空间大型机电热一体化关节制造技术

一种空间大型机电热一体化关节，包括关节本体、关节主传动组件、快速连接公组件、快速连接母组件、正向机电限位装置、反向机电限位装置、关节控制器、主份电源模块、备份电源模块、一维力矩传感器、旋转变压器、输出齿轮组件、电缆组件和热控组件。关节控制器、电源模块均采用了硬件备份的方式，热控组件采用了主动热控与被动热控相结合的热控方式。本发明专利技术关节具有集成度高、智能化程度高、可靠性高、适应空间热环境和辐照环境等优点，解决了空间关节机电热一体化设计、感知能力弱、高可靠性、运动范围不超过360

【技术实现步骤摘要】
空间大型机电热一体化关节


[0001]本专利技术属于空间站应用领域，涉及一种大型空间站机械臂用大型机电热一体化关节。
[0002]关节具有集成度高、智能化程度高、可靠性高、适应空间热环境和辐照环境等优点，解决了空间关节机电热一体化设计、感知能力弱、高可靠性、运动范围不超过360
°
等问题。

技术介绍

[0003]国际空间站上面安装有一套由加拿大MDA公司研制SRMS空间机械臂系统、SSRMS空间机械臂系统和SPDM灵巧操作双臂机器人，日本研制的JEM/RMS宏微机械臂系统，以及欧洲研制的ERA空间机械臂系统。SRMS空间机械臂系统、SSRMS空间机械臂、SPDM灵巧操作双臂机器人、JEM/RMS的主臂MA、ERA机械臂的关节均为大型机械臂，采用了机电热一体化设计和中心孔走线的设计思想。大型空间机械臂关节是空间机械臂最核心的部件，对于提高空间机械臂的智能化程度、可靠性等核心技术指标具有极其重要的意义。目前国内的空间关节均为小型驱动机构(直径小于φ50mm)，未能实现机电热一体化设计，感知能力弱，运动范围不超过360
°
。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种大型空间站机械臂用大型机电热一体化关节，解决了空间关节机电热一体化设计复杂、感知能力弱、自主工作能力差、运动范围不超过360
°
等问题。
[0005]本专利技术的技术解决方案是：
[0006]一种空间大型机电热一体化关节，包括关节本体、关节主传动组件、快速连接公组件、快速连接母组件、正向机电限位装置、反向机电限位装置、关节控制器、主份电源模块、备份电源模块、一维力矩传感器、旋转变压器、输出齿轮组件、电缆组件和热控组件；
[0007]其中快速连接公组件安装在关节本体的轴向输出端，快速连接母组件安装在关节本体径向固定端；关节主传动组件安装在关节本体内部，通过输出齿轮组件与快速连接公组件连接；正向机电限位装置、反向机电限位装置安装在关节本体上靠近轴向输出端位置；关节控制器与主份电源模块、备份电源模块组装成组合体，安装在关节本体内部的轴向输入端处；一维力矩传感器和旋转变压器安装在关节本体内部；电缆组件位于关节本体内部中心孔处，热控组件位于关节本体外部和关节控制器外部；
[0008]关节控制器根据关节的输出力矩、关节的位置和速度对关节进行实时控制；主份电源模块和备份电源模块用于为关节提供动力；一维力矩传感器用于感知关节的输出力矩，发送给关节控制器；旋转变压器用于感知关节的位置和速度，发送给关节控制器；正向机电限位装置、反向机电限位装置用于实现关节的正向、反向位置限位，热控组件实现对关节的主动热控和被动热控。
[0009]优选的，关节本体包括关节壳体、扶手组件、通用扶手底座、关节后罩、中间换热板、手动驱动机构安装板、旋转变压器转子安装板；
[0010]通用扶手底座安装在关节壳体外表面上，扶手组件安装在通用扶手底座上，关节后罩安装在关节壳体轴向输入端上，在关节后罩和关节壳体之间依次安装中间换热板和手动驱动机构安装板；旋转变压器转子安装板安装在输出齿轮组件上靠近关节本体轴向输出端的位置。
[0011]优选的，关节主传动组件安装在手动驱动机构安装板上，包括主份电机组件、备份电机组件和齿轮组合；齿轮组合安装在主份电机组件和备份电机组件中间，齿轮组合同时与输出齿轮组件啮合，将电机组件的转动传动至输出齿轮组件。
[0012]优选的，主份电机组件与关节控制器的主份控制单元、主份电源模块同侧，备份电机组件与关节控制器的备份控制单元、备份电源模块同侧；主份电机组件与关节控制器的主份控制单元、主份电源模块、一维力矩传感器的主份电路、旋转变压器组成主份控制电路；备份电机组件与关节控制器的备份控制单元、备份电源模块、一维力矩传感器的备份电路、旋转变压器组成备份控制电路；旋转变压器只有一路，没有备份。
[0013]优选的，一维力矩传感器的弹性体安装在输出齿轮组件上，一维力矩传感器电路部分安装在旋转变压器转子安装板上；旋转变压器一端连接旋转变压器转子安装板上，另一端连接关节主传动组件。
[0014]优选的，热控组件包括关节主热管、电机热管组件、关节控制器热管、热敏电阻、加热片、温度继电器及散热面；
[0015]关节壳体两侧各连接一根关节主热管，关节主热管另一端通过螺钉连接到中间换热板上；主份电机组件和备份电机组件各连接一组电机热管组件，电机热管组件另一端通过螺钉连接到中间换热板上；关节控制器热管一端安装在关节控制器上，另一端通过螺钉连接到中间换热板上；
[0016]关节壳体、主份电机组件、备份电机组件和关节控制器外表面上均安装有热敏电阻；加热片和温度继电器安装在关节壳体的外表面上；散热面位于关节壳体外表面上靠近主份电源模块、备份电源模块位置，关节壳体外表面上散热面以外的地方均包覆多层保温材料；
