空间机械臂垂直式模块化关节制造技术

空间机械臂垂直式模块化关节，它涉及一种空间机械臂的关节。本发明专利技术的目的是为了解决目前空间机械臂质量大、体积大、功耗大、单位质量输出力矩小的问题。本发明专利技术所述的驱动装置和皇冠齿轮系装置连接，皇冠齿轮系装置、波发生器（２－３－３）都和空心传动轴（２－２－１）连接，刚轮（２－３－２）和薄壁轴承二内环支撑座（２－６－１）连接，薄壁轴承二内环支撑座（２－６－１）和输出法兰盘（２－１０）连接。本发明专利技术集成化程度高、可靠性高、质量轻、体积小、功耗低、结构紧凑、单位质量输出力矩大、位置输出精度高、抗弯刚度大，并能适应空间强辐射、高真空、大温差的环境。具有可维护性好、工作可靠的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种空间机械臂的关节。
技术介绍
最近一二十年以来，我国空间技术发展迅速。未来我国将在空间建立自己的空间站，需要空间机器人进行一些如空间站的搭建和维护，卫星的释放、维修和回收等工作，但是，目前空间机器人还不能够完成这些工作。不久的将来，我国就要探索月球、火星甚至其它的星体，需要在空间进行一些操作，这些操作都离不开空间机械臂。模块化关节是空间机械臂的重要组成部分，模块化关节的性能决定了整个机械臂的各项主要性能。DLR/HIT Joint Lab以前研制的空间机械臂模块化关节，它将驱动和控制都集成在一个关节里面，关节的体积大、质量大、功耗大，并且大量采用了非商业用的零部件，价格比较高。中国空间技术研究院502所在空间机械臂关节的研制方面做了许多研究工作，但都只停留在实验室状态，没有形成最终产品。据目前掌握的资料来看，国内还没有研制成功专门针对空间强辐射、高真空、大温差环境，且具有低功耗、大输出力矩、高可靠性的空间机械臂模块化关节。
技术实现思路
本专利技术的目的是为解决现有关节的体积大、质量大、功耗大、单位质量输出力矩小的问题，提供一种空间机械臂垂直式模块化关节。本专利技术由驱动装置、关节机构和电气部分组成，所述的驱动装置由直流无刷电机、摩擦式反向制动器、行星减速器、电机套筒和电机套筒盖组成，所述的关节机构由偏心式电机套筒固定板、皇冠齿轮装置、空心传动轴装置、谐波减速器、薄壁轴承一、薄壁轴承二、薄壁轴承一内环支撑座、薄壁轴承一外环挡圈、薄壁轴承二内环支撑座、第一外壳、第二外壳、第三外壳、输出法兰盘、关节后端盖、套筒、隔离支撑环、调整垫片和毛毡组成，所述的电气部分由霍尔开关、位置传感器和转接电路板组成，所述的皇冠齿轮装置由一个皇冠小齿轮、一个皇冠大齿轮、两个轴承一、轴用弹性挡圈和孔用弹性挡圈组成，所-->述的空心传动轴装置由一个空心传动轴、轴承对二、套筒一、套筒二、空心轴承盖、键一、键二、轴用弹性挡圈一和轴用弹性挡圈二组成，所述的谐波减速器由柔轮、刚轮和波发生器组成，所述摩擦式反向制动器由一个轴承垫板、三个销轴、三个轴承、一个销轴板、摩擦片一、摩擦片二、一个输出齿轮轴、一个输出齿轮轴套、一个输出齿轮轴套轴承、外壳一、外壳二和外壳三组成，所述霍尔开关由霍尔敏感元件和磁钢组成，所述位置传感器采用传统的电位计，电位计由导电环和电刷组成，直流无刷电机、摩擦式反向制动器和行星减速器顺次串联在一起并放在电机套筒里面，电机套筒的后端和电机套筒盖的内壁螺纹连接，二者旋合，将直流无刷电机、摩擦式反向制动器和行星减速器压在一起，电机套筒通过螺钉连接到偏心式电机套筒固定板的一侧，偏心式电机套筒固定板、第一外壳和第二外壳连接在一起，