空间站科学手套箱机械臂制造技术

本实用新型专利技术涉及载人航天空间站科学实验设备，特别涉及一种空间站科学手套箱机械臂。机械臂设置于空间站科学手套箱内，机械臂包括依次连接的六个关节及与末端关节连接的末端快速接口，六个关节均为转动关节，其中第一关节与空间站科学手套箱的底部连接，且可沿圆弧轨迹转动。本实用新型专利技术能实现六自由度操作任务，以辅助航天员完成精细操作或自主完成精细操作，可极大地降低航天员在轨操作精细任务的劳动强度，并提高其任务成功率。并提高其任务成功率。并提高其任务成功率。

【技术实现步骤摘要】
空间站科学手套箱机械臂


[0001]本技术涉及载人航天空间站科学实验设备，特别涉及一种空间站科学手套箱机械臂。

技术介绍

[0002]空间站的主要用途就是为人类提供一个可长期在轨运行的空间科学实验室。空间站科学手套箱实验柜是空间站众多的科学实验柜之一，旨在为微重力科学实验，如空间材料实验、空间生命科学实验、空间生物实验等提供在轨可操作环境，以实现在空间微重力环境下进行实验操作任务。
[0003]根据国内外载人航天工程中航天员在轨进行的空间科学实验经验，在航天飞机、空间实验室、空间站等环境下进行生命科学、生物技术、材料科学、航天医学等科学实验时，为保证航天员在舱内的可居住性，相当一部分科学实验的实验场所需要与航天员居住的舱内环境隔离开来，不允许实验产生的物质(气、液、固或其混合物)给航天员的健康带来危害；另一方面，许多科学实验对空气、气流、温度、湿度、光照等环境特征均有一定的要求，在这种情况下，许多科学实验通常是在手套箱内进行。此外，空间站科学手套箱可进行的研究涉及到生物、物理、材料等多个基础学科，这些空间科学实验中，很多实验样品都需要在可控的环境(温度、湿度、照明、通风等)下进行存储和运输，部分科学实验还需要进行精细操作。因此，空间站科学手套箱是一个设计成密闭、环境可控、并可提供空间科学实验所需要的灵巧、精细操作能力的系统。当航天员对手套箱内物体进行操作时，为了保证手套箱的密闭性，需要通过具有隔离功能的手套进行操作，对精细操作难度极大。空间站科学手套箱内属于狭小、非规则空间，目前工业中普遍使用的机械臂，不能直接搬用到空间站科学手套箱内。因此，需要设计一种能适应于手套箱内部空间的特殊构型与尺寸的小型机械臂，以满足在手套箱内部狭小空间内的灵巧作业需求。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本技术的目的在于提供一种空间站科学手套箱机械臂，以满足空间站科学手套箱特定空间内的灵巧作业任务，自主完成或辅助航天员完成在轨科学实验的精细操作任务。
[0005]为了实现上述目的，本技术采用以下技术方案：
[0006]一种空间站科学手套箱机械臂，机械臂设置于空间站科学手套箱内，所述机械臂包括依次连接的六个关节及与末端关节连接的末端快速接口，所述六个关节均为转动关节，其中第一关节与空间站科学手套箱的底部连接，且可沿圆弧轨迹转动。
[0007]所述第一关节包括圆弧导轨、滑块、基座及第一关节转动驱动机构，其中圆弧导轨设置于空间站科学手套箱的底部，基座通过滑块与圆弧导轨滑动连接；第一关节转动驱动机构设置于圆弧导轨和基座之间，用于驱动基座沿圆弧导轨滑动。
[0008]所述第一关节转动驱动机构包括圆弧齿圈和驱动组件，圆弧齿圈同轴设置于所述
圆弧导轨的下部；
[0009]驱动组件包括小齿轮、谐波减速器Ⅰ、电机支架及电机Ⅰ，其中电机支架设置于所述基座上，电机Ⅰ设置于电机支架上，且一输出端与谐波减速器Ⅰ的输入轴连接；小齿轮连接在谐波减速器Ⅰ的输出轴上，且与圆弧齿圈啮合。
[0010]所述电机Ⅰ的另一输出端通过联轴器与多圈绝对值编码器连接，多圈绝对值编码器通过编码器支架支撑，编码器支架与所述电机支架连接。
[0011]所述第一关节转动驱动机构还包括设置于所述基座上的驱动控制器Ⅰ，驱动控制器Ⅰ用于控制电机Ⅰ。
[0012]所述机械臂的第二关节设置于基座上，且转动轴线与所述第一关节的转动轴线平行；
[0013]所述机械臂的第三关节的转动轴线与第二关节的转动轴线垂直；
[0014]所述机械臂的第四关节和第五关节的转动轴线与第三关节的转动轴线平行；
[0015]所述机械臂的第六关节的转动轴线与第五关节的转动轴线垂直。
[0016]所述第三关节通过第一连杆与所述第四关节连接；所述第四关节通过第二连杆与所述第五关节连接。
[0017]所述第二至第六关节结构相同，均包括电机Ⅱ、谐波减速器Ⅱ及关节输出端，其中电机Ⅱ的一输出轴与谐波减速器Ⅱ的输入端连接，谐波减速器Ⅱ的输出端与关节输出端连接。
[0018]所述关节输出端的内侧端固连一中空轴，该中空轴穿过电机Ⅱ的中心孔与绝对值编码器Ⅱ连接。
