空间机械臂模块化关节制造技术

空间机械臂模块化关节，它涉及一种空间机械臂关节。针对现有的空间机械臂模块化关节体积大、质量大、功耗大的问题。驱动装置（４）通过齿轮装置（５）与行星减速器（６）连接，行星减速器（６）与皇冠齿轮装置（９０）连接，皇冠齿轮装置（９０）及波发生器（２５）与空心传动轴装置（９）连接，第一外壳（１５）与柔轮（２３）及中间连接法兰（１６）、第二外壳（１７）固接，柔轮（２３）装在空心传动轴装置（９）上，空心传动轴装置（９）套在小端套筒（２７）上，大、小薄壁轴承内环支撑座与第二外壳（１７）之间装有大、小薄壁轴承，第二外壳（１７）与输出法兰盘（１８）之间设有迷宫式密封结构和机械限位结构，电气装置（３）固装在输出装置（２）内。本发明专利技术体积小、质量轻、功耗低，可满足低功耗、大输出力矩、高可靠性的空间机械臂模块化关节性能要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种空间机械臂关节。
技术介绍
最近一二十年以来，我国空间技术迅速发展，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、火星甚至其他的星体，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可靠性、末端输出力矩、末端位置精度等各项主要性能。德国宇航中心(DLR)研制的空间机器人的关节结构简单、重量轻，但其关节轴承的内环座与外环座采用的都是铝合金材料，这样很容易在空间高低温变化时使轴承卡死，导致关节不能正常工作。在国内，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。专利申请公开号为CN 1807032A、公开日为2006年7月26日的专利技术专利申请公开了一种《空间机械臂模块化关节》，由于此模块化关节将驱动装置和控制装置都集成在一个关节里面，关节的体积大、质量大、功耗大。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，且具有质量小、体积小、低功耗、单位质量输出力矩大、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提供一种空间机械臂模块化关节，它可解决现有的空间机械臂模块化关节由于其驱动装置和控制装置都集成在一个关节里面，使空间机械臂模块化关节存在体积大、质量大、功耗大，无法满足低功耗、单位质量输出力矩大的问题。本专利技术由输入装置、输出装置和电气装置组成；所述输入装置由驱动装置、齿轮装置、行星减速器、输入装置外壳和转接法兰盘组成；所述输出装置包括-->皇冠齿轮装置、空心传动轴装置、谐波减速器、大薄壁轴承、小薄壁轴承、大薄壁轴承内环支撑座、小薄壁轴承内环支撑座、第一外壳、中间连接法兰、第二外壳、输出法兰盘、关节后端盖、套筒、隔离支撑环和调整垫片；所述谐波减速器由柔轮、刚轮和波发生器组成，所述套筒由制成一体的大端套筒和小端套筒组成，所述驱动装置装在输入装置外壳和大端套筒内，输入装置外壳和大端套筒之间的驱动装置上装有转接法兰盘，输入装置外壳、转接法兰盘和第一外壳三者固接，驱动装置的输出端与齿轮装置的输入端传动连接，齿轮装置的输出端与行星减速器的输入端传动连接，行星减速器的输出端与皇冠齿轮装置的输入端传动连接，行星减速器与驱动装置并行装在输入装置外壳内，皇冠齿轮装置的输出端及波发生器与空心传动轴装置传动连接，所述空心传动轴装置套在小端套筒上，套简装在第一外壳内，第一外壳与柔轮及中间连接法兰固接，中间连接法兰、调整垫片与第二外壳固接，柔轮装在空心传动轴装置上，刚轮装在柔轮上，大薄壁轴承内环支撑座和小薄壁轴承内环支撑座分别设置在刚轮的两侧且三者固接在一起，大薄壁轴承内环支撑座与第二外壳之间装有大薄壁轴承，小薄壁轴承内环支撑座与第二外壳之间装有小薄壁轴承，小薄壁轴承内环支撑座与输出法兰盘固接，小薄壁轴承内环支撑座与小端套筒之间装有隔离支撑环，第二外壳与输出法兰盘相配合端面上靠近外周边处由里至外设有一组环槽和一个第一限位块，输出法兰盘与第二外壳相配合端面上靠近外周边处由里至外设有一组环向槽和一个第二限位块，第二外壳上的一组环槽与输出法兰盘上的一组环向槽插接形成迷宫式密封结构，第二外壳上的第一限位块与输出法兰盘上的第二限位块紧密接触形成机械限位结构，所述电气装置固装在输出装置内，所述关节后端盖与大端套筒的外端面及第一外壳固接。