偏心式电机套筒固定板通过圆周方向上的两个销实现轴向和径向定位，所述皇冠齿轮装置中的皇冠小齿轮轴上套着紧密串联的两个轴承一，通过两个轴承一两端的轴用弹性挡圈和孔用弹性挡圈使皇冠小齿轮定位在偏心式电机套筒固定板另一侧的孔内，皇冠大齿轮和空心传动轴的输入端连接，并通过键一、套筒一和轴用弹性挡圈一实现轴向和径向定位，波发生器和空心传动轴的输出端相连接，并通过键二、套筒二和轴用弹性挡圈二实现轴向和径向定位，轴承对二套在空心传动轴上，轴承对二的内环均和空心传动轴的外圆柱面配合，外环均和第二外壳小端的内表面配合，谐波减速器的柔轮和第二外壳、薄壁轴承一外环挡圈、调整垫片、第三外壳连接在一起，薄壁轴承一内环支撑座和薄壁轴承二内环支撑座设在刚轮的两侧且三者连接在一起，并用两个销实现周向的定位，薄壁轴承一的外环、薄壁轴承二的外环分别和第三外壳上的第三外壳薄壁轴承一外环支撑座以及第三外壳薄壁轴承二外环支撑座配合，薄壁轴承一的轴向定位由薄壁轴承一内环支撑座和薄壁轴承一外环挡圈完成，薄壁轴承二的轴向定位由薄壁轴承二内环支撑座和第三外壳薄壁轴承二外环支撑座孔肩完成，输出法兰盘和薄壁轴承二内环支撑座连接在一起，隔离支撑环将薄壁轴承二内环支撑座、输出法兰盘和套筒隔开，隔离支撑环通过薄壁轴承二内环支撑座和隔离支撑环台阶定位，第三外壳和输出法兰盘之间有毛毡密封、两层周向迷宫式密封和机械限位机构，转接电路板连接到套-->筒大端的内壁上，套筒一端较大，一端较小，套筒大端和套筒小端的结合处有个缺口，第二外壳、关节后端盖和套筒连接在一起，套筒小端穿过皇冠大齿轮、空心传动轴、谐波减速器、薄壁轴承二内环支撑座、隔离支撑环，从输出法兰盘伸出，导线从套筒内部通过，所述的皇冠大齿轮、空心传动轴、薄壁轴承一内环支撑座、薄壁轴承二内环支撑座、波发生器、隔离支撑环和输出法兰盘都设有中心孔，外壳一、外壳二和外壳三是空心的圆柱形，轴承垫板和销轴板均有三个周向均布的孔并和三个销轴配合，三个轴承分别套在三个销轴上并安装在轴承垫板和销轴板之间，轴承垫板、三个销轴、三个轴承和销轴板设置在外壳二内，外壳一设在直流无刷电机和外壳二之间以支撑三个轴承的外环，销轴板上设有两个凸起的立柱插入相对平行布置的摩擦片一和摩擦片二的槽中，两个摩擦片均为薄圆片，沿直径方向设有两个对称的开口槽，两槽之间圆片中心处有一个矩形孔，矩形孔的长边与槽的方向平行，矩形孔的一侧设有直齿条，输出齿轮轴与摩擦片一以及摩擦片二上的直齿条啮合，输出齿轮轴套套在输出齿轮轴的外部，输出齿轮轴套轴承套在输出齿轮轴套的外面，外壳三套在销轴板、摩擦片一、摩擦片二、输出齿轮轴、输出齿轮轴套和输出齿轮轴套轴承的外面，外壳一、外壳二和外壳三依次串联连接在一起，导电环连接在输出法兰盘的背面，电刷安装在电刷座上，所述的导电环和电刷相对设置，霍尔开关的磁钢安装在皇冠大齿轮的背面，霍尔敏感元件安装在第二外壳大端孔肩壁上，所述的霍尔敏感元件和磁钢相对设置。本专利技术具有以下有益效果：一、本专利技术采用直流无刷电机，摩擦式反向制动器，行星减速器，皇冠齿轮和谐波减速器的联合驱动方式，具有安装方便、结构紧凑、质量轻、功耗低、输出力矩大、关节整体刚度大、传动可靠等优点。二、为了使电缆和插头容易从关节中通过，在皇冠大齿轮和谐波减速器的中心孔内装有套筒。机械臂的所有导线(包括电源线和信号线)及插头都可以从套筒内穿过，可以抵抗空间环境变化(温度的高、低变化)，强辐射和机械臂的运动对导线造成的损坏，同时也避免了外部走线而造成的导线磨损。