專利名稱：用于太空環(huán)境的大型機械手的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機械手。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有機械臂上的機械手大多存在著捕獲質(zhì)量小(< 100Kg)，捕獲沖擊大，本體質(zhì) 量大，連接精度不高等缺點，嚴重的阻礙了空間機械臂的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決現(xiàn)有機械手大多存在著捕獲質(zhì)量小(< lOOKg)，捕獲沖擊
大，本體質(zhì)量大，連接精度不高的問題，提供一種用于太空環(huán)境的大型機械手。 本發(fā)明包括捕獲接口裝置、捕獲裝置、拖動裝置、支撐圓筒、機械手法蘭和凸輪定
位裝置，所述拖動裝置、捕獲裝置和凸輪定位裝置上的凸輪定位環(huán)由下至上依次設(shè)置在支
撐圓筒的內(nèi)腔中，所述拖動裝置包括第一直流無刷電機、第一諧波減速器、主動齒輪、被動
齒輪、滾珠絲杠、絲杠法蘭、滾珠螺母、壓縮彈簧、拖動力矩傳感器、第一電磁制動器和三個
導(dǎo)軌組件，第一 電磁制動器設(shè)置在第一直流無刷電機的輸入端上，第一諧波減速器的輸入
端與第一直流無刷電機的輸出端連接，第一直流無刷電機固裝在支撐圓筒的內(nèi)壁上，第一
諧波減速器上的剛輪通過連接件與第一直流無刷電機下端連接，主動齒輪安裝在第一諧波
減速器的輸出端上，主動齒輪與被動齒輪嚙合，被動齒輪安裝在滾珠絲杠的輸入端上，滾珠
絲杠的下端設(shè)置在絲杠法蘭中，絲杠法蘭與支撐圓筒的內(nèi)壁連接，滾珠螺母與滾珠絲杠螺
紋連接，壓縮彈簧套裝在滾珠螺母上，拖動力矩傳感器上的應(yīng)變梁支撐筒套裝在壓縮彈簧
上，且拖動力矩傳感器上的應(yīng)變梁支撐筒與滾珠螺母連接，滾珠絲杠的上端與捕獲裝置上
的連接筒連接，拖動力矩傳感器上的三根應(yīng)變梁的外側(cè)端面與捕獲裝置上的捕獲支撐筒的
內(nèi)壁連接，三個導(dǎo)軌組件與支撐圓筒的軸線平行設(shè)置，且三個導(dǎo)軌組件均布設(shè)置在捕獲裝
置上的捕獲支撐筒的外壁處，每個導(dǎo)軌組件上的上直線軸承和下直線軸承分別與捕獲裝置
上的捕獲支撐筒的外壁連接，每個導(dǎo)軌組件上的上基座和下基座分別與支撐圓筒的內(nèi)壁連
接，機械手法蘭與支撐圓筒的下端面連接，捕獲接口裝置位于凸輪定位裝置上的凸輪定位
環(huán)的上方，且捕獲裝置上的三根鋼絲繩與捕獲接口裝置上的捕獲錐接觸，安裝在捕獲接口
裝置上的定位凸輪設(shè)置在凸輪定位環(huán)上的定位槽中。 本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明利用捕獲裝置2上三根柔性鋼絲繩2-10，通過旋轉(zhuǎn) 環(huán)2-9相對于固定環(huán)2-8的旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)鋼絲繩的張開或閉合，進而實現(xiàn)空間載荷艙10的捕 獲；本發(fā)明利用拖動裝置3上的滾珠絲杠3-5與滾珠螺母3-7的傳動將空間載荷艙10進一 步向支撐圓筒4方向拖動，在凸輪定位裝置6上的三個定位凸輪6-2與三個定位槽6-1-1 嚴密配合的同時，實現(xiàn)了空間載荷艙10上的捕獲接口裝置1與捕獲裝置2、拖動裝置3、支 撐圓筒4和機械手法蘭5的組件精確定位和可靠連接，而且捕獲操作是在捕獲力矩傳感器 2-5的反饋下可靠完成的，拖動操作是在拖動力矩傳感器3-9的反饋下可靠完成的，因此， 本發(fā)明具有捕獲質(zhì)量大(> 40t)，本體質(zhì)量小，連接精度高等優(yōu)點，在空間機械臂領(lǐng)域?qū)l(fā)
