一种可重构式机械臂制造技术

一种可重构式机械臂，包括操作功能模块、外部平台，还包括至少一个运动功能模块或者任意多个运动功能模块的组合，所述运动功能模块包括俯仰模块及旋转模块，所述任意多个运动功能模块的组合包括俯仰模块和/或旋转模块通过伸缩模块或者通用连杆模块连接而成；所述各运动功能模块的两端均设有实现任意连接的统一化机械接口。本发明专利技术提供一种重构式机械臂，可以方便、快捷的搭建出满足空间站不同任务需求的机械臂构型。

A reconfigurable manipulator

A reconfigurable manipulator includes an operation module, an external platform, and a combination of at least one motion module or any plurality of motion modules. The motion module includes a pitch module and a rotation module. The combination of any plurality of motion modules includes a pitch module and/or a rotation module. The block is connected by a telescopic module or a universal connecting rod module, and the two ends of the motion functional modules are provided with a unified mechanical interface to realize any connection. The invention provides a reconfigurable manipulator, which can be conveniently and quickly constructed to meet the requirements of different tasks of the space station.

【技术实现步骤摘要】
一种可重构式机械臂
本专利技术属于机械
，特别是涉及一种可重构式机械臂。
技术介绍
随着我国空间站战略计划实施，对于航天器舱内舱外的各种任务需求的增加，为解决航天器在轨维修维护以及舱外的运行监测等问题，基于模块化可重构的设计思想，设计可重构式机械臂的运动功能模块。
技术实现思路
针对上述存在的技术问题，本专利技术提供一种可重构式机械臂，可以方便、快捷的搭建出满足空间站不同任务需求的机械臂构型。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种可重构式机械臂，包括操作功能模块、外部平台，还包括至少一个运动功能模块或者任意多个运动功能模块的组合，所述运动功能模块包括俯仰模块及旋转模块，所述任意多个运动功能模块的组合包括俯仰模块和/或旋转模块通过伸缩模块或者通用连杆模块连接而成；所述各运动功能模块的两端均设有实现任意连接的统一化机械接口。可选的，所述俯仰模块及所述旋转模块均由一个旋转单元及两个转角连杆模块组成；所述转角连杆模块包括通用转角圆盘及转角连杆，所述通用转角圆盘与转角连杆固定连接，二者的中轴线位置形成异面垂直关系；所述俯仰模块由一个旋转单元分别连接两个转角连杆模块的转角圆盘组成；所述旋转模块由一个旋转单元分别连接两个转角连杆模块的转角连杆组成。可选的，所述旋转单元包括设置在第一外壳内的减速电机，减速电机的输出端通过联轴器与中空轴相接，将速度传递至与第二外壳固接的谐波减速器的输入端，减速器的输出端与设置在第三外壳上的扭矩传感器相接；所述第二外壳与第三外壳相接的一端表面设有凹槽，第三外壳与第二外壳相对应的端面设有凸起的圆环盘，所述凹槽与所述凸起的圆环盘相互配合并可形成相对转动。可选的，所述通用转角圆盘的端面上设有凹槽，凹槽内部设有通孔，用于与旋转单元或其他运动功能模块连接；所述转角连杆远离与所述转角圆盘连接的一端外侧壁上设有沿径向的凹槽，用于与旋转单元或其他运动功能模块连接。可选的，所述伸缩模块包括步进电机，所述步进电机设置在主支架上，主动齿轮设置在步进电机的输出轴上，输出齿轮与主动齿轮啮合，传动丝杠的下端与输出齿轮的轴连接，传动丝杠的另一端与伸缩部件螺纹配合形成丝杠螺母副，导向杆下端固定在主支架上，穿过伸缩部件的定位孔，与主支架上盖连接，主支架上端的第一连接底座与伸缩部件上端固定连接。可选的，所述伸缩模块还包括第二连接底座，所述第一连接底座与第二连接底座的下端面连接，所述第二连接底座的上端面与连接块固定连接，所述连接块用于与运动功能模块或操作功能模块连接。可选的，所述伸缩模块还包括制动器，所述制动器设置在主动齿轮的输出轴上，用于对所述主动齿轮进行紧急制动。可选的，所述伸缩模块还包括设置在主支架上的电机支架，所述步进电机置于电机支架上，所述电机支架还用于与其他运动功能模块或操作功能模块连接。可选的，通用连杆模块包括直连连杆模块或基座连杆模块；所述直连连杆模块包括对称设置的两个圆盘及设置在两个圆盘之间的定位挡圈；所述直连连杆模块通过两个圆盘分别与两个转角连杆模块连接，所述圆盘的半径与所述转角连杆的内圆半径相同；所述基座连杆模块包括支撑体及环设在支撑体侧面且靠近支撑体一个端面的多个支座，所述支座设有通孔，所述基座连杆模块通过所述支座与所述外部平台连接；所述基座连杆模块通过支撑体的另一个端面与所述运动功能模块连接。本专利技术的有益效果为：本专利技术可以利用各运动功能模块的不同组合方式搭建成不同自由度的机械臂基本构型任务，位姿多变灵巧，活动范围广泛具有很强的环境适应能力，且当某一模块出现故障时，可以利用其相同类型模块及时更换，确保任务的顺利执行，也可将各功能模块拆解放置，节省航天器空间，维护简单可靠。附图说明图1为本专利技术实施例提供的机械臂构型1的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的机械臂构型2的结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的俯仰模块的结构示意图；图4为本专利技术实施例提供的旋转模块的结构示意图；图5为本专利技术实施例提供的转角连杆模块的结构示意图；图6为本专利技术实施例提供的旋转单元的结构示意图；图7为本专利技术实施例提供的伸缩模块的结构示意图；图8为本专利技术实施例提供的直连连杆模块的结构示意图；图9为本专利技术实施例提供的基座连杆模块的结构示意图；图中：1.第一操作功能模块2.第二操作功能模块3.旋转单元301.减速电机302.电器支架303.第一外壳304.第二外壳305.第三外壳306.扭矩传感器307.谐波减速器308.中空轴309.联轴器4.转角连杆模块401.通用转角圆盘402.转角连杆5.伸缩模块501.第一连接底座502.第二连接底座503.连接块504.伸缩部件505.传动丝杠506.步进电机507.电气支架508.主动齿轮509.制动器510.输出齿轮511.导向杆512.主支架513.主支架上盖6.直连连杆模块601.圆盘602.定位挡圈7.基座连杆模块701.支撑体702.支座具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图和实施例对本申请进行详细描述。图1-2是根据一示例性实施例示出的一种重构式机械臂的结构示意图。如图1-2所示，本实施例的机械臂包括操作功能模块，例如第一操作功能模块1或第二操作功能模块2，外部平台，还包括至少一个运动功能模块或者多个运动功能模块的组合，所述运动功能模块包括俯仰模块、旋转模块，所述多个运动功能模块的组合包括俯仰模块和/或旋转模块通过伸缩单元5或者通用连杆模块连接而成，比如，两个俯仰模块通过伸缩单元5连接，形成长度可调的运动功能模块，或者，一个俯仰模块和一个旋转模块通过通用连杆模块连接起来，实现既可旋转又可俯仰的机械臂功能；所述各运动功能模块的两端均设有实现任意连接的统一化机械接口。作为本实施例的一个示例，如图1所示，机械臂构型1的主体由6个转角模块和6个旋转单元搭建形成3个俯仰模块和2个旋转模块，机械臂底端为基座连杆模块作为整体支撑，机械臂末端模块采用伸缩模块搭载第一操作功能模块的方式搭建而成；由于该构型具有6个自由度，能够完成一定空间范围内的定位并可对物体进行抓取操作，末端伸缩模块扩大了直线方向的操作范围，使操作更加精准。作为本实施例的另一个示例，如图2所示，机械臂构型2的主体由4个转角连杆模块以及3个旋转单元搭建形成两个俯仰模块，基座连杆模块支撑整体，末端搭载第二操作功能模块的方式搭建而成；该构型具有3个自由度，直连连杆模块将两个俯仰模块直接相连增加臂长扩大了工作的范围，并限制和调整自由度，使控制更加简便精确。本实施例可以根据环境情况、任务详情来选择运动功能模块，通过不同组合方式搭建成的不同自由度的机械臂，且在任务过程中可以通过运动功能模块调整机械臂的姿态，控制机械臂的运动，当某一模块出现故障时，可以利用其相同类型模块及时更换，确保任务的顺利执行；任务完成后，可将各功能模块拆解放置，节省航天器空间，维护简单可靠。下面将对各种运动功能模块及其组合方式详细进行介绍。如图3-5所示，所述俯仰模块及所述旋转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可重构式机械臂，包括操作功能模块、外部平台，其特征在于：还包括至少一个运动功能模块或者任意多个运动功能模块的组合，所述运动功能模块包括俯仰模块及旋转模块，所述任意多个运动功能模块的组合包括俯仰模块和/或旋转模块通过伸缩模块（5）或者通用连杆模块连接而成；所述各运动功能模块的两端均设有实现任意连接的统一化机械接口。

