套在三個銷軸上并配置在軸承墊板和銷軸板之間，外殼二將三個銷軸、三個軸承II和銷軸板套住，外殼一在直流無刷電機和外殼二之間并將軸承墊板套住用來支撐三個軸承II的外環，銷軸板上設有兩個凸起的立柱，立柱并插入相對平行布置的摩擦片一和摩擦片二的槽中，摩擦片一和摩擦片二均為薄圓片，摩擦片一和摩擦片二沿直徑方向開有兩個對稱的開口槽，兩槽之間圓片中心處開有一個矩形孔，矩形孔的長邊與槽的方向平行，矩形孔的長邊只有一側有直齒條，輸出齒輪軸分別和摩擦片一、摩擦片二上的直齒條嚙合，輸出齒輪軸套套在輸出齒輪軸的外面，輸出齒輪軸套軸承套在輸出齒輪軸套外面，外殼三套在銷軸板、摩擦片一、摩擦片二、輸出齒輪軸、輸出齒輪軸套和輸出齒輪軸套軸承的外面，外殼一、外殼二和外殼三依次串聯安裝在一起；磁鋼安裝在齒輪二的背面，霍爾敏感元件安裝在第一外殼大端孔肩臂上，所述霍爾敏感元件和磁鋼相對設置；導電環安裝在輸出法蘭盤的背面，電刷安裝在電刷座上，導電環和電刷相對設置。