[發(fā)明專利]可用于快速重構(gòu)的模塊化空間機(jī)械臂關(guān)節(jié)及機(jī)械臂

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510071810.0
• 申請日: 2015-02-11
• 公開（公告）號: CN104647396A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王學(xué)謙;王帥軍;張博;梁斌;鄒瑜
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)深圳研究生院
• 主分類號: B25J17/00
• 分類號: B25J17/00;B25J18/00
• 代理公司: 深圳市匯力通專利商標(biāo)代理有限公司 44257
• 代理人: 李保明;張慧芳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及空間機(jī)械臂，更具體地說，涉及一種可用于快速重構(gòu)的模塊化空間機(jī)械臂關(guān)節(jié)，以及采用這種關(guān)節(jié)的機(jī)械臂。

背景技術(shù)

空間機(jī)械臂可重構(gòu)技術(shù)近年來快速發(fā)展，并且是空間機(jī)械臂的一個(gè)發(fā)展趨勢?？臻g機(jī)械臂是空間機(jī)器人系統(tǒng)的一部分，是空間機(jī)器人系統(tǒng)任務(wù)的主要執(zhí)行終端，其性能的好壞直接影響整個(gè)系統(tǒng)的工作性能和結(jié)果，因此是空間機(jī)器人系統(tǒng)的重要組成部分之一。空間機(jī)械臂關(guān)節(jié)集成了光、機(jī)、電等多個(gè)領(lǐng)域，是一個(gè)復(fù)雜的具有重要功能的機(jī)械結(jié)構(gòu)，是空間機(jī)械臂的核心部件。隨著國內(nèi)外空間機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是我國即將進(jìn)行空間站建設(shè)等領(lǐng)域的任務(wù)需求，將會(huì)用到大量的空間機(jī)械臂來執(zhí)行空間任務(wù)，機(jī)械臂的可重構(gòu)和模塊化可以降低空間機(jī)械臂的成本和提升空間機(jī)械臂的任務(wù)執(zhí)行能力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種可用于快速重構(gòu)的模塊化空間機(jī)械臂關(guān)節(jié)。

本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：

一種可用于快速重構(gòu)的模塊化空間機(jī)械臂關(guān)節(jié)，其包括：

主殼體，呈柱狀，包括身部、肩部、頸部、以及身部和頸部之間的安裝板，肩部構(gòu)成該關(guān)節(jié)的固定部，肩部設(shè)置多個(gè)第一連接孔，主殼體的底端設(shè)置底板；

安裝在主殼體頸部頂端的諧波減速器；

套設(shè)于諧波減速器外的上殼體，上殼體構(gòu)成該關(guān)節(jié)的輸出端，其上端與諧波減速器的輸出端固定連接且設(shè)置多個(gè)第二連接孔；

定軸齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，設(shè)置于主殼體的頸部內(nèi)，包括：固定連接在諧波減速器輸入端的第一齒輪，以及與第一齒輪嚙合的第二齒輪和第三齒輪；

電機(jī)和制動(dòng)系統(tǒng)，二者通過所述安裝板固定于主殼體的身部內(nèi)，其轉(zhuǎn)軸對應(yīng)連接所述第二齒輪和第三齒輪；

電氣系統(tǒng)，安裝于主殼體的身部內(nèi)，與所述電機(jī)和制動(dòng)系統(tǒng)電氣連接；以及

一個(gè)線管，設(shè)置于所述底板中心處且向上貫穿整個(gè)主殼體和上殼體。

在上述的可用于快速重構(gòu)的模塊化空間機(jī)械臂關(guān)節(jié)中，優(yōu)選地，所述制動(dòng)系統(tǒng)包括失電制動(dòng)器和增量式編碼器，失電制動(dòng)器包括外殼、設(shè)置于外殼兩端中心處的兩個(gè)軸承、支撐在所述兩個(gè)軸承的轉(zhuǎn)軸、以及固定在轉(zhuǎn)軸上的摩擦旋片，所述增量式編碼器固定在失電制動(dòng)器的殼體末端且與失電制動(dòng)器的轉(zhuǎn)軸連接。

