一種空間機械臂模塊化驅(qū)動關(guān)節(jié)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及空間站機械臂靈巧操作技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種空間機械臂模塊化驅(qū)動關(guān)節(jié)。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]空間機械臂模塊化驅(qū)動關(guān)節(jié)是空間機械臂的運動部件，空間機械臂通過驅(qū)動關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動及位置控制，在整個工作空間內(nèi)，實現(xiàn)對任務(wù)目標(biāo)的尋址、定位，同時可輔助末端執(zhí)行工具完成抓取、插拔、旋轉(zhuǎn)等操作。
[0004]目前，模塊化驅(qū)動關(guān)節(jié)是國內(nèi)外現(xiàn)有的空間機械臂的關(guān)鍵單機，是空間站建造、運營階段不可或缺的關(guān)鍵設(shè)備，在國際空間站上的加拿大II機械臂、日本機械臂、歐空局機械臂上得到了廣泛應(yīng)用。在國際空間站的幾種機械臂中，根據(jù)操作對象的重量及完成操作任務(wù)的不同，機械臂關(guān)節(jié)可分為大型驅(qū)動關(guān)節(jié)和中型驅(qū)動關(guān)節(jié)兩大類。最典型的大型驅(qū)動關(guān)節(jié)是國際空間站加拿大II機械臂(SSRMS)模塊化驅(qū)動關(guān)節(jié)，SSRMS用于空間站各艙段的臨時停泊、轉(zhuǎn)位等工作，要求驅(qū)動關(guān)節(jié)的負載能力大。SSRMS驅(qū)動關(guān)節(jié)的模塊化，使得各關(guān)節(jié)間可以互換。驅(qū)動關(guān)節(jié)的電機驅(qū)動組件、傳感控制組件均采用冗余設(shè)計。三級行星減速的傳動方式，在提高其負載能力的同時，也增加了關(guān)節(jié)的體積和重量，這對我國現(xiàn)有的運載能力是一個挑戰(zhàn)。
[0005]最典型的中型驅(qū)動關(guān)節(jié)是空間站歐空局機械臂(ERA)驅(qū)動關(guān)節(jié)，其驅(qū)動器外置，采用了局部模塊化設(shè)計。ERA可用于更換中、小型0RU，輔助航天員進行EVA活動，對艙段表面進行在軌檢測等，需要的承載能力和末端操作精度都不高。ERA驅(qū)動關(guān)節(jié)采用單電機驅(qū)動，行星減速方式，減速比不高，關(guān)節(jié)的體積和重量相對于SSRMS驅(qū)動關(guān)節(jié)也下降很多。
[0006]針對空間載荷精細化操作的要求，機械臂應(yīng)具有較高的末端定位精度，一定的承載能力。因此，需要設(shè)計一種機構(gòu)簡單、連接可靠、結(jié)構(gòu)輕小的空間機械臂模塊化驅(qū)動關(guān)節(jié)，同時需要關(guān)節(jié)具有較高的定位精度及一定的輸出力矩，以滿足空間機械臂靈巧操作的需求。
[0007]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為滿足對空間輕、小型設(shè)備靈巧操作的需求，本發(fā)明提出一種空間機械臂模塊化驅(qū)動關(guān)節(jié)。
[0009]本發(fā)明提供的一種空間機械臂模塊化驅(qū)動關(guān)節(jié)，包括電機驅(qū)動組件、機械傳動組件、傳感控制組件和相應(yīng)的結(jié)構(gòu)支撐組件。
[0010]所述電機驅(qū)動組件包括無刷直流電機，其包括定子組件、轉(zhuǎn)子組件、Hall換向元件及增量式編碼器。電機組件采用Hall換向方式，增量式編碼器提供電機組件相對位置信息，進行關(guān)節(jié)速度反饋控制。[0011 ] 所述機械傳動組件包括諧波減速器、剛輪、柔輪及一級行星減速裝置，行星減速裝置與諧波減速器采用一體化設(shè)計，行星減速裝置安裝于諧波減速器空腔中，充分利用了諧波減速器的剩余空間。機械傳動組件采用油脂與固體混合潤滑方式，其全部齒輪、軸承和摩擦部位均具有固體潤滑鍍層。諧波減速器齒輪采用小側(cè)隙設(shè)計，使得傳動組件回差小，輸出精度高，其輸入端采用聯(lián)軸器直接與電機輸出軸(轉(zhuǎn)子)相連，其剛輪通過結(jié)構(gòu)支撐組件固定在電機定子殼體上。、