4揮巨大的作用。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)主剖視圖；圖2是捕獲接口裝置1和捕獲裝置2的連接 結(jié)構(gòu)主剖視圖；圖3是拖動力矩傳感器3-9的結(jié)構(gòu)立體圖；圖4是捕獲接口裝置1的結(jié)構(gòu) 立體圖；圖5是六個冗余平面檢測開關(guān)組件7、凸輪定位裝置6與支撐圓筒4連接位置立體 圖；圖6是冗余平面檢測開關(guān)組件7的結(jié)構(gòu)立體圖；圖7是冗余平面檢測開關(guān)組件7的結(jié)構(gòu) 立體圖(去掉接觸開關(guān)罩7-6);圖8是捕獲裝置2上的旋轉(zhuǎn)環(huán)2-9在未轉(zhuǎn)動時，三根鋼絲 繩2-10相對于捕獲錐1-2位置的狀態(tài)圖，圖9是在旋轉(zhuǎn)環(huán)2-9的帶動下，三根鋼絲繩2-10 收攏并接觸捕獲錐1-2位置的狀態(tài)圖，圖10是三根鋼絲繩2-10纏繞住捕獲錐1-2的狀態(tài) 圖，圖11是本發(fā)明的工作原理圖，即捕獲接口裝置1剛被捕獲裝置2捕獲后，捕獲接口裝置 1與支撐圓筒4的上端面存在較大的位移和角度誤差的狀態(tài)圖；圖12是本發(fā)明的工作原理 圖，即三根鋼絲繩2-10鎖定捕獲接口裝置l，縮小了捕獲接口裝置1與支撐圓筒4的上端面 之間的誤差的狀態(tài)圖；圖13是本發(fā)明的工作原理圖，捕獲接口裝置1在拖動裝置3和凸輪 定位裝置6的作用下，捕獲接口裝置1與支撐圓筒4的上端面之間的誤差完全消除的狀態(tài) 圖；圖14是將捕獲裝置2、拖動裝置3、支撐圓筒4和機械手法蘭5的組件安裝于機械臂11 上，捕獲接口裝置1安裝于空間載荷艙10上的安裝位置圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一 結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式包括捕獲接口裝置1、捕 獲裝置2、拖動裝置3、支撐圓筒4、機械手法蘭5和凸輪定位裝置6，拖動裝置3、捕獲裝置2 和凸輪定位裝置6上的凸輪定位環(huán)6-1由下至上依次設(shè)置在支撐圓筒4的內(nèi)腔中，拖動裝 置3包括第一直流無刷電機3-l、第一諧波減速器3-2、主動齒輪3-3、被動齒輪3-4、滾珠絲 杠3-5、絲杠法蘭3-6、滾珠螺母3-7、壓縮彈簧3-8、拖動力矩傳感器3_9、第一電磁制動器 3-10和三個導(dǎo)軌組件3-ll，第一電磁制動器3-10設(shè)置在第一直流無刷電機3-1的輸入端 上，第一諧波減速器3-2的輸入端與第一直流無刷電機3-l的輸出端連接，第一直流無刷電 機3-1通過連接件固裝在支撐圓筒4的內(nèi)壁上，第一諧波減速器3-2上的剛輪通過連接件 與第一直流無刷電機3-1下端連接，主動齒輪3-3安裝在第一諧波減速器3-2的輸出端上， 主動齒輪3-3與被動齒輪3-4嚙合，被動齒輪3-4安裝在滾珠絲杠3-5的輸入端上，滾珠絲 杠3-5的下端通過軸承設(shè)置在絲杠法蘭3-6中，絲杠法蘭3-6通過連接件與支撐圓筒4的 內(nèi)壁連接，滾珠螺母3-7與滾珠絲杠3-5螺紋連接，壓縮彈簧3-8套裝在滾珠螺母3-7上， 拖動力矩傳感器3-9上的應(yīng)變梁支撐筒3-9-1套裝在壓縮彈簧3-8上，且拖動力矩傳感器 3-9上的應(yīng)變梁支撐筒3-9-1通過連接件與滾珠螺母3-7連接，滾珠絲杠3-5的上端通過軸 承與捕獲裝置2上的連接筒2-20連接，拖動力矩傳感器3-9上的三根應(yīng)變梁3-9-2的外側(cè) 端面與捕獲裝置2上的捕獲支撐筒2-12的內(nèi)壁連接，三個導(dǎo)軌組件3-11與支撐圓筒4的 軸線平行設(shè)置，且三個導(dǎo)軌組件3-11均布設(shè)置在捕獲裝置2上的捕獲支撐筒2-12的外壁 處，每個導(dǎo)軌組件3-11上的上直線軸承3-11-1和下直線軸承3-11-2分別與捕獲裝置2上 的捕獲支撐筒2-12的外壁連接，每個導(dǎo)軌組件3-11上的上基座3-11-3和下基座3-11-4 分別與支撐圓筒4的內(nèi)壁連接，機械手法蘭5通過連接件與支撐圓筒4的下端面連接，捕獲接口裝置1位于凸輪定位裝置6上的凸輪定位環(huán)6-1的上方，且捕獲裝置2上的三根鋼絲 繩2-10與捕獲接口裝置1上的捕獲錐1-2接觸，安裝在捕獲接口裝置1上的定位凸輪6-2 設(shè)置在凸輪定位環(huán)6-1上的定位槽6-1-1中。滾珠絲杠3-5與滾珠螺母3-7傳動作為拖動 裝置3的傳動機構(gòu)，具有啟動力矩小、摩擦小、傳動平穩(wěn)、不易爬行的優(yōu)點。