[發明專利]基于十字軸結構的軟接觸關節

有效

• 申請號: 201410784247.7
• 申請日: 2014-12-16
• 公開（公告）號: CN104589368A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發明（設計）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）人: 北京郵電大學;中國人民解放軍裝備學院
• 主分類號: B25J17/00
• 分類號: B25J17/00
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明涉及空間機器人研究和工程領域，具體是基于十字軸結構的軟接觸關節。

背景技術

隨著空間科學技術的發展，未來對空間能源的開發和利用成為趨勢，拓展以空間交互對接技術為基礎的新型航天裝備已經形成共識，空間對接技術及其操作機構已經成為航天技術的一個重要研究領域，是空間在軌服務的關鍵技術，也是未來建設空間站的重要組成。實現空間交會對接技術，首先必須考慮兩航天器的對接機構相互碰撞問題。在空間交會對接過程中，兩航天器往往會發生相互接觸碰撞，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，實現可靠對接，在對接機構上設計阻尼緩沖系統，實現具有動量卸載功能的軟接觸。

目前的空間對接技術所采用的對接機構中，主要有錐-桿式對接系統、飛網技術、電磁對接、剛性機械臂式等，以上對接機構特點是主要以柔性繩索為主要執行元件或通過在末端執行器設計相關機構捕獲子系統；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。

發明內容

本發明針對現有空間機器人接觸操作過程中能量沖擊，兩航天器在各種復雜空間條件下能量階躍式傳遞的難題，提供基于十字軸結構的軟接觸關節，不僅實現了現有空間機器人剛性關節的運動規劃功能，也可實現航天器接觸過程中平穩軟接觸，降低當前空間操作硬接觸帶來的各種風險，拓展空間機器人操作的應用性。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案實現的：

基于十字軸結構的軟接觸關節包括驅動傳動機構、阻尼組件以及傳感部件三部分。

所述的驅動傳動機構主要包括由電機驅動單元一(203)、電機驅動單元二(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)和電機基座(220)組成的機械機構；阻尼組件包括由直線式磁流變阻尼器(307)、彈簧機構(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)、滑動內殼(206)、滑動外殼(106)和支座(310)組成的直線阻尼組件，由旋轉式磁流變阻尼器X(318)、旋轉式磁流變阻尼器Y(214)、旋轉式磁流變阻尼器Z(402)、扭簧機構X(317)、扭簧機構Y(217)、扭簧機構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)、旋轉軸Z(401)、旋轉內殼(101)和旋轉外殼(102)組成的旋轉阻尼組件；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。

所述的電機驅動單元一(203)、離合器一(202)和控制器(219)固定于電機基座(220)，電機基座(220)固定在支架二(108)上，電機驅動單元二(203)和離合器二(314)固定于支架四(319)上。電機驅動單元主要包括：電機、編碼器、齒輪減速器，電機齒輪一(201)和電機齒輪二(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)與旋轉外殼(102)通過連接板一(104)固接。