[0017]热敏电阻、加热片、温度继电器构成热控组件的被动热控单元，关节主热管、电机组件热管、关节控制器热管、散热面构成热控组件的被动热控单元。
[0018]优选的，正向机电限位装置和反向机电限位装置用于限制输出齿轮组件的转动范围，其中正向机电限位装置限制输出齿轮组件正向转动角度在270
°
以内，反向机电限位装置限制输出齿轮组件反向转动角度在
‑
270
°
内。
[0019]优选的，电缆组件一端分成三束，分别连接快速连接母组件和一维力矩传感器、旋转变压器，另一端分成两束，一束穿过关节中心孔连入关节控制器，另一束连接到快速连接公组件上。
[0020]优选的，关节外壳上留有8处共16个压紧面，其中侧面压紧面8处，顶面和底面压紧座8处，用于关节压紧。
[0021]优选的，关节留有在轨维修接口，所述在轨维修接口包括：
[0022]关节后罩的开孔，所述开孔用于穿过关节手动驱动机构；
[0023]中间换热板上用于固定关节手动驱动机构的接口；
[0024]快速连接装置公组件上留有定位销接口、快速连接装置母组件上留有定位销接口；
[0025]齿轮组合上的维修接口。
[0026]本专利技术与现有技术相比的优点在于：
[0027](1)本专利技术采用了机电热一体化设计的思想，集成了电机组件实现关节驱动，关节控制器实现关节控制，电源模块为关节提供动力，一维力矩传感器实现力矩感知，旋转变压器实现位置感知，机电限位装置实现位置限位，热控组件实现主动热控和被动热控，集成化程度高、感知能力强、自主工作能力强、运动范围大。
[0028](2)本专利技术中的热控组件采用了主动热控和被动热控相结合的方式，通过热敏电阻实现温度感知；通过加热片、温度继电器实现关节主动热控；通过热管组件、热控多层保温材料、白漆、散热面实现关节的被动热控，在保证关节工作温度的前提下，大大减少了关节在轨温度控制的功率消耗。
[0029](3)本专利技术中设计了手动驱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空间大型机电热一体化关节，其特征在于：包括关节本体(1)、关节主传动组件(2)、快速连接公组件(3)、快速连接母组件(4)、正向机电限位装置(5)、反向机电限位装置(6)、关节控制器(7)、主份电源模块(8)、备份电源模块(9)、一维力矩传感器(10)、旋转变压器(11)、输出齿轮组件(12)、电缆组件(13)和热控组件(14)；其中快速连接公组件(3)安装在关节本体(1)的轴向输出端，快速连接母组件(4)安装在关节本体(1)径向固定端；关节主传动组件(2)安装在关节本体(1)内部，通过输出齿轮组件(12)与快速连接公组件(3)连接；正向机电限位装置(5)、反向机电限位装置(6)安装在关节本体(1)上靠近轴向输出端位置；关节控制器(7)与主份电源模块(8)、备份电源模块(9)组装成组合体，安装在关节本体(1)内部的轴向输入端处；一维力矩传感器(10)和旋转变压器(11)安装在关节本体(1)内部；电缆组件(13)位于关节本体(1)内部中心孔处，热控组件(14)位于关节本体(1)外部和关节控制器(7)外部；关节控制器(7)根据关节的输出力矩、关节的位置和速度对关节进行实时控制；主份电源模块(8)和备份电源模块(9)用于为关节提供动力；一维力矩传感器(10)用于感知关节的输出力矩，发送给关节控制器；旋转变压器(11)用于感知关节的位置和速度，发送给关节控制器；正向机电限位装置(5)、反向机电限位装置(6)用于实现关节的正向、反向位置限位，热控组件(14)实现对关节的主动热控和被动热控。2.根据权利要求1所述的一种空间大型机电热一体化关节，其特征在于：关节本体(1)包括关节壳体(15)、扶手组件(16)、通用扶手底座(17)、关节后罩(18)、中间换热板(19)、手动驱动机构安装板(20)、旋转变压器转子安装板(21)；通用扶手底座(17)安装在关节壳体(15)外表面上，扶手组件(16)安装在通用扶手底座(17)上，关节后罩(18)安装在关节壳体(15)轴向输入端上，在关节后罩(18)和关节壳体(15)之间依次安装中间换热板(19)和手动驱动机构安装板(20)；旋转变压器转子安装板(21)安装在输出齿轮组件(12)上靠近关节本体(1)轴向输出端的位置。3.根据权利要求2所述的一种空间大型机电热一体化关节，其特征在于：关节主传动组件(2)安装在手动驱动机构安装板(20)上，包括主份电机组件(22)、备份电机组件(23)和齿轮组合(31)；齿轮组合(31)安装在主份电机组件(22)和备份电机组件(23)中间，齿轮组合(31)同时与输出齿轮组件(12)啮合，将电机组件的转动传动至输出齿轮组件(12)。4.根据权利要求3所述的一种空间大型机电热一体化关节，其特征在于：主份电机组件(22)与关节控制器(7)的主份控制单元、主份电源模块(8)同侧，备份电机组件(23)与关节控制器(7)的备份控制单元、备份电源模块(9)同侧；主份电机组件(22)与关节控制器(7)的主份控制单元、主份电源模块(8)、一维力矩传感器(10)的主份电路、旋转变压器(11)组成主份控制电路；备份电机组件(23)与关节控制器(7)...

【专利技术属性】
技术研发人员：李德伦，朱超，刘鑫，王康，张运，袁宝峰，胡成威，唐自新，王耀兵，张立，辛鹏飞，王友渔，张沛，许哲，时杰，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：