第一電磁制動器 3-10作為驅(qū)動拖動裝置3的鎖定機構(gòu)，保證在系統(tǒng)斷電以后仍然可以保持拖動狀態(tài)。第一 電磁制動器3-10的型號為KEB COMBIPERM，第一電磁制動器3_10作為拖動裝置3的鎖定機 構(gòu)，保證在拖動裝置3斷電以后仍然可以保持鎖定狀態(tài)，第一電磁制動器3-10可以在拖動 移動完成時，鎖定拖動裝置3。第一直流無刷電機3-l的型號為Kit Frameless，第一諧波 減速器3-2的型號為HFUS-20-80-2S0，利用第一直流無刷電機3_1和第一諧波減速器3_2 作為拖動裝置3的拖動驅(qū)動機構(gòu)。主動齒輪3-3和被動齒輪3-4的齒數(shù)均為48、模數(shù)為2。 滾珠絲杠3-5的型號為SFU3210-4，螺距為10mm。壓縮彈簧3-8有效的減小了拖動裝置3 在拖動過程中的沖擊。
具體實施方式
二 結(jié)合圖l和圖3說明本實施方式，本實施方式的拖動力矩傳感器 3-9由應(yīng)變梁支撐筒3-9-l、三根應(yīng)變梁3-9-2和三個全橋應(yīng)變片3_9_3組成，三根應(yīng)變梁 3-9-2均布設(shè)置在應(yīng)變梁支撐筒3-9-1的外徑上，三根應(yīng)變梁3-9-2的上端面上粘貼有一個 全橋應(yīng)變片3-9-3。每個全橋應(yīng)變片3-9-3用來檢測與其對應(yīng)的應(yīng)變梁3-9-2的應(yīng)變，拖動 力矩傳感器3-9可以有效的檢測拖動力的大小，實現(xiàn)機械手的閉環(huán)控制，并且可以檢測出 外加載荷的偏載情況。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式的每個導(dǎo)軌組件3-11由 上直線軸承3-ll-l、下直線軸承3-ll-2、上基座3-ll-3、下基座3-11-4和導(dǎo)軌3-11-5組 成，導(dǎo)軌3-11-5的上端穿過上直線軸承3-11-1上的中心孔且設(shè)置在上基座3-11-3上的中 心孔內(nèi)，導(dǎo)軌3-11-5的下端穿過下直線軸承3-11-2上的中心孔且設(shè)置在下基座3-11-4上 的中心孔內(nèi)。上直線軸承3-11-1和下直線軸承3-11-2的型號均為LM10LUU。沿圓周均布 的三個上直線軸承3-11-1和三個下直線軸承3-11-2作為拖動裝置3的支撐機構(gòu)，具有啟 動力矩小、摩擦小、傳動穩(wěn)定的優(yōu)點。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
三不同 的是拖動裝置3還增加有直線電位計3-12，直線電位計3-12通過連接件固裝在捕獲裝置2 上的捕獲支撐筒2-12的外壁上。直線電位計3-12的型號為MBW150，該型號的電位計其直 線分辨率可以達到O. Olmm，具有較高的測量精度和重復(fù)精度。直線電位計3-12作為拖動裝 置3拖動狀態(tài)的測量儀器，可以實時反應(yīng)出拖動裝置3的拖動位置。其它組成及連接關(guān)系 與具體實施方式
三相同。
具體實施方式
五結(jié)合圖1、圖2和圖4說明本實施方式，本實施方式的捕獲接口 裝置1由捕獲接口板l-l、捕獲錐l-2、捕獲法蘭l-3、捕獲引導(dǎo)燈1-4和三個連接銷1-5組 成，捕獲錐1-2的上端與捕獲法蘭1-3連接，捕獲法蘭1-3與捕獲錐1-2的組件垂直設(shè)置在 捕獲接口板l-l的下端，且捕獲法蘭l-3通過連接件與捕獲接口板l-l的下端面固接，捕獲 引導(dǎo)燈l-4安裝于捕獲錐1-2的下端，至少三個連接銷l-5均布設(shè)置在捕獲接口板1-1的 上端面上。捕獲引導(dǎo)燈l-4起捕獲引導(dǎo)作用。捕獲接口裝置l通過至少三個連接銷l-5與 載荷艙10連接。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
四相同。
具體實施方式