三、空间机械臂垂直式模块化关节输出端安装了两个面对面的角接触球轴承，抗倾覆力矩能力强。四、本专利技术的第三外壳和输出法兰盘之间采用-->了两层周向圆环式迷宫密封、毛毡密封和机械限位结构，结构简单、可靠性高，整个关节防尘的能力强，可以有效避免轴承固体润滑剂在空间的挥发以及外部灰尘的侵入。五、本专利技术的霍尔开关安装在皇冠大齿轮和第二外壳上，关节位置传感器安装在第三外壳和输出法兰盘上。这种关节位置传感器的融合性设计方法可以用来精确检测关节的旋转角度。六、转接电路板固定在套筒大端的内壁上，可以减弱空间机械臂垂直式模块化关节在发射和工作过程中的振动对电路板造成的损坏。拆掉关节后端盖，就可以看到转接电路板，因此电路板的安装、调试及拆卸方便。七、本专利技术集成化程度高、可靠性高、质量轻、功耗低、结构紧凑、输出力矩大、位置输出精度高、整体抗弯刚度大，并能适应空间强辐射、高真空、大温差的环境。关节具有可维护性好，工作可靠等优点。八、虽然本专利技术的模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空间机械臂垂直式模块化关节，它由驱动装置、关节机构和电气部分组成，所述的驱动装置由直流无刷电机（１－１）、摩擦式反向制动器、行星减速器（１－３）、电机套筒（１－４）和电机套筒盖（１－５）组成，所述的关节机构由偏心式电机套筒固定板（２－４）、皇冠齿轮装置、空心传动轴装置、谐波减速器、薄壁轴承一（２－５）、薄壁轴承二（２－６）、薄壁轴承一内环支撑座（２－５－１）、薄壁轴承一外环挡圈（２－５－２）、薄壁轴承二内环支撑座（２－６－１）、第一外壳（２－７）、第二外壳（２－８）、第三外壳（２－９）、输出法兰盘（２－１０）、关节后端盖（２－１１）、套筒（２－１２）、隔离支撑环（２－１３）调整垫片（２－１４）和毛毡（２－１５）组成，所述电气部分由霍尔开关、位置传感器和转接电路板（３－１）组成，所述的皇冠齿轮装置由一个皇冠小齿轮（２－１－１）、一个皇冠大齿轮（２－１－２）、两个轴承一（２－１－１－１）、轴用弹性挡圈（２－１－１－２）和孔用弹性挡圈（２－１－１－３）组成，所述的空心传动轴装置由一个空心传动轴（２－２－１）、轴承对二（２－２－２）、套筒一（２－２－３）、套筒二（２－２－４）、空心轴承盖（２－２－５）、键一（２－２－６）、键二（２－２－７）、轴用弹性挡圈一（２－２－８）和轴用弹性挡圈二（２－２－９）组成，所述的谐波减速器由柔轮（２－３－１）、刚轮（２－３－２）和波发生器（２－３－３）组成，所述摩擦式反向制动器由一个轴承垫板（１－２－１）、三个销轴（１－２－２）、三个轴承（１－２－３）、一个销轴板（１－２－４）、摩擦片一（１－２－５）、摩擦片二（１－２－６）、一个输出齿轮轴（１－２－７）、一个输出齿轮轴套（１－２－８）、一个输出齿轮轴套轴承（１－２－９）、外壳一（１－２－１０）、外壳二（１－２－１１）和外壳三（１－２－１２）组成，所述霍尔开关由霍尔敏感元件（３－２－１）和磁钢（３－２－２）组成，所述位置传感器采用传统的电位计，电位计由导电环（３－３－１）和电刷（３－３－２）组成，其特征在于直流无刷电机（１－１）、摩擦式反向制动器和行星减速器（１－３）顺次串联在一起并设置在电机套筒（１－４）里面，电机套筒（１－４）的后端和电机套筒盖（１－５）的内壁螺纹连接，二者旋合，将直流无刷电机（１－１）、摩擦式反向制动器和行星减速器（１－３）压在一起，电机套筒（１－４）连接到偏心式电机套筒固定板（２－４）的一侧，偏心式电机套筒固定...