[0019]所述电机Ⅱ的外侧设有驱动控制器Ⅱ，所述驱动控制器Ⅱ用于控制电机Ⅱ。
[0020]本技术的优点及有益效果是：
[0021]本技术适用于空间站科学手套箱内部空间的优化构型：空间站科学手套箱内部为非规则、狭窄空间，为实现手套箱内部的全局可达，如果采用现有成熟的机械臂构型，会造成机械臂尺寸过大，导致手套箱内部有用空间变小甚至机械臂自身都无法安装进手套箱内。本技术的机械臂构型，能实现以最小的机械臂尺寸达到手套箱内部全局可达的功能，以最大化手套箱内部的有用工作空间。
[0022]本技术更换末端工具更便捷：设置标准化的机械与电气接口，可以实现多样化的末端工具更换，并通过拉拔式快锁机构实现机械臂与末端工作的连接与断开，使航天员在轨单手可操作，大大提高航天员在轨更换机械臂末端工具的效率，减小航天员的劳动强度。
附图说明
[0023]图1为本技术一种空间站科学手套箱机械臂在手套箱内的布局图；
[0024]图2为本技术一种空间站科学手套箱机械臂的结构示意图；
[0025]图3为本技术一种空间站科学手套箱机械臂的第一关节的结构示意图；
[0026]图4为本技术中第一关节的驱动组件的结构示意图；
[0027]图5为本技术中第二关节的结构示意图。
[0028]图中：1为机械臂，2为空间站科学手套箱，11为第一关节，111为圆弧齿圈，112为圆
弧导轨，113为滑块，114为滑块转接板，115为基座，116为驱动组件，1161为小齿轮，1162为谐波减速器Ⅰ，1163为电机支架，1164为电机Ⅰ，1165为联轴器，1166为多圈绝对值编码器，1167编码器支架，117为驱动控制器Ⅰ，12为第二关节，13为第三关节，14为第一连杆，15为第四关节，16为第二连杆，17为第五关节，18为第六关节，19为末端快速接口，121为电机Ⅱ，122为谐波减速器Ⅱ，123为交叉滚子轴承，124为绝对值编码器，125为驱动控制器Ⅱ，126为关节输出端，θ1、θ2、θ3、θ4、θ5、θ6分别为第一至第六关节的转角。
具体实施方式
[0029]为了使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本技术进行详细描述。
[0030]如图1
‑
2所示，本技术提供的一种空间站科学手套箱机械臂，包括机械臂1，机械臂1设置于空间站科学手套箱2内。机械臂1包括依次连接的六个关节及与末端关节连接的末端快速接口19，六个关节均为转动关节。六个关节依次为第一关节11、第二关节12、第三关节13、第四关节15、第五关节17及第六关节18，其中第一关节11与空间站科学手套箱2的底部连接，且可沿圆弧轨迹转动，末端快速接口19本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空间站科学手套箱机械臂，其特征在于，机械臂(1)设置于空间站科学手套箱(2)内，所述机械臂(1)包括依次连接的六个关节及与末端关节连接的末端快速接口(19)，所述六个关节均为转动关节，其中第一关节(11)与空间站科学手套箱(2)的底部连接，且可沿圆弧轨迹转动。2.根据权利要求1所述的空间站科学手套箱机械臂，其特征在于，所述第一关节(11)包括圆弧导轨(112)、滑块(113)、基座(115)及第一关节转动驱动机构，其中圆弧导轨(112)设置于空间站科学手套箱(2)的底部，基座(115)通过滑块(113)与圆弧导轨(112)滑动连接；第一关节转动驱动机构设置于圆弧导轨(112)和基座(115)之间，用于驱动基座(115)沿圆弧导轨(112)滑动。3.根据权利要求2所述的空间站科学手套箱机械臂，其特征在于，所述第一关节转动驱动机构包括圆弧齿圈(111)和驱动组件(116)，圆弧齿圈(111)同轴设置于所述圆弧导轨(112)的下部；驱动组件(116)包括小齿轮(1161)、谐波减速器Ⅰ(1162)、电机支架(1163)及电机Ⅰ(1164)，其中电机支架(1163)设置于所述基座(115)上，电机Ⅰ(1164)设置于电机支架(1163)上，且一输出端与谐波减速器Ⅰ(1162)的输入轴连接；小齿轮(1161)连接在谐波减速器Ⅰ(1162)的输出轴上，且与圆弧齿圈(111)啮合。4.根据权利要求3所述的空间站科学手套箱机械臂，其特征在于，所述电机Ⅰ(1164)的另一输出端通过联轴器(1165)与多圈绝对值编码器(1166)连接，多圈绝对值编码器(1166)通过编码器支架(1167)支撑，编码器支架(1167)与所述电机支架(1163)连接。...

【专利技术属性】
技术研发人员：宛敏红，周维佳，刘晓源，王铁军，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：新型
国别省市：