六結(jié)合圖2說明本實施方式，本實施方式的捕獲裝置2由第二直流無刷電機2-l、第二諧波減速器2-2、小齒輪2-3、內(nèi)齒輪2-4、捕獲力矩傳感器2_5、薄壁軸 承2-6、連接環(huán)2-7、固定環(huán)2-8、旋轉(zhuǎn)環(huán)2-9、三根鋼絲繩2_10、轉(zhuǎn)軸2-ll、捕獲支撐筒2_12、 第二電磁制動器2-13和連接筒2-20組成，第二電磁制動器2-13設(shè)置在第二直流無刷電機 2-1的輸入端上，第二諧波減速器2-2的輸入端與第二直流無刷電機2-1的輸出端連接，第 二直流無刷電機2-1和第二諧波減速器2-2設(shè)置在捕獲支撐筒2-12內(nèi)腔的下部，且第二直 流無刷電機2-1通過連接件固裝在捕獲支撐筒2-12的內(nèi)壁上，第二諧波減速器2-2上的剛 輪通過連接件與捕獲支撐筒2-12的側(cè)壁固接，小齒輪2-3安裝在第二諧波減速器2-2的輸 出端上，小齒輪2-3與內(nèi)齒輪2-4嚙合，內(nèi)齒輪2-4的上端面與捕獲力矩傳感器2-5的下端 面固接，捕獲力矩傳感器2-5的上端設(shè)置在薄壁軸承2-6上的內(nèi)環(huán)中心孔中，薄壁軸承2-6 上的外環(huán)設(shè)置在連接環(huán)2-7的中心孔內(nèi)，連接環(huán)2-7的上端面通過連接件與固定環(huán)2-8固 接，連接環(huán)2-7和固定環(huán)2-8的組件設(shè)置在捕獲支撐筒2-12內(nèi)腔的上部，且連接環(huán)2-7通 過連接件與捕獲支撐筒2-12側(cè)壁固接，固定環(huán)2-8的下端面設(shè)有旋轉(zhuǎn)環(huán)安裝槽2-8-1 ，旋轉(zhuǎn) 環(huán)安裝槽2-8-1中裝有旋轉(zhuǎn)環(huán)2-9，且旋轉(zhuǎn)環(huán)2-9的下端與捕獲力矩傳感器2-5的上端面固 接，三根鋼絲繩2-10均布在固定環(huán)2-8和旋轉(zhuǎn)環(huán)2-9的內(nèi)腔中，且每根鋼絲繩2-10的一端 與固定環(huán)2-8的內(nèi)壁固接，每根鋼絲繩2-10的另一端通過轉(zhuǎn)軸2-11與旋轉(zhuǎn)環(huán)2-9連接，捕 獲接口裝置1上的捕獲錐1-2與三根鋼絲繩2-10連接，連接筒2-20通過連接件與捕獲力 矩傳感器2-5的下端面連接。第二電磁制動器2-13的型號為KEB COMBIPERM，第二電磁制 動器2-13可以在捕獲運動完成時，鎖定整個捕獲裝置2，防止捕獲接口裝置1逃逸。小齒輪 2-3與內(nèi)齒輪2-4嚙合傳動作為捕獲三根鋼絲繩2-10的傳動機構(gòu)；三根鋼絲繩2-10作為捕 獲的執(zhí)行機構(gòu)；第二直流無刷電機2-1和第二諧波減速器2-2作為捕獲的驅(qū)動機構(gòu)；旋轉(zhuǎn) 環(huán)2-9相對于固定環(huán)2-8沒有角度偏移量時，三根鋼絲繩2-10處于最大展開狀態(tài)，見圖8 ; 當旋轉(zhuǎn)環(huán)2-9隨驅(qū)動機構(gòu)轉(zhuǎn)動并帶動三根鋼絲繩2-10收攏接觸捕獲錐l-2，在捕獲錐1-2 上產(chǎn)生接觸力F，在接觸力F的作用下，捕獲接口裝置1逐步趨近捕獲裝置2中央，見圖9 ; 旋轉(zhuǎn)環(huán)2-9相對于固定環(huán)2-8處于最大角度偏移時，三根鋼絲繩2-10處于最小收攏狀態(tài)， 見圖10。第二直流無刷電機2-1的型號為Kit Frameless ;第二諧波減速器2-2的型號為 HFUS-20-80-2S0 ;小齒輪2-3的齒數(shù)為17、模數(shù)為2 ;內(nèi)齒輪2-4的齒數(shù)為182、模數(shù)為2 ; 捕獲力矩傳感器2-5采用由應(yīng)變梁和應(yīng)變片構(gòu)成的力矩傳感器測量捕獲力的大小，實現(xiàn)系 統(tǒng)的閉環(huán)控制；薄壁軸承2-6的型號為CNG120BCA1，薄壁軸承2_6增加了系統(tǒng)的捕獲范圍。 其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
五相同。
具體實施方式