在上述的可用于快速重構(gòu)的模塊化空間機(jī)械臂關(guān)節(jié)中，優(yōu)選地，所述電氣系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)器和關(guān)節(jié)主板構(gòu)成，關(guān)節(jié)主板通過插槽插在驅(qū)動(dòng)器上，關(guān)節(jié)主板包括控制板和通信板，通信板通過若干間隔柱設(shè)置在控制板的一側(cè)。

在上述的可用于快速重構(gòu)的模塊化空間機(jī)械臂關(guān)節(jié)中，優(yōu)選地，所述電機(jī)、制動(dòng)系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)三者在主殼體內(nèi)圍繞所述線管周向分布。

在上述的可用于快速重構(gòu)的模塊化空間機(jī)械臂關(guān)節(jié)中，優(yōu)選地，所述上殼體的上端中部設(shè)置諧波減速器定位孔，定位孔的周沿先向上延伸再向內(nèi)延伸形成一個(gè)凸臺(tái)，凸臺(tái)中心設(shè)置所述線管的安裝孔，上殼體上端設(shè)置多個(gè)諧波減速器安裝孔，上殼體上端的多個(gè)諧波減速器安裝孔和多個(gè)第二連接孔對應(yīng)分布于以上殼體上端中心為圓心的第一圓周和第二圓周上。

在上述的可用于快速重構(gòu)的模塊化空間機(jī)械臂關(guān)節(jié)中，優(yōu)選地，所述第二齒輪和第三齒輪的直徑均小于第一齒輪的直徑。

在上述的可用于快速重構(gòu)的模塊化空間機(jī)械臂關(guān)節(jié)中，優(yōu)選地，所述主殼體和上殼體的主體部分均呈圓柱形。

在上述的可用于快速重構(gòu)的模塊化空間機(jī)械臂關(guān)節(jié)中，優(yōu)選地，所述線管貫穿所述第一齒輪和諧波減速器。

本發(fā)明還提供了一種機(jī)械臂，其整體呈平面3R形，該平面3R形機(jī)械臂包括順次設(shè)置的基座、第一連桿和第二連桿，以及對應(yīng)設(shè)置在基座與第一連桿的結(jié)合部、第一和第二連桿的結(jié)合部、第二連桿末端的三個(gè)關(guān)節(jié)，所述的三個(gè)關(guān)節(jié)均采用上述任意一項(xiàng)所述的關(guān)節(jié)，關(guān)節(jié)通過其上的第一連接孔和第二連接孔對應(yīng)與待連接的兩個(gè)部件固定連接。

本發(fā)明還提供了一種機(jī)械臂，其整體呈球形，該球形機(jī)械臂包括基座和三個(gè)關(guān)節(jié)，所述的三個(gè)關(guān)節(jié)均采用上述任意一項(xiàng)所述的關(guān)節(jié)，第一關(guān)節(jié)通過其上的第一連接孔與基座固定連接、且通過第二連接孔與第一法蘭的座體固定連接，第二關(guān)節(jié)通過其上的第一連接孔和第二連接孔對應(yīng)與第一法蘭的盤體和第二法蘭的座體固定連接，第三關(guān)節(jié)通過其上的第一連接孔與第二法蘭的盤體固定連接。

本發(fā)明空間機(jī)械臂關(guān)節(jié)具有結(jié)構(gòu)緊湊、中心管走線、模塊化可重構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)。在關(guān)節(jié)的中部位置和關(guān)節(jié)輸出端(即上殼體)位置均提供了周向的連接孔(即第一連接孔和第二連接孔)方便連桿或法蘭等與之配合，通過和不同形狀的連桿裝配可以獲得不同構(gòu)型的機(jī)械臂。

附圖說明