一种空间机械臂高精度关节控制模块制造技术

本实用新型专利技术涉及一种空间机械臂高精度关节控制模块，包括关节本体和机械臂，关节本体与机械臂之间通过快接销连接；关节本体的内部固定安装有关节电源模块、核心控制模块和关节驱动模块，核心控制模块的数据输入端连接有传感器组，关节驱动模块的输出端连接有无刷直流电机，无刷直流电机的转轴与快接销相连，本实用新型专利技术大大简化了装置结构，灵活方便，且大大提高了控制精度和机械负载比重。

A high precision joint control module for space manipulator

The utility model relates to a high precision joint space manipulator control module, including a joint body and a mechanical arm, between the body and the mechanical arm joints connected by fast connecting pin; internal joint body is fixed at the joint power module, the core control module and joint drive module, the core control module the data input end is connected with a sensor group the output end of the driving module, the joint is connected with a brushless DC motor, brushless DC motor shaft and pin is connected, the utility model greatly simplifies device structure, flexible and convenient, and greatly improve the control precision and mechanical load proportion.

【技术实现步骤摘要】
一种空间机械臂高精度关节控制模块
本技术涉及空间机械臂，特别涉及一种空间机械臂高精度关节控制模块。
技术介绍
关节作为空间机械臂的关键技术，决定了机械臂的负载自重比、机械臂的智能程度以及机械臂的末端位姿精度。为了满足长期工作要求，减小维护难度及费用，关节需具备在轨更换及在轨手动驱动的功能，同时，机械臂的工作环境还比较恶劣，如高温差、高辐射、超真空，因此关节的研制必须综合考虑这些因素，并且满足所有指标。另外，如何在实现高负载的同时保证机械臂关节的精度也是研究的重点。在对国外现有空间机械臂进行深入研究后发现以下问题：空间机械臂大都采用行星齿轮传动，不可避免地存在较高回差，影响控制精度；另外，行星减速刚度差，这也会影响整个机械臂的控制精度，并且行星齿轮传动质量大，会减小机械臂负载自重比。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种空间机械臂高精度关节控制模块，以解决现有空间机械臂大都采用行星齿轮传动而存在较高回差、影响控制精度以及减小机械臂负载自重比等技术问题。为了解决上述问题，本技术提供了一种空间机械臂高精度关节控制模块，包括关节本体和机械臂，所述关节本体与机械臂之间通过快接销连接；所述关节本体的内部固定安装有关节电源模块、核心控制模块和关节驱动模块，所述核心控制模块的数据输入端连接有传感器组，关节驱动模块的输出端连接有无刷直流电机，所述无刷直流电机的转轴与快接销相连，所述关节电源模块包括EMI滤波器，所述EMI滤波器的输出端连接有DC/DC变换器，所述DC/DC变换器的调控端连接有开关电源集成控制器，输出端连接有集成线性调压器，所述集成线性调压器的输出端连接至各模块电源输入端；所述核心控制模块包括核心控制器，核心控制器的数据输入端连接有模数转换器，核心控制器的通信端口连接有UART/WIFI转换器，所述UART/WIFI转换器连接有无线信号收发器。依照本申请较佳实施例所述的一种空间机械臂高精度关节控制模块，所述核心控制器采用FPGA控制器，且核心控制器数据交互端连接有数据存储器。依照本申请较佳实施例所述的一种空间机械臂高精度关节控制模块，所述关节驱动模块包括放大驱动器，所放大驱动器的输出端连接有MOSFET整流桥，所述MOSFET整流桥的输出端连接到无刷直流电机的驱动端，且无刷直流电机与放大驱动器之间还连接有过流保护器。依照本申请较佳实施例所述的一种空间机械臂高精度关节控制模块，所述传感器组包括力矩传感器、位置传感器、温度传感器和霍尔传感器。与现有技术相比，本技术存在以下技术效果：本技术通过设置关节驱动模块，利用驱动放大器和MOSFET整流桥对无刷直流电机进行驱动控制，利用无刷直流电机实现传动操作，有效提高机械负载比重；通过设置传感器组，利用力矩传感器、位置传感器、温度传感器和霍尔传感器，实现了高精度关节传感信息采集，结合核心控制器，实现PD闭环反馈调节，进一步提高控制精度，满足设计的高精度要求；同时通过设置过流保护器，提高电路的自我保护性能，延长使用寿命，利用EMI滤波器滤除电磁干扰，利用集成线性调压器减小输出纹波，有效提高装置的安全稳定性能；通过设置UART/WIFI转换器和无线信号收发器进行无线数据收发，减少系统布线提高装置灵活性；本技术大大简化了装置结构，灵活方便，且大大提高了控制精度和机械负载比重。