可用于快速重構(gòu)的模塊化空間機械臂關(guān)節(jié)及機械臂的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及空間機械臂，更具體地說，涉及一種可用于快速重構(gòu)的模塊化空間機械臂關(guān)節(jié)，以及采用這種關(guān)節(jié)的機械臂。
【背景技術(shù)】
[0002]空間機械臂可重構(gòu)技術(shù)近年來快速發(fā)展，并且是空間機械臂的一個發(fā)展趨勢。空間機械臂是空間機器人系統(tǒng)的一部分，是空間機器人系統(tǒng)任務(wù)的主要執(zhí)行終端，其性能的好壞直接影響整個系統(tǒng)的工作性能和結(jié)果，因此是空間機器人系統(tǒng)的重要組成部分之一?？臻g機械臂關(guān)節(jié)集成了光、機、電等多個領(lǐng)域，是一個復(fù)雜的具有重要功能的機械結(jié)構(gòu)，是空間機械臂的核心部件。隨著國內(nèi)外空間機器人技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是我國即將進行空間站建設(shè)等領(lǐng)域的任務(wù)需求，將會用到大量的空間機械臂來執(zhí)行空間任務(wù)，機械臂的可重構(gòu)和模塊化可以降低空間機械臂的成本和提升空間機械臂的任務(wù)執(zhí)行能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種可用于快速重構(gòu)的模塊化空間機械臂關(guān)節(jié)。
[0004]本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下:
[0005]一種可用于快速重構(gòu)的模塊化空間機械臂關(guān)節(jié)，其包括:
[0006]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)置多個第一連接孔，主殼體的底端設(shè)置底板；
[0007]安裝在主殼體頸部頂端的諧波減速器；
[0008]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)置多個第二連接孔；
[0009]定軸齒輪傳動系統(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；
[0010]電機和制動系統(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；
[0011]電氣系統(tǒng)，安裝于主殼體的身部內(nèi)，與所述電機和制動系統(tǒng)電氣連接；以及
[0012]一個線管，設(shè)置于所述底板中心處且向上貫穿整個主殼體和上殼體。
[0013]在上述的可用于快速重構(gòu)的模塊化空間機械臂關(guān)節(jié)中，優(yōu)選地，所述制動系統(tǒng)包括失電制動器和增量式編碼器，失電制動器包括外殼、設(shè)置于外殼兩端中心處的兩個軸承、支撐在所述兩個軸承的轉(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器的殼體末端且與失電制動器的轉(zhuǎn)軸連接。
[0014]在上述的可用于快速重構(gòu)的模塊化空間機械臂關(guān)節(jié)中，優(yōu)選地，所述電氣系統(tǒng)由驅(qū)動器和關(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)。
[0015]在上述的可用于快速重構(gòu)的模塊化空間機械臂關(guān)節(jié)中，優(yōu)選地，所述電機、制動系統(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。
[0016]在上述的可用于快速重構(gòu)的模塊化空間機械臂關(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)延伸形成一個凸臺，凸臺中心設(shè)置所述線管的安裝孔，上殼體上端設(shè)置多個諧波減速器安裝孔，上殼體上端的多個諧波減速器安裝孔和多個第二連接孔對應(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。
[0017]在上述的可用于快速重構(gòu)的模塊化空間機械臂關(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。
[0018]在上述的可用于快速重構(gòu)的模塊化空間機械臂關(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。
[0019]在上述的可用于快速重構(gòu)的模塊化空間機械臂關(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。
[0020]本發(fā)明還提供了一種機械臂，其整體呈平面3R形，該平面3R形機械臂包括順次設(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關(guān)節(jié)，所述的三個關(guān)節(jié)均采用上述任意一項所述的關(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)與待連接的兩個部件固定連接。
[0021]本發(fā)明還提供了一種機械臂，其整體呈球形，該球形機械臂包括基座和三個關(guān)節(jié)，所述的三個關(guān)節(jié)均采用上述任意一項所述的關(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。
