[發明專利]空間大型機電熱一體化關節

在審

• 申請號: 202211055409.4
• 申請日: 2022-08-31
• 公開（公告）號: CN115401719A
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 李德倫;朱超;劉鑫;王康;張運;袁寶峰;胡成威;唐自新;王耀兵;張立;辛鵬飛;王友漁;張沛;許哲;時杰
• 申請（專利權）人: 北京空間飛行器總體設計部
• 主分類號: B25J17/00
• 分類號: B25J17/00;B64G4/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張輝

一種空間大型機電熱一體化關節，包括關節本體、關節主傳動組件、快速連接公組件、快速連接母組件、正向機電限位裝置、反向機電限位裝置、關節控制器、主份電源模塊、備份電源模塊、一維力矩傳感器、旋轉變壓器、輸出齒輪組件、電纜組件和熱控組件。關節控制器、電源模塊均采用了硬件備份的方式，熱控組件采用了主動熱控與被動熱控相結合的熱控方式。本發明關節具有集成度高、智能化程度高、可靠性高、適應空間熱環境和輻照環境等優點，解決了空間關節機電熱一體化設計、感知能力弱、高可靠性、運動范圍不超過360°等問題。

技術領域

本發明屬于空間站應用領域，涉及一種大型空間站機械臂用大型機電熱一體化關節。

關節具有集成度高、智能化程度高、可靠性高、適應空間熱環境和輻照環境等優點，解決了空間關節機電熱一體化設計、感知能力弱、高可靠性、運動范圍不超過360°等問題。

背景技術

國際空間站上面安裝有一套由加拿大MDA公司研制SRMS空間機械臂系統、SSRMS空間機械臂系統和SPDM靈巧操作雙臂機器人，日本研制的JEM/RMS宏微機械臂系統，以及歐洲研制的ERA空間機械臂系統。SRMS空間機械臂系統、SSRMS空間機械臂、SPDM靈巧操作雙臂機器人、JEM/RMS的主臂MA、ERA機械臂的關節均為大型機械臂，采用了機電熱一體化設計和中心孔走線的設計思想。大型空間機械臂關節是空間機械臂最核心的部件，對于提高空間機械臂的智能化程度、可靠性等核心技術指標具有極其重要的意義。目前國內的空間關節均為小型驅動機構(直徑小于φ50mm)，未能實現機電熱一體化設計，感知能力弱，運動范圍不超過360°。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供一種大型空間站機械臂用大型機電熱一體化關節，解決了空間關節機電熱一體化設計復雜、感知能力弱、自主工作能力差、運動范圍不超過360°等問題。

本發明的技術解決方案是：

一種空間大型機電熱一體化關節，包括關節本體、關節主傳動組件、快速連接公組件、快速連接母組件、正向機電限位裝置、反向機電限位裝置、關節控制器、主份電源模塊、備份電源模塊、一維力矩傳感器、旋轉變壓器、輸出齒輪組件、電纜組件和熱控組件；

其中快速連接公組件安裝在關節本體的軸向輸出端，快速連接母組件安裝在關節本體徑向固定端；關節主傳動組件安裝在關節本體內部，通過輸出齒輪組件與快速連接公組件連接；正向機電限位裝置、反向機電限位裝置安裝在關節本體上靠近軸向輸出端位置；關節控制器與主份電源模塊、備份電源模塊組裝成組合體，安裝在關節本體內部的軸向輸入端處；一維力矩傳感器和旋轉變壓器安裝在關節本體內部；電纜組件位于關節本體內部中心孔處，熱控組件位于關節本體外部和關節控制器外部；

關節控制器根據關節的輸出力矩、關節的位置和速度對關節進行實時控制；主份電源模塊和備份電源模塊用于為關節提供動力；一維力矩傳感器用于感知關節的輸出力矩，發送給關節控制器；旋轉變壓器用于感知關節的位置和速度，發送給關節控制器；正向機電限位裝置、反向機電限位裝置用于實現關節的正向、反向位置限位，熱控組件實現對關節的主動熱控和被動熱控。

優選的，關節本體包括關節殼體、扶手組件、通用扶手底座、關節后罩、中間換熱板、手動驅動機構安裝板、旋轉變壓器轉子安裝板；

通用扶手底座安裝在關節殼體外表面上，扶手組件安裝在通用扶手底座上，關節后罩安裝在關節殼體軸向輸入端上，在關節后罩和關節殼體之間依次安裝中間換熱板和手動驅動機構安裝板；旋轉變壓器轉子安裝板安裝在輸出齒輪組件上靠近關節本體軸向輸出端的位置。

優選的，關節主傳動組件安裝在手動驅動機構安裝板上，包括主份電機組件、備份電機組件和齒輪組合；齒輪組合安裝在主份電機組件和備份電機組件中間，齒輪組合同時與輸出齒輪組件嚙合，將電機組件的轉動傳動至輸出齒輪組件。