七結(jié)合圖1、圖4和圖5說明本實施方式，本實施方式的凸輪定位 裝置6由凸輪定位環(huán)6-l和三個定位凸輪6-2組成，凸輪定位環(huán)6-l的端面上均布設(shè)有三 個定位槽6-1-1，每個定位槽6-1-1中配有一個定位凸輪6-2，每個定位凸輪6-2的根部固 裝在捕獲接口裝置1上的捕獲法蘭1-3上。三個定位凸輪6-2在拖動裝置3作用下向凸輪 定位環(huán)6-1靠近，三個定位凸輪6-2與凸輪定位環(huán)6-1上的定位槽6-1-1配合，實現(xiàn)了捕獲 接口裝置1與支撐圓筒4的精確定位。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
六相同。
具體實施方式
八結(jié)合圖1、圖6和圖7說明本實施方式，本實施方式與具體實施 方式七不同的是它還增加有六個冗余平面檢測開關(guān)組件7，冗余平面檢測開關(guān)組件7由開 關(guān)支撐座7-l、兩個開關(guān)彈簧7-2、導(dǎo)電長半環(huán)7-3、兩個導(dǎo)電二分之一長半環(huán)7-4、兩個接觸 開關(guān)帽7-5和接觸開關(guān)罩7-6組成，兩個導(dǎo)電二分之一長半環(huán)7-4對稱設(shè)置且與導(dǎo)電長半
7環(huán)7-3形成長環(huán)，兩個開關(guān)彈簧7-2分別垂直設(shè)置在開關(guān)支撐座7-1的上端面上，且兩個開 關(guān)彈簧7-2分別位于長環(huán)內(nèi)孔的兩端，每個開關(guān)彈簧7-2上套裝有一個接觸開關(guān)帽7-5，接 觸開關(guān)罩7-6套在兩個接觸開關(guān)帽7-5、導(dǎo)電長半環(huán)7-3和兩個導(dǎo)電二分之一長半環(huán)7-4的 外面，且接觸開關(guān)罩7-6的底端面與開關(guān)支撐座7-1的上端面接觸，凸輪定位裝置6上的凸 輪定位環(huán)6-1的上端面上均布設(shè)有六個開關(guān)組件安裝槽6-1-2，每個開關(guān)組件安裝槽6-1-2 中裝有一個冗余平面檢測開關(guān)組件7。當拖動完成時，捕獲接口裝置l上的捕獲接口板l-l 的下端面開始觸碰接觸開關(guān)帽7-5頂端，使得接觸開關(guān)帽7-5上有外加載荷Fa作用，在載 荷Fa的作用下，接觸開關(guān)帽7-5向下移動，兩個導(dǎo)電二分之一長半環(huán)7-4與導(dǎo)電長半環(huán)7_3 構(gòu)成的閉合電路導(dǎo)通，當捕獲完成，而拖動未開始時，捕獲接口裝置1上的捕獲接口板1-1 的下端面只接觸單個接觸開關(guān)帽7-5，兩個導(dǎo)電二分之一長半環(huán)7-4與導(dǎo)電長半環(huán)7-3不 構(gòu)成的閉合電路，不會有信號輸出，因此，有效地剔除了由于干擾造成的誤信號。開關(guān)彈簧 7-2起到復(fù)位接觸開關(guān)帽7-5的作用。接觸開關(guān)罩7-6起保護作用。開關(guān)支撐座7-l起支 撐作用。利用六個冗余平面檢測開關(guān)組件7作為平面接觸的檢測設(shè)備，有效的剔除了錯誤 的位置和偏載信號。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
七相同。
具體實施方式
九結(jié)合圖1和圖5說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
八 不同的是它還增加有攝像頭8，攝像頭8通過連接件安裝在支撐圓筒4的外側(cè)壁上。捕獲裝 置2、拖動裝置3、支撐圓筒4和機械手法蘭5的組件在機械臂11的帶動下趨近空間載荷艙 10時，攝像頭8可以正確引導(dǎo)機械臂11趨近空間載荷艙10上的捕獲接口裝置1。其它組 成及連接關(guān)系與具體實施方式