[0022]本發(fā)明空間機械臂關(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。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)型的機械臂。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明可用于快速重構(gòu)的模塊化空間機械臂關(guān)節(jié)的一些實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2為其內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖3為其定軸齒輪傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖4為其內(nèi)部布局及電氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖5為其上殼體的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖6為其主殼體的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖7為其底板的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0030]圖8為其電機、制動系統(tǒng)、諧振減速器及電氣系統(tǒng)之間的布局及連接示意圖；
[0031]圖9為其制動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖10為其失電制動器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖11為一種平面3R形機械臂的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖12為一種球形機械臂的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0035]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。這些更詳細(xì)的描述旨在幫助理解本發(fā)明，而不應(yīng)被用于限制本發(fā)明。根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容，本領(lǐng)域技術(shù)人員明白，可以不需要一些或者所有這些特定細(xì)節(jié)即可實施本發(fā)明。而在其它情況下，為了避免將發(fā)明創(chuàng)造淡化，未詳細(xì)描述眾所周知的技術(shù)。
[0036]請參照圖1-10，本可用于快速重構(gòu)的模塊化空間機械臂關(guān)節(jié)包括:主殼體1，諧波減速器2，上殼體3，定軸齒輪傳動系統(tǒng)4，電機5，制動系統(tǒng)6，電氣系統(tǒng)7，線管8。
[0037]主殼體I整體呈圓柱狀。主殼體I包括身部11、肩部12、頸部14、以及身部11和頸部14之間的安裝板13。肩部12構(gòu)成該關(guān)節(jié)的固定部，肩部12設(shè)置多個第一連接孔121，用于連接連桿、基座等部件構(gòu)造機械臂。主殼體I的底端設(shè)置底板9。安裝板13中心處設(shè)置有線管安裝孔131，此外安裝板13上還設(shè)置有電機5的轉(zhuǎn)軸孔132及安裝孔133，制動系統(tǒng)6的轉(zhuǎn)軸孔134及安裝孔135。
[0038]在主殼體I頸部14頂端的內(nèi)周沿處設(shè)置凹部141，且在該凹部141設(shè)置多個安裝孔142。諧波減速器2安裝在主殼體I的頸部14頂端，通過所述凹部141實現(xiàn)二者的定位并通過螺釘與所述多個安裝孔142配合將二者鎖緊為一體。
[0039]上殼體3整體呈圓柱形。上殼體3套設(shè)于諧波減速器2外，上端通過多個螺桿31與諧波減速器2的輸出端固定連接，上殼體3構(gòu)成該關(guān)節(jié)的輸出端。上殼體3的上端還設(shè)置多個第二連接孔32，用于與連桿連接構(gòu)造機械臂。進一步在上殼體3的上端中部設(shè)置諧波減速器定位孔33，定位孔33的周沿先向上延伸再向內(nèi)延伸形成一個凸臺34，凸臺34中心設(shè)置所述線管8的安裝孔35。上殼體3上端設(shè)置與所述多個螺桿31配合的多個諧波減速器安裝孔36。上殼體3上端的多個諧波減速器安裝孔36分布于以上殼體3上端中心為圓心的第一圓周上，上殼體3上端的多個第二連接孔32分布于以上殼體3上端中心為圓心的第二圓周上。
[0040]定軸齒輪傳動系統(tǒng)4設(shè)置于主殼體I的頸部14內(nèi)。該定軸齒輪傳動系統(tǒng)4包括:固定連接在諧波減速器2輸入端的第一齒輪41，以及與第一齒輪41嚙合的第二齒輪42和第三齒輪43。第一齒輪41作為定軸齒輪傳動系統(tǒng)4的輸出齒輪，設(shè)置于中心位置。第二齒輪42和第三齒輪4的直徑均小于第一齒輪41的直徑。圖3中411為第一齒輪41上的固定孑L。
[0041]電機5采用無刷直流電機，其設(shè)置于主殼體I的身部11內(nèi)，通過安裝板13上的電機安裝孔133實現(xiàn)固定，電機5的轉(zhuǎn)軸穿過安裝板13上的電機轉(zhuǎn)軸孔132與第二齒輪42固定連接。
[0042]制動系統(tǒng)6設(shè)置于主殼體I的身