[發(fā)明專利]基于十字軸結(jié)構(gòu)的軟接觸關(guān)節(jié)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410784247.7
• 申請日: 2014-12-16
• 公開（公告）號: CN104589368A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 褚明;董正宏;孟慶川;張宜弛;鞠小龍;賈慶軒;胡健;溫玉芹;孫漢旭
• 申請（專利權(quán)）人: 北京郵電大學(xué);中國人民解放軍裝備學(xué)院
• 主分類號: B25J17/00
• 分類號: B25J17/00
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及空間機(jī)器人研究和工程領(lǐng)域，具體是基于十字軸結(jié)構(gòu)的軟接觸關(guān)節(jié)。

背景技術(shù)

隨著空間科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，未來對空間能源的開發(fā)和利用成為趨勢，拓展以空間交互對接技術(shù)為基礎(chǔ)的新型航天裝備已經(jīng)形成共識，空間對接技術(shù)及其操作機(jī)構(gòu)已經(jīng)成為航天技術(shù)的一個重要研究領(lǐng)域，是空間在軌服務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)，也是未來建設(shè)空間站的重要組成。實(shí)現(xiàn)空間交會對接技術(shù)，首先必須考慮兩航天器的對接機(jī)構(gòu)相互碰撞問題。在空間交會對接過程中，兩航天器往往會發(fā)生相互接觸碰撞，動量傳遞不對稱，為避免航天器在碰撞過程中造成不必要的損傷變形，保證兩對接航天器的安全，實(shí)現(xiàn)可靠對接，在對接機(jī)構(gòu)上設(shè)計阻尼緩沖系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)具有動量卸載功能的軟接觸。

目前的空間對接技術(shù)所采用的對接機(jī)構(gòu)中，主要有錐-桿式對接系統(tǒng)、飛網(wǎng)技術(shù)、電磁對接、剛性機(jī)械臂式等，以上對接機(jī)構(gòu)特點(diǎn)是主要以柔性繩索為主要執(zhí)行元件或通過在末端執(zhí)行器設(shè)計相關(guān)機(jī)構(gòu)捕獲子系統(tǒng)；約束條件上要求兩航天器之間相對位姿測量、跟蹤、保持等方面滿足高精度要求，對空間接觸的瞬間位姿擾動要求也極高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有空間機(jī)器人接觸操作過程中能量沖擊，兩航天器在各種復(fù)雜空間條件下能量階躍式傳遞的難題，提供基于十字軸結(jié)構(gòu)的軟接觸關(guān)節(jié)，不僅實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)有空間機(jī)器人剛性關(guān)節(jié)的運(yùn)動規(guī)劃功能，也可實(shí)現(xiàn)航天器接觸過程中平穩(wěn)軟接觸，降低當(dāng)前空間操作硬接觸帶來的各種風(fēng)險，拓展空間機(jī)器人操作的應(yīng)用性。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

基于十字軸結(jié)構(gòu)的軟接觸關(guān)節(jié)包括驅(qū)動傳動機(jī)構(gòu)、阻尼組件以及傳感部件三部分。

所述的驅(qū)動傳動機(jī)構(gòu)主要包括由電機(jī)驅(qū)動單元一(203)、電機(jī)驅(qū)動單元二(313)、離合器一(202)、離合器二(314)、齒輪組、十字軸(107)、控制器(219)、殼體(101、102、106、206)、支架一(103)、支架二(105)、支架三(108)、支架四(319)和電機(jī)基座(220)組成的機(jī)械機(jī)構(gòu)；阻尼組件包括由直線式磁流變阻尼器(307)、彈簧機(jī)構(gòu)(309)、滑軌一(207)、滑軌二(212)、滑軌三(213)、滑軌四(312)、電磁制動滑塊一(208)、滑塊二(211)、滑塊三(210)、滑塊四(311)、滑動內(nèi)殼(206)、滑動外殼(106)和支座(310)組成的直線阻尼組件，由旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器X(318)、旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器Y(214)、旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器Z(402)、扭簧機(jī)構(gòu)X(317)、扭簧機(jī)構(gòu)Y(217)、扭簧機(jī)構(gòu)Z(404)、離合器X(316)、離合器Y(218)、制動器(406)、連接板一(104)、連接板二(109)、旋轉(zhuǎn)軸Z(401)、旋轉(zhuǎn)內(nèi)殼(101)和旋轉(zhuǎn)外殼(102)組成的旋轉(zhuǎn)阻尼組件；傳感部件由力矩傳感器X(407)、力矩傳感器Y(302)、線位移傳感器(308)、編碼器X(320)、編碼器Y(215)和編碼器Z(403)組成。

所述的電機(jī)驅(qū)動單元一(203)、離合器一(202)和控制器(219)固定于電機(jī)基座(220)，電機(jī)基座(220)固定在支架二(108)上，電機(jī)驅(qū)動單元二(203)和離合器二(314)固定于支架四(319)上。電機(jī)驅(qū)動單元主要包括：電機(jī)、編碼器、齒輪減速器，電機(jī)齒輪一(201)和電機(jī)齒輪二(305)。

所述的齒輪組包括齒輪一(204)、齒輪二(205)和齒輪三(301)、齒輪四(304)，其齒輪軸分別安裝于支架一(103)、支架二(108)上，電機(jī)齒輪一(201)和齒輪一(204)、嚙合傳動，齒輪一(204)和齒輪二(205)嚙合，齒輪三(301)與電機(jī)齒輪二(305)和齒輪四(304)嚙合。齒輪一(204)和齒輪三(301)的軸分別安裝于支架一(103)和支架二(108)、支架三(105)和支架四(319)，齒輪二(204)和齒輪四(304)固接于十字軸(107)。十字軸(107)安裝在支架一(103)和支架二(105)和支架三(108)和支架四(319)上，四個?支架對稱分布在十字軸(107)四個軸上。

所述力矩傳感器X(407)和力矩傳感器Y(302)輸入軸固接于十字軸(107)，其基體固接于支架一(103)和支架三(303)。

所述的支架一(103)與旋轉(zhuǎn)外殼(102)通過連接板一(104)固接。