一種基于動(dòng)靜塊的軟接觸關(guān)節(jié)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及空間機(jī)器人研宄和工程領(lǐng)域，具體是一種基于動(dòng)靜塊的軟接觸關(guān)節(jié)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著空間科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，未來對空間能源的開發(fā)和利用成為趨勢，拓展以空間交會(huì)對接技術(shù)為基礎(chǔ)的新型航天裝備已經(jīng)形成共識，空間對接技術(shù)及其操作機(jī)構(gòu)已經(jīng)成為航天技術(shù)的一個(gè)重要研宄領(lǐng)域，是空間在軌服務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)，也是未來建設(shè)空間站的重要組成。實(shí)現(xiàn)空間交會(huì)對接技術(shù)，首先必須考慮兩航天器的對接機(jī)構(gòu)相互碰撞問題。在空間交會(huì)對接過程中，兩航天器往往會(huì)發(fā)生相互接觸碰撞，動(dòng)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(shí)現(xiàn)可靠對接，在對接機(jī)構(gòu)上設(shè)計(jì)阻尼緩沖系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)具有動(dòng)量卸載功能的軟接觸。
[0003]目前的空間對接技術(shù)所采用的對接機(jī)構(gòu)中，主要有錐-桿式對接系統(tǒng)、飛網(wǎng)技術(shù)、電磁對接、剛性機(jī)械臂式等，以上對接機(jī)構(gòu)特點(diǎn)是主要以柔性繩索為主要執(zhí)行元件或通過在末端執(zhí)行器設(shè)計(jì)相關(guān)機(jī)構(gòu)捕獲子系統(tǒng)；在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(dòng)要求也極高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對現(xiàn)有空間機(jī)器人接觸操作過程中能量沖擊，兩航天器在各種復(fù)雜空間條件下能量階躍式傳遞的難題，提供一種基于動(dòng)靜塊的軟接觸關(guān)節(jié)。本發(fā)明不僅實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)有空間機(jī)器人剛性關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃功能，也可實(shí)現(xiàn)航天器接觸過程中平穩(wěn)軟接觸，降低當(dāng)前空間操作硬接觸帶來的各種風(fēng)險(xiǎn)，拓展空間機(jī)器人操作的應(yīng)用性。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]一種基于動(dòng)靜塊的軟接觸關(guān)節(jié)，包括驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、阻尼組件以及傳感部件三部分。
[0007]所述的驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元一 202、電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元二 408、制動(dòng)器X204、制動(dòng)器Y404、制動(dòng)器一 212、制動(dòng)器二 412、電機(jī)軸一 207、電機(jī)軸二 410、諧波減速器一
201、諧波減速器二 409、動(dòng)塊外殼一 101、動(dòng)塊外殼二 106、靜塊外殼一 103、靜塊外殼二 105、動(dòng)塊外殼端蓋一 102、動(dòng)塊外殼端蓋二 107、支架一 205、支架二 406、制動(dòng)器支架一(213)、制動(dòng)器支架二(413)組成；
[0008]所述的阻尼組件包括直線阻尼組件和旋轉(zhuǎn)阻尼組件；其中，
[0009]所述的直線阻尼組件由直線式磁流變阻尼器502、彈簧機(jī)構(gòu)513、滑軌一 505、滑軌二 506、滑軌三507、滑軌四508、電磁制動(dòng)滑塊一 509、滑塊二 510、滑塊三511、滑塊四512、滑動(dòng)內(nèi)殼108和支座501組成，
[0010]所述的旋轉(zhuǎn)阻尼組件由旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器X208、旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器Y402、旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器Z301、扭簧機(jī)構(gòu)X211、扭簧機(jī)構(gòu)Y411、扭簧機(jī)構(gòu)Z304、旋轉(zhuǎn)軸X209、旋轉(zhuǎn)軸Y405、連接軸Z305、離合器X206、離合器Y403、制動(dòng)器Z303、連接板X210、連接板Y401、連接外殼Z104、連接外殼端蓋Z109組成；
[0011]所述的傳感部件由線位移傳感器503、編碼器X203、編碼器Y407和編碼器Z302組成。
[0012]所述的制動(dòng)器X204固定于支架一 205 ;所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元一 202、支架一 205固定在靜塊外殼一 103上；所述的制動(dòng)器一 212固定于制動(dòng)器支架一 213上，該制動(dòng)器支架一213固定于動(dòng)塊外殼一 101上；所述的諧波減速器一 201、制動(dòng)器一 212、電機(jī)驅(qū)動(dòng)單兀一
202、制動(dòng)器X204通過電機(jī)軸一 207串聯(lián)組合；所述的制動(dòng)器Y404固定于支架二 406上；所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元二 408、支架二 406固定在靜塊外殼一 103上；所述的制動(dòng)器二 412固定于制動(dòng)器支架二 413上，該制動(dòng)器支架二 413固定于動(dòng)塊外殼二 106上；所述的諧波減速器二409、制動(dòng)器二 412、電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元二 408、制動(dòng)器Y404通過電機(jī)軸二 410串聯(lián)組合。