所述傳感控制組件包括絕對位置編碼器及其組件、驅(qū)動控制器。絕對位置編碼器由編碼器定子、編碼器轉(zhuǎn)子、壓緊蝶簧、壓緊環(huán)組成。絕對位置編碼器轉(zhuǎn)子通過壓緊蝶簧、壓緊環(huán)固定在諧波輸出軸上，絕對位置編碼器定子通過相應(yīng)的結(jié)構(gòu)支撐部件連接于諧波減速器剛體上。
[0012]所述的結(jié)構(gòu)支撐部件，包括輸入法蘭、電機支座，軸承內(nèi)座、軸承外座、輸出法蘭、諧波輸出軸、軸承端蓋、機械限位塊、控制器支架與控制器外殼。
[0013]所述的電機驅(qū)動組件采用一體化的形式，各部分封裝一體，制動器通過頂絲固定在電機輸出軸上。
[0014]所述制動裝置為電磁式制動器，由永磁體、彈性體和鐵芯組成,永磁體通電,磁體磁性消除，通過彈性體的彈性力作用，使鐵芯脫開，完成釋放。在制動器安裝時，需采用墊片調(diào)整永磁體和鐵芯之間的間隙，以確保制動器能夠可靠的制動與釋放。
[0015]所述的傳動組件輸入端通過聯(lián)軸器與電機軸相連，采用過盈膠接方式固連，傳動組件輸出端直接與諧波輸出軸固連。
[0016]所述的絕對位置編碼器轉(zhuǎn)子直接通過壓緊蝶簧、壓緊環(huán)固定在諧波輸出軸上；絕對位置編碼器定子采用半開口式螺釘固定在結(jié)構(gòu)支撐件上，連接至電機定子。絕對位置編碼器實時測量關(guān)節(jié)輸出的轉(zhuǎn)動角度，將角度值轉(zhuǎn)變成電信號，并返回給電機端，進行位置反饋控制。絕對位置編碼器是關(guān)節(jié)的位置測量裝置，在安裝時要調(diào)整定子與轉(zhuǎn)子的位置關(guān)系，以保證其測量的準(zhǔn)確性。
[0017]本發(fā)明由于采用以上技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點和積極效果:
1)傳動機構(gòu)采用諧波減速與行星減速一體化的設(shè)計方法，行星減速裝置安裝于諧波減速器空腔中，減少了傳動機構(gòu)的體積和重量；諧波減速器回差小，提高了傳動機構(gòu)的精度；傳動機構(gòu)采用諧波和行星二級減速，減速比大；傳動機構(gòu)的設(shè)計在提高驅(qū)動關(guān)節(jié)的定位精度和輸出力矩的同時，降低了關(guān)節(jié)的體積和重量；
2)驅(qū)動電機采用了Hall換向與增量式編碼器雙備份的換向方式，提高了關(guān)節(jié)工作的可靠性；增量式編碼器除換向外，還作為檢測元件，提供位置反饋信息，提高了元件的利用率，減小了關(guān)節(jié)的體積。
[0018]3)采用模塊化設(shè)計，關(guān)節(jié)控制器內(nèi)置，增強了關(guān)節(jié)的通用性；
4)采用集成化設(shè)計思想，將關(guān)節(jié)驅(qū)動控制和電源管理集成在一個控制板上，減少了關(guān)節(jié)控制卡的體積和質(zhì)量；
5)軸承外座、輸出法蘭既是連接件，又是關(guān)節(jié)殼體，最大化共用結(jié)構(gòu)件，減小了關(guān)節(jié)尺寸，降低了關(guān)節(jié)質(zhì)量；
【附圖說明】
[0019]通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
圖1是本發(fā)明提供的空間機械臂模塊化驅(qū)動關(guān)節(jié)的外形示意圖；
圖2是本發(fā)明提供的空間機械臂模塊化驅(qū)動關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)剖面圖；
圖3是本發(fā)明提供空間機械臂模塊化驅(qū)動關(guān)節(jié)行程示意圖。
[0020]圖中標(biāo)記分別表示如下零件或部件:
1 一輸出法蘭、2—諧波輸出軸、3—軸承外座、4一軸承內(nèi)座、5—電機支座、6—軸承端蓋、7—輸入法蘭、8—控制器支架、9 一控制器外殼、11 一機械限位塊、12 一驅(qū)動控制器、13 一電機、14 一電磁制動器、15 一軸承、16—制動器外殼、17 一聯(lián)軸器、18—傳動組件、19 絕對位置編碼器
附圖中相同或相似的附圖標(biāo)記代表相同或相似的部件。
[0021]
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖進一步闡述本發(fā)明。本發(fā)明優(yōu)選實施例只是用于幫助闡述本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的保護范圍