【技术特征摘要】
1.一种空间机械臂垂直式模块化关节，它由驱动装置、关节机构和电气部分组成，所述的驱动装置由直流无刷电机(1-1)、摩擦式反向制动器、行星减速器(1-3)、电机套筒(1-4)和电机套筒盖(1-5)组成，所述的关节机构由偏心式电机套筒固定板(2-4)、皇冠齿轮装置、空心传动轴装置、谐波减速器、薄壁轴承一(2-5)、薄壁轴承二(2-6)、薄壁轴承一内环支撑座(2-5-1)、薄壁轴承一外环挡圈(2-5-2)、薄壁轴承二内环支撑座(2-6-1)、第一外壳(2-7)、第二外壳(2-8)、第三外壳(2-9)、输出法兰盘(2-10)、关节后端盖(2-11)、套筒(2-12)、隔离支撑环(2-13)调整垫片(2-14)和毛毡(2-1 5)组成，所述电气部分由霍尔开关、位置传感器和转接电路板(3-1)组成，所述的皇冠齿轮装置由一个皇冠小齿轮(2-1-1)、一个皇冠大齿轮(2-1-2)、两个轴承一(2-1-1-1)、轴用弹性挡圈(2-1-1-2)和孔用弹性挡圈(2-1-1-3)组成，所述的空心传动轴装置由一个空心传动轴(2-2-1)、轴承对二(2-2-2)、套筒一(2-2-3)、套筒二(2-2-4)、空心轴承盖(2-2-5)、键一(2-2-6)、键二(2-2-7)、轴用弹性挡圈一(2-2-8)和轴用弹性挡圈二(2-2-9)组成，所述的谐波减速器由柔轮(2-3-1)、刚轮(2-3-2)和波发生器(2-3-3)组成，所述摩擦式反向制动器由一个轴承垫板(1-2-1)、三个销轴(1-2-2)、三个轴承(1-2-3)、一个销轴板(1-2-4)、摩擦片一(1-2-5)、摩擦片二(1-2-6)、一个输出齿轮轴(1-2-7)、一个输出齿轮轴套(1-2-8)、一个输出齿轮轴套轴承(1-2-9)、外壳一(1-2-10)、外壳二(1-2-11)和外壳三(1-2-12)组成，所述霍尔开关由霍尔敏感元件(3-2-1)和磁钢(3-2-2)组成，所述位置传感器采用传统的电位计，电位计由导电环(3-3-1)和电刷(3-3-2)组成，其特征在于直流无刷电机(1-1)、摩擦式反向制动器和行星减速器(1-3)顺次串联在一起并设置在电机套筒(1-4)里面，电机套筒(1-4)的后端和电机套筒盖(1-5)的内壁螺纹连接，二者旋合，将直流无刷电机(1-1)、摩擦式反向制动器和行星减速器(1-3)压在一起，电机套筒(1-4)连接到偏心式电机套筒固定板(2-4)的一侧，偏心式电机套筒固定板(2-4)、第一外壳(2-7)和第二外壳(2-8)连接在一起，所述皇冠齿轮装置中的皇冠小齿轮(2-1-1)轴上套着紧密串联的两个轴承一(2-1-1-1)，通过两个轴承一(2-1-1-1)两端的轴用弹性挡圈(2-1-1-2)和孔用弹性挡圈(2-1-1-3)使皇冠小齿轮(2-1-1)定位在偏心式电机套筒固定板(2-4)另一侧的孔内，皇冠大齿轮(2-1-2)和空心传动轴(2-2-1)的输入端连接，并通过键一(2-2-6)、套筒一(2-2-3)和轴用弹性挡圈一(2-2-8)实现轴向和径向定位，波发生器(2-3-3)和空心传动轴(2-2-1)的输出端相连接，并通过键二(2-2-7)、套筒二(2-2-4)和轴用弹性挡圈二(2-2-9)实现轴向和径向定位，轴承对二(2-2-2)套在空心传动轴(2-2-1)上，轴承对二(2-2-2)的内环均和空心传动轴(2-2-1)的外圆柱面配合，外环均和第二外壳小端(2-8-4)的内表面配合，空心传动轴(2-2-1)上的轴肩、套筒一(2-2-3)、套筒二(2-2-4)、轴承压盖(2-2-5)和第二外壳小端孔肩(2-8-4-1)实现轴承对二(2-2-2)的轴向定位和预紧，谐波减速器的柔轮(2-3-1)和第二外壳(2-8)、薄壁轴承一外环挡圈(2-5-2)、调整垫片(2-13)、第三外壳(2-9)连接在一起，薄壁轴承一内环支撑座(2-5-1)和薄壁轴承二内环支撑座(2-6-1)设在刚轮(2-3-2)的两侧且三者连接在一起，并用两个销实现周向的定位，薄壁轴承一(2-5)的外环、薄壁轴承二(2-6)的外环分别和第三外壳(2-9)上的第三外壳薄壁轴承二外环支撑座(2-9-2)以及第三外壳薄壁轴承一外环支撑座(2-9-3)配合，薄壁轴承一(2-5)的轴向定位由薄壁轴承一内环支撑座(2-5-1)和薄壁轴承一外环挡圈(2-5-2)完成，薄壁轴承二(2-6)的轴向定位由薄壁轴承二内环支撑座(2-6-1)和第三外壳薄壁轴承二外环支撑座孔肩(2-9-3-1)完成，输出法兰盘...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宏，孙奎，谢宗武，李德伦，黄剑斌，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]