八相同。 本發(fā)明的工作原理見圖14，首先將本發(fā)明的用于太空環(huán)境的大型機械手上的捕 獲裝置2、拖動裝置3、支撐圓筒4和機械手法蘭5的組件安裝于機械臂11的輸出端上，機 械臂11的固定端安裝于空間工作艙12上，捕獲接口裝置1安裝于空間載荷艙10上。當需 要捕獲空間漂移的空間載荷艙10時，上述組件在機械臂11的帶動下趨近捕獲接口裝置1， 直至捕獲接口裝置1上的捕獲錐1-2進入捕獲裝置2上的捕獲支撐筒2-12內(nèi)腔時，首先實 施捕獲。捕獲時，啟動第二直流無刷電機2-l，通過第二諧波減速器2-2帶動小齒輪2-3轉(zhuǎn) 動，通過內(nèi)齒輪2-4帶動捕獲力矩傳感器2-5轉(zhuǎn)動，捕獲力矩傳感器2-5帶動旋轉(zhuǎn)環(huán)2-9轉(zhuǎn) 動，三根鋼絲繩2-10在旋轉(zhuǎn)環(huán)2-9的帶動下將捕獲接口裝置1上的捕獲錐1-2夾緊，即完 成空間捕獲，見圖11 ;然后啟動第一直流無刷電機3-l，通過第一諧波減速器3-2帶動主動 齒輪3-3轉(zhuǎn)動，通過被動齒輪3-4帶動滾珠絲杠3-5轉(zhuǎn)動，滾珠螺母3-7沿滾珠絲杠3_5向 下移動，通過拖動力矩傳感器3-9帶動捕獲裝置2上的捕獲支撐筒2-12向下移動，捕獲支 撐筒2-12帶動上直線軸承3-11-1和下直線軸承3-11-2沿導(dǎo)軌3-11-5向下移動，即完成 空間拖動，見圖12和圖13。
8
權(quán)利要求
一種用于太空環(huán)境的大型機械手，所述機械手包括捕獲接口裝置(1)和捕獲裝置(2)，其特征在于所述機械手還包括拖動裝置(3)、支撐圓筒(4)、機械手法蘭(5)和凸輪定位裝置(6)，所述拖動裝置(3)、捕獲裝置(2)和凸輪定位裝置(6)上的凸輪定位環(huán)(6-1)由下至上依次設(shè)置在支撐圓筒(4)的內(nèi)腔中，所述拖動裝置(3)包括第一直流無刷電機(3-1)、第一諧波減速器(3-2)、主動齒輪(3-3)、被動齒輪(3-4)、滾珠絲杠(3-5)、絲杠法蘭(3-6)、滾珠螺母(3-7)、壓縮彈簧(3-8)、拖動力矩傳感器(3-9)、第一電磁制動器(3-10)和三個導(dǎo)軌組件(3-11)，第一電磁制動器(3-10)設(shè)置在第一直流無刷電機(3-1)的輸入端上，第一諧波減速器(3-2)的輸入端與第一直流無刷電機(3-1)的輸出端連接，第一直流無刷電機(3-1)固裝在支撐圓筒(4)的內(nèi)壁上，第一諧波減速器(3-2)上的剛輪通過連接件與第一直流無刷電機(3-1)下端連接，主動齒輪(3-3)安裝在第一諧波減速器(3-2)的輸出端上，主動齒輪(3-3)與被動齒輪(3-4)嚙合，被動齒輪(3-4)安裝在滾珠絲杠(3-5)的輸入端上，滾珠絲杠(3-5)的下端設(shè)置在絲杠法蘭(3-6)中，絲杠法蘭(3-6)與支撐圓筒(4)的內(nèi)壁連接，滾珠螺母(3-7)與滾珠絲杠(3-5)螺紋連接，壓縮彈簧(3-8)套裝在滾珠螺母(3-7)上，拖動力矩傳感器(3-9)上的應(yīng)變梁支撐筒(3-9-1)套裝在壓縮彈簧(3-8)上，且拖動力矩傳感器(3-9)上的應(yīng)變梁支撐筒(3-9-1)與滾珠螺母(3-7)連接，滾珠絲杠(3-5)的上端與捕獲裝置(2)上的連接筒(2-20)連接，拖動力矩傳感器(3-9)上的三根應(yīng)變梁(3-9-2)的外側(cè)端面與捕獲裝置(2)上的捕獲支撐筒(2-12)的內(nèi)壁連接，三個導(dǎo)軌組件(3-11)與支撐圓筒(4)的軸線平行設(shè)置，且三個導(dǎo)軌組件(3-11)均布設(shè)置在捕獲裝置(2)上的捕獲支撐筒(2-12)的外壁處，每個導(dǎo)軌組件(3-11)上的上直線軸承(3-11-1)和下直線軸承(3-11-2)分別與捕獲裝置(2)上的捕獲支撐筒(2-12)的外壁連接，每個導(dǎo)軌組件(3-11)上的上基座(3-11-3)和下基座(3-11-4)分別與支撐圓筒(4)的內(nèi)壁連接，機械手法蘭(5)與支撐圓筒(4)的下端面連接，捕獲接口裝置(1)位于凸輪定位裝置(6)上的凸輪定位環(huán)(6-1)的上方，且捕獲裝置(2)上的三根鋼絲繩(2-10)與捕獲接口裝置(1)上的捕獲錐(1-2)接觸，安裝在捕獲接口裝置(1)上的定位凸輪(6-2)設(shè)置在凸輪定位環(huán)(6-1)上的定位槽(6-1-1)中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于太空環(huán)境的大型機械手，其特征在于所述拖動力矩傳感 器(3-9)由應(yīng)變梁支撐筒(3-9-1)、三根應(yīng)變梁(3-9-2)和三個全橋應(yīng)變片(3_9_3)組成， 三根應(yīng)變梁(3-9-2)均布設(shè)置在應(yīng)變梁支撐筒(3-9-1)的外徑上，三根應(yīng)變梁(3-9-2)的 