附图说明图1为本技术一种空间机械臂高精度关节控制模块的结构示意图；图2为本技术关节本体的内部模块结构示意图。具体实施方式以下结合附图，举一具体实施例加以详细说明。请参考图1，本技术提供了一种空间机械臂高精度关节控制模块，包括关节本体1和机械臂2，关节本体1与机械臂2之间连接有快接销3；通过快接销3连接关节本体1和机械臂2，可以方便实现安装和更换操作；请参考图2，在本技术中，关节本体1的内部固定安装有关节电源模块4、核心控制模块5和关节驱动模块6，核心控制模块5的数据输入端连接有传感器组7，关节驱动模块6的输出端连接有无刷直流电机8，无刷直流电机8的转轴与快接销3相连，关节电源模块4为整个装置供电，核心控制模块5用于实现数据分析和指令输出控制，关节驱动模块6用于驱动无刷直流电机8的操作，传感器组7用于进行数据采集操作。关节电源模块4包括EMI滤波器401，EMI滤波器401的输出端连接有DC/DC变换器402，DC/DC变换器402的调控端连接有开关电源集成控制器403，输出端连接有集成线性调压器404，集成线性调压器404的输出端连接至各模块电源输入端，EMI滤波器401能够有效减小开关电源输入的电磁干扰，DC/DC变换器在开关电源集成控制器403的控制下，将输入的电压进行升压或降压变换，变换后的电压再经过集成线性调压器404进行调节，输出性能稳定纹波小的电流给各个供电模块；传感器组7包括力矩传感器701、位置传感器702、温度传感器703和霍尔传感器704，其中力矩传感器701用于测量当前关节本体1与机械臂2之间的力矩大小，位置传感器702用于采集二者的相对位置大小，温度传感器703用于采集当前环境温度，霍尔传感器704用于采集输出电流大小。核心控制模块5包括核心控制器501，核心控制器501的数据输入端连接有模数转换器502，核心控制器501采用FPGA控制器，且核心控制器501数据交互端连接有数据存储器503，核心控制器501的通信端口连接有UART/WIFI转换器504，UART/WIFI转换器504连接有无线信号收发器505；模数转换器502将传感器组7采集到的数据进行模数转换后送入至核心控制器501，核心控制器501将得到的数据进行分析处理并且存储至数据存储器503，核心控制器501将根据分析结果输出指令至关节驱动模块6，同时UART/WIFI转换器504将核心控制器501输出的串行数据信号转换成WIFI信号，再通过无线信号收发器505发射出去；关节驱动模块6包括放大驱动器601，所放大驱动器601的输出端连接有MOSFET整流桥602，MOSFET整流桥602的输出端连接到无刷直流电机8的驱动端，且无刷直流电机8与放大驱动器601之间还连接有过流保护器603；放大驱动器601将核心控制器501输出的PWM波信号进行放大，放大后的PWM波控制MOSFET整流桥602的工作频率，MOSFET整流桥602输出驱动电流，带动无刷直流电机8转动开始工作；当核心控制器501检测当前的电路状况出现异常时，将输出信号至过流保护器603，通过过流保护器603断开电源，停止工作。本技术通过设置关节驱动模块，利用驱动放大器和MOSFET整流桥对无刷直流电机进行驱动控制，利用无刷直流电机实现传动操作，有效提高机械负载比重；通过设置传感器组，利用力矩传感器、位置传感器、温度传感器和霍尔传感器，实现了高精度关节传感信息采集，结合核心控制器，实现PD闭环反馈调节，进一步提高控制精度，满足设计的高精度要求；同时通过设置过流保护器，提高电路的自我保护性能，延长使用寿命，利用EMI滤波器滤除电磁干扰，利用集成线性调压器减小输出纹波，有效提高装置的安全稳定性能；通过设置UART/WIFI转换器和无线信号收发器进行无线数据收发，减少系统布线提高装置灵活性；本技术大大简本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空间机械臂高精度关节控制模块，其特征在于，包括关节本体和机械臂，所述关节本体与机械臂之间通过快接销连接；所述关节本体的内部固定安装有关节电源模块、核心控制模块和关节驱动模块，所述核心控制模块的数据输入端连接有传感器组，所述关节驱动模块的输出端连接有无刷直流电机，所述无刷直流电机的转轴与快接销相连，所述关节电源模块包括EMI滤波器，所述EMI滤波器的输出端连接有DC/DC变换器，所述DC/DC变换器的调控端连接有开关电源集成控制器，输出端连接有集成线性调压器，所述集成线性调压器的输出端连接至各模块电源输入端；所述核心控制模块包括核心控制器，核心控制器的数据输入端连接有模数转换器，核心控制器的通信端口连接有UART/WIFI转换器，所述UART/WIFI转换器连接有无线信号收发器。

【技术特征摘要】
1.一种空间机械臂高精度关节控制模块，其特征在于，包括关节本体和机械臂，所述关节本体与机械臂之间通过快接销连接；所述关节本体的内部固定安装有关节电源模块、核心控制模块和关节驱动模块，所述核心控制模块的数据输入端连接有传感器组，所述关节驱动模块的输出端连接有无刷直流电机，所述无刷直流电机的转轴与快接销相连，所述关节电源模块包括EMI滤波器，所述EMI滤波器的输出端连接有DC/DC变换器，所述DC/DC变换器的调控端连接有开关电源集成控制器，输出端连接有集成线性调压器，所述集成线性调压器的输出端连接至各模块电源输入端；所述核心控制模块包括核心控制器，核心控制器的数据输入端连接有模数转换器，核心控制器的通信端...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡静，温贻芳，
申请(专利权)人：苏州工业职业技术学院，
类型：新型
国别省市：江苏,32