【技术特征摘要】
1.一种可重构式机械臂，包括操作功能模块、外部平台，其特征在于：还包括至少一个运动功能模块或者任意多个运动功能模块的组合，所述运动功能模块包括俯仰模块及旋转模块，所述任意多个运动功能模块的组合包括俯仰模块和/或旋转模块通过伸缩模块（5）或者通用连杆模块连接而成；所述各运动功能模块的两端均设有实现任意连接的统一化机械接口。2.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于：所述俯仰模块及所述旋转模块均由一个旋转单元（3）及两个转角连杆模块（4）组成；所述转角连杆模块（4）包括通用转角圆盘（401）及转角连杆（402），所述通用转角圆盘（401）与转角连杆（402）固定连接，二者的中轴线位置形成异面垂直关系；所述俯仰模块由一个旋转单元（3）分别连接两个转角连杆模块（4）的转角圆盘（401）组成；所述旋转模块由一个旋转单元（3）分别连接两个转角连杆模块（4）的转角连杆（402）组成。3.根据权利要求2所述的机械臂，其特征在于：所述旋转单元（3）包括设置在第一外壳（303）内的减速电机（301），减速电机（301）的输出端通过联轴器（309）与中空轴（308）相接，将速度传递至与第二外壳（304）固接的谐波减速器（307）的输入端，减速器（307）的输出端与设置在第三外壳（305）上的扭矩传感器（306）相接；所述第二外壳（304）与第三外壳（305）相接的一端表面设有凹槽，第三外壳（305）与第二外壳（304）相对应的端面设有凸起的圆环盘，所述凹槽与所述凸起的圆环盘相互配合并可形成相对转动。4.根据权利要求2所述的机械臂，其特征在于：所述通用转角圆盘（401）的端面上设有凹槽，凹槽内部设有通孔，用于与旋转单元（3）或其他运动功能模块连接；所述转角连杆（402）远离与所述转角圆盘（401）连接的一端外侧壁上设有沿径向的凹槽，用于与旋转单元（3）或其他运动功能模块连接。5.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于：所述伸缩模块（5）包括步进电机（506），所述步进电机（506）设置在主支架（5...

【专利技术属性】
技术研发人员：王丹，尹伟萌，孟悦，
申请(专利权)人：沈阳建筑大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21