上端面上粘貼有一個全橋應(yīng)變片(3-9-3)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述用于太空環(huán)境的大型機械手，其特征在于所述每個導(dǎo) 軌組件(3-11)由上直線軸承(3-11-1)、下直線軸承(3-11-2)、上基座(3-11-3)、下基座 (3-11-4)和導(dǎo)軌(3-11-5)組成，導(dǎo)軌(3-11-5)的上端穿過上直線軸承(3-11-1)上的 中心孔且設(shè)置在上基座(3-11-3)上的中心孔內(nèi)，導(dǎo)軌(3-11-5)的下端穿過下直線軸承 (3-11-2)上的中心孔且設(shè)置在下基座(3-11-4)上的中心孔內(nèi)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述用于太空環(huán)境的大型機械手，其特征在于所述拖動裝置(3) 還包括直線電位計(3-12)，直線電位計(3-12)固裝在捕獲裝置(2)上的捕獲支撐筒 (2-12)的外壁上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述用于太空環(huán)境的大型機械手，其特征在于所述捕獲接口裝置 (1)由捕獲接口板(l-l)、捕獲錐(l-2)、捕獲法蘭(l-3)、捕獲引導(dǎo)燈(1-4)和三個連接銷(1-5)組成，捕獲錐(1-2)的上端與捕獲法蘭(1-3)連接，捕獲法蘭(1-3)與捕獲錐(1-2) 的組件垂直設(shè)置在捕獲接口板(1-1)的下端，且捕獲法蘭(1-3)與捕獲接口板(1-1)的下 端面固接，捕獲引導(dǎo)燈(1-4)安裝于捕獲錐(1-2)的下端，至少三個連接銷(1-5)均布設(shè)置 在捕獲接口板(1-1)的上端面上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述用于太空環(huán)境的大型機械手，其特征在于捕獲裝置(2)由第 二直流無刷電機(2-1)、第二諧波減速器(2-2)、小齒輪(2-3)、內(nèi)齒輪(2-4)、捕獲力矩傳感 器(2-5)、薄壁軸承(2-6)、連接環(huán)(2-7)、固定環(huán)(2-8)、旋轉(zhuǎn)環(huán)(2-9)、三根鋼絲繩(2-10)、 轉(zhuǎn)軸(2-ll)、捕獲支撐筒(2-12)、第二電磁制動器(2-13)和連接筒(2-20)組成，第二電磁 制動器(2-13)設(shè)置在第二直流無刷電機(2-1)的輸入端上，第二諧波減速器(2-2)的輸入 端與第二直流無刷電機(2-1)的輸出端連接，第二直流無刷電機(2-1)和第二諧波減速器 (2-2)設(shè)置在捕獲支撐筒(2-12)內(nèi)腔的下部，且第二直流無刷電機(2-1)固裝在捕獲支撐 筒(2-12)的內(nèi)壁上，第二諧波減速器(2-2)上的剛輪與捕獲支撐筒(2-12)的側(cè)壁固接， 小齒輪(2-3)安裝在第二諧波減速器(2-2)的輸出端上，小齒輪(2-3)與內(nèi)齒輪(2-4)嚙 合，內(nèi)齒輪(2-4)的上端面與捕獲力矩傳感器(2-5)的下端面固接，捕獲力矩傳感器(2-5) 的上端設(shè)置在薄壁軸承(2-6)上的內(nèi)環(huán)中心孔中，薄壁軸承(2-6)上的外環(huán)設(shè)置在連接環(huán) (2-7)的中心孔內(nèi)，連接環(huán)(2-7)的上端面與固定環(huán)(2-8)固接，連接環(huán)(2-7)和固定環(huán) (2-8)的組件設(shè)置在捕獲支撐筒(2-12)內(nèi)腔的上部，且連接環(huán)(2-7)與捕獲支撐筒(2-12) 側(cè)壁固接，固定環(huán)(2-8)的下端面設(shè)有旋轉(zhuǎn)環(huán)安裝槽(2-8-1)，旋轉(zhuǎn)環(huán)安裝槽(2-8-1)中裝 有旋轉(zhuǎn)環(huán)(2-9)，且旋轉(zhuǎn)環(huán)(2-9)的下端與捕獲力矩傳感器(2-5)的上端面固接，三根鋼絲 繩(2-10)均布在固定環(huán)(2-8)和旋轉(zhuǎn)環(huán)(2-9)的內(nèi)腔中，且每根鋼絲繩(2-10)的一端與 