[0013]進(jìn)一步，所述的滑軌一 505、滑軌二 506、滑軌三507和滑軌四508對稱式分布且固定于動(dòng)塊外殼二 106上；與各所述滑軌對應(yīng)的電磁制動(dòng)滑塊一 509、滑塊二 510、滑塊三511和滑塊四512設(shè)置于滑動(dòng)內(nèi)殼108上；通過滑軌一 505、滑軌二 506、滑軌三507和滑軌四508、電磁制動(dòng)滑塊一 509、滑塊二 510、滑塊三511和滑塊四512使滑動(dòng)內(nèi)殼108和動(dòng)塊外殼二 106之間發(fā)生相對滑動(dòng)，并通過電磁控制該相對滑動(dòng)處于自由滑動(dòng)模式或鎖定模式。
[0014]所述的直線式磁流變阻尼器502、線位移傳感器503的基體固定于支座501上，所述的支座501固定于動(dòng)塊外殼二 106上；所述的直線式磁流變阻尼器502的導(dǎo)向桿504、線位移傳感器的導(dǎo)桿固定于滑動(dòng)內(nèi)殼108上。
[0015]進(jìn)一步，所述的旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器X208的基體安裝在一連接板X210上，旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器X的軸為旋轉(zhuǎn)軸X209，編碼器X203的基體固定在靜塊外殼一 103的端部上，旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器Y402的基體固定在連接板Y401上，旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器Y的軸為旋轉(zhuǎn)軸Y405，編碼器Y407的基體固定在靜塊外殼二 105的端部上；旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器Z301的基體固定在連接板X210上，編碼器Z302、制動(dòng)器Z303的基體固定在靜塊外殼一 103上，旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器Z301的軸是連接軸Z305。
[0016]所述的旋轉(zhuǎn)阻尼組件中的離合器X206的基體固定在支架一 205上，支架一 205固定在靜塊外殼一 103上，離合器Y403的基體固定在支架二 406上，支架二 406固定在靜塊外殼二 105上；所述的連接外殼Z104與靜塊外殼一 103固定，連接軸Z302與靜塊外殼二 105固定，連接軸Z302和連接外殼Z104之間通過角接觸軸承連接，實(shí)現(xiàn)相對轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明有以下特點(diǎn):
[0018]1.關(guān)節(jié)具有實(shí)現(xiàn)空間剛性關(guān)節(jié)操作的能力，具備俯仰和偏航兩自由度的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃功能，同時(shí)具備接觸操作的柔性特征。本發(fā)明由驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，具有一般關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置，采用諧波減速器減速機(jī)構(gòu)，關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)角度范圍為土 180度，使關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)兩自由度運(yùn)動(dòng)，為機(jī)構(gòu)提供末端操作負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力。本發(fā)明通過在剛性傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和阻尼組件之間設(shè)計(jì)的耦合部件一離合器、制動(dòng)器和電磁制動(dòng)滑塊，實(shí)現(xiàn)四個(gè)阻尼組件對接觸過程中動(dòng)量進(jìn)行卸載。將本發(fā)明關(guān)節(jié)放置于空間笛卡爾坐標(biāo)系中，關(guān)節(jié)的俯仰和偏航兩個(gè)方向分別作為X和Y軸；接觸過程中，X、Y、Z旋轉(zhuǎn)方向的動(dòng)量被三個(gè)旋轉(zhuǎn)阻尼組件卸載，Z軸直線的動(dòng)量被直線阻尼組件卸載，x、Y軸直線方向的動(dòng)量通過機(jī)械機(jī)構(gòu)的傳遞與轉(zhuǎn)換，被旋轉(zhuǎn)阻尼組件卸載，因此關(guān)節(jié)可實(shí)現(xiàn)空間六維的動(dòng)量卸載。
[0019]2.本發(fā)明中采用具有柔性可控阻尼系數(shù)的磁流變阻尼器，從而實(shí)現(xiàn)對關(guān)節(jié)的半主動(dòng)控制。磁流變阻尼器具有能量消耗低、結(jié)構(gòu)簡單、阻尼力連續(xù)逆順可調(diào)并且可調(diào)范圍大、響應(yīng)快、良好的溫度穩(wěn)定性以及可與微機(jī)控制結(jié)合等優(yōu)良特性，因此可用于空間軟接觸關(guān)節(jié)中，從而減小沖擊振動(dòng)載荷、吸收碰撞動(dòng)能。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的整體外觀結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的X軸部分內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖3是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的Z軸部分內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖4是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的Y軸部分內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖5是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的Z軸直線部分內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]附圖中的標(biāo)號說明如下:
[0026]動(dòng)塊外殼一 101、動(dòng)塊外殼端蓋一 102、靜塊外殼一