[發明專利]具有力矩保持特性的探月機械臂模塊化關節

無效

• 申請號: 200910072931.1
• 申請日: 2009-09-18
• 公開（公告）號: CN101659057A
• 公開（公告）日: 2010-03-03
• 發明（設計）人: 孫奎;黎田;劉宏;倪風雷;謝宗武;劉宇
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B25J17/00
• 分類號: B25J17/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所
• 代理人: 朱永林

技術領域

本發明涉及一種探月機械臂模塊化關節。

背景技術

月球探測器通過環繞月球飛行對月球表面的礦石和空間環境等進行探測。要更加精確的分析月球表面的礦石及土壤，需要像月球探測車這樣的能行走在月球表面的探測器。月球探測車上攜帶的機械臂可以通過在末端放置各種地質分析儀器實現對月球表面的探測。月球探測車機械臂模塊化關節是月球探測車機械臂的主要組成部分。其性能決定了整個機械臂的可靠性、末端輸出力矩、末端位置精度等各項主要性能。為降低月球探測車的發射成本，月球探測車機械臂關節首先應具有較輕的質量，同時又不影響強度。其次，為了延長機械臂的壽命，在機械結構上需要在月球探測車機械臂關節的一些相對運動部分添加密封結構。另外，由于月球表面具有相對于地球引力六分之一的重力，關節的設計需要考慮到月球臂斷電后保持斷電前姿態的功能。美國宇航局(NASA)的噴氣推進實驗室(JPL)為勘探技術(ET)漫游車設計的機械臂質量輕、負載能力強，具有關節限位且采用模塊化設計，但其關節部分都由鋁合金制成，這樣很容易在空間高低溫變化時使軸承卡死，導致關節不能正常工作。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有的月球探測車的機械臂模塊化關節存在的發射成本高和月球探測車機械臂的使用壽命短的問題，進而提供一種具有力矩保持特性的探月機械臂模塊化關節。

本發明的技術方案是：具有力矩保持特性的探月機械臂模塊化關節包括輸入裝置、輸出裝置、密封裝置和電氣裝置；所述輸入裝置包括驅動裝置和輸入裝置外殼；所述驅動裝置安裝在輸入裝置外殼內，所述驅動裝置包括直流無刷電機定子、直流無刷電機轉子和電機轉子軸，直流無刷電機定子安裝在輸入裝置外殼的內壁上，電機轉子軸設置在輸入裝置外殼內，直流無刷電機轉子套裝在電機轉子軸上；所述密封裝置包括密封裝置法蘭盤與O型圈，所述輸出裝置包括諧波減速器輸入端法蘭盤、旋轉變壓器傳動裝置、諧波減速器、諧波減速器輸出端法蘭盤、背靠背角接觸軸承對、角接觸軸承內座、角接觸軸承內圈擋板、角接觸軸承外圈擋板、角接觸軸承外座、角接觸軸承外座限位塊和輸出法蘭盤；諧波減速器輸入端法蘭盤與電機轉子軸固接，直流無刷電機轉子的運動從輸入裝置傳入輸出裝置；所述輸入裝置外殼、角接觸軸承內座和密封裝置法蘭盤三者在角接觸軸承內座的外圈法蘭處固接，通過將O型圈壓在密封裝置法蘭盤與角接觸軸承外座之間實現接觸式填料密封；所述角接觸軸承外座限位塊布置在角接觸軸承外座的右側端面上且固定在角接觸軸承外座上，并與密封裝置法蘭盤右端伸出的限位塊形成機械限位結構；所述諧波減速器包括柔輪、剛輪和波發生器，波發生器套在諧波減速器輸入端法蘭盤外壁上，柔輪、諧波減速器輸出端法蘭盤和輸出法蘭盤三者固接；剛輪套裝在柔輪上，且與角接觸軸承內座的內圈法蘭固接，所述背靠背角接觸軸承對套在角接觸軸承內座與角接觸軸承外座之間，左端軸承的內外圈分別靠在角接觸軸承內座與角接觸軸承外座相應位置的凸肩上，右端軸承的內外圈分別用角接觸軸承內圈擋板和角接觸軸承外圈擋板軸向緊固，角接觸軸承內圈擋板與角接觸軸承內座螺紋連接，角接觸軸承外圈擋板與角接觸軸承外座螺紋連接；所述旋轉變壓器傳動裝置通過旋轉變壓器傳動裝置的旋轉變壓器輸入軸與諧波減速器輸入端法蘭盤的內圈以及旋轉變壓器轉子傳動連接，運動從諧波減速器輸入端法蘭盤傳入旋轉變壓器傳動裝置；所述電氣裝置設置在角接觸軸承內座與輸出法蘭盤之間。

本發明與現有技術相比具有以下有益效果：一、本發明采用直流無刷電機和諧波減速器聯合驅動方式，具有斷電保護功能、安裝方便、結構緊湊、質量輕、功耗低、單位質量輸出力矩大、傳動可靠、發射成本低和使用壽命長等優點。二、本發明采用的具有力矩保持功能的直流無刷電機具有制動器的功能，代替了傳統制動器，進一步減輕了關節的重量，降低發射成本。三、關節輸出端安裝了兩個背對背布置的角接觸球軸承，增加了關節的剛度，抗傾覆力矩能力強。四、角接觸軸承外座與密封裝置法蘭盤之間采用接觸式填料密封結構和機械限位結構，結構簡單、可靠性高、整個關節防塵能力強，可以有效避免外部灰塵的侵入，又可以避免由于突然的掉電或者其他原因對關節造成的損害。五、本發明集成化程度高、結構緊湊、可靠性高、位置輸出精度高、整體抗彎剛度大，不僅能適應月球表面強輻射、低重力、大溫差的環境的需要，而且還能完全適應地面環境中的需要。

附圖說明