固定環(huán)(2-8)的內(nèi)壁固接，每根鋼絲繩(2-10)的另一端通過轉(zhuǎn)軸(2-11)與旋轉(zhuǎn)環(huán)(2-9) 連接，捕獲接口裝置(1)上的捕獲錐(1-2)與三根鋼絲繩(2-10)連接，連接筒(2-20)與捕 獲力矩傳感器(2-5)的下端面連接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述用于太空環(huán)境的大型機械手，其特征在于所述凸輪定位裝置 (6)由凸輪定位環(huán)(6-1)和三個定位凸輪(6-2)組成，凸輪定位環(huán)(6-1)的端面上均布設(shè)有 三個定位槽(6-1-1)，每個定位槽(6-1-1)中配有一個定位凸輪(6-2)，每個定位凸輪(6-2) 的根部固裝在捕獲接口裝置(1)上的捕獲法蘭(1-3)上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述用于太空環(huán)境的大型機械手，其特征在于所述機械手還包括 六個冗余平面檢測開關(guān)組件(7)，所述冗余平面檢測開關(guān)組件(7)由開關(guān)支撐座(7-1)、兩 個開關(guān)彈簧(7-2)、導(dǎo)電長半環(huán)(7-3)、兩個導(dǎo)電二分之一長半環(huán)(7-4)、兩個接觸開關(guān)帽 (7-5)和接觸開關(guān)罩(7-6)組成，兩個導(dǎo)電二分之一長半環(huán)(7-4)對稱設(shè)置且與導(dǎo)電長半環(huán) (7-3)形成長環(huán)，兩個開關(guān)彈簧(7-2)分別垂直設(shè)置在開關(guān)支撐座(7-1)的上端面上，且兩 個開關(guān)彈簧(7-2)分別位于長環(huán)內(nèi)孔的兩端，每個開關(guān)彈簧(7-2)上套裝有一個接觸開關(guān) 帽(7-5)，接觸開關(guān)罩(7-6)套在兩個接觸開關(guān)帽(7-5)、導(dǎo)電長半環(huán)(7-3)和兩個導(dǎo)電二 分之一長半環(huán)(7-4)的外面，且接觸開關(guān)罩(7-6)的底端面與開關(guān)支撐座(7-1)的上端面 接觸，凸輪定位裝置(6)上的凸輪定位環(huán)(6-1)的上端面上均布設(shè)有六個開關(guān)組件安裝槽 (6-1-2)，每個開關(guān)組件安裝槽(6-1-2)中裝有一個冗余平面檢測開關(guān)組件(7)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述用于太空環(huán)境的大型機械手，其特征在于所述機械手還包括 攝像頭(8)，攝像頭(8)安裝在支撐圓筒(4)的外側(cè)壁上。
全文摘要
用于太空環(huán)境的大型機械手，它涉及一種機械手。本發(fā)明為解決現(xiàn)有機械手大多存在著捕獲質(zhì)量小，捕獲沖擊大，本體質(zhì)量大，連接精度不高的問題。捕獲時，啟動第二直流無刷電機通過第二諧波減速器帶動小齒輪轉(zhuǎn)動，內(nèi)齒輪帶動捕獲力矩傳感器轉(zhuǎn)動，從而帶動旋轉(zhuǎn)環(huán)轉(zhuǎn)動，三根鋼絲繩在旋轉(zhuǎn)環(huán)的帶動下將捕獲接口裝置上的捕獲錐夾緊，即完成捕獲；啟動第一直流無刷電機通過第一諧波減速器帶動主動齒輪轉(zhuǎn)動，被動齒輪帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，滾珠螺母沿滾珠絲杠向下移動，通過拖動力矩傳感器帶動捕獲裝置上的捕獲支撐筒向下移動，捕獲支撐筒帶動上直線軸承和下直線軸承沿導(dǎo)軌向下移動，即完成空間拖動。本發(fā)明用于空間大容差、微重力的環(huán)境下捕獲空間載荷艙。
文檔編號B25J9/08GK101708608SQ200910073300
公開日2010年5月19日 申請日期2009年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月30日
發(fā)明者介黨陽, 劉伊威, 劉宏, 譚益松 申請人:哈爾濱工業(yè)大學