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、单位质量输出力矩大、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所造成的导线磨损。三、-->空间机械臂模块化关节输出端安装了两个面对面的角接触球轴承(即空心传动轴轴承)，抗倾覆力矩能力强。四、第二外壳和输出法兰盘之间采用迷宫式密封结构和机械限位结构，结构简单、可靠性高，整个关节防尘能力强，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，又可以避免由于突然的掉电或者其它原因对关节造成的损害。五、本专利技术集成化程度高、可靠性高、位置输出精度高、整体抗弯刚度大、关节可维护性好，不仅能适应空间强辐射、高真空、大温差的环境的需要，而且还能完全适应地面环境中的需要。附图说明图1是本专利技术的关节整体结构立体图，图2是本专利技术的关节整体结构主视剖面图，图3是输入装置1的主视剖面图，图4是输出装置2的主视剖面图，图5是摩擦式反向制动器33的主视剖面图，图6是驱动装置4的主视剖面图，图7是输入装置外壳7的主视剖面图，图8是输入装置外壳7的立体图，图9是第一外壳15的主视剖面图，图10是第一外壳15的立体图，图11是第二外壳17的主视剖面图，图12是图11的左视图，图13是图11的右视图，图14是输出法兰盘18的主视剖面图，图15是图14的左视图，图16是图14的右视图，图17是位置传感器的立体结构图。具体实施方式具体实施方式一：结合图1～图17说明本实施方式，本实施方式由输入装置1、输出装置2和电气装置3组成；所述输入装置1由驱动装置4、齿轮装置5、行星减速器6、输入装置外壳7和转接法兰盘8组成；所述输出装置2包括皇冠齿轮装置90、空心传动轴装置9、谐波减速器10、大薄壁轴承11、小薄壁轴承12、大薄壁轴承内环支撑座13、小薄壁轴承内环支撑座14、第一外壳15、中间连接法兰16、第二外壳17、输出法兰盘18、关节后端盖19、套筒20、隔离支撑环21和调整垫片22；所述谐波减速器10由柔轮23、刚轮24和波发生器25组成，所述套筒20由制成一体的大端套筒26和小端套筒27组成，所述驱动装置4装在输入装置外壳7和大端套筒26内，输入装置外壳7和大端套筒26之间的驱动装置4上装有转接法兰盘8，输入装置外壳7、转接法兰盘8和第一外壳15的三者固接，驱动装置4的输出端与齿轮装置5的-->输入端传动连接，齿轮装置5的输出端与行星减速器6的输入端传动连接，行星减速器6的输出端与皇冠齿轮装置90的输入端传动连接，行星减速器6与驱动装置4并行装在输入装置外壳7内，皇冠齿轮装置90的输出端及波发生器25与空心传动轴装置9传动连接，所述空心传动轴装置9套在小端套筒27上，套筒20装在第一外壳15内，第一外壳15与柔轮23及中间连接法兰16固接，中间连接法兰16、调整垫片22与第二外壳17固接，柔轮23装在空心传动轴装置9上，刚轮24装在柔轮23上，大薄壁轴承内环支撑座13和小薄壁轴承内环支撑座14分别设置在刚轮24的两侧且三者固接在一起，大薄壁轴承内环支撑座13与第二外壳17之间装有大薄壁轴承11，小薄壁轴承内环支撑座14与第二外壳17之间装有小薄壁轴承12，小薄壁轴承内环支撑座14与输出法兰盘18固接，小薄壁轴承内环支撑座14与小端套筒27之间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空间机械臂模块化关节，它由输入装置（１）、输出装置（２）和电气装置（３）组成；其特征在于所述输入装置（１）由驱动装置（４）、齿轮装置（５）、行星减速器（６）、输入装置外壳（７）和转接法兰盘（８）组成；所述输出装置（２）包括皇冠齿轮装置（９０）、空心传动轴装置（９）、谐波减速器（１０）、大薄壁轴承（１１）、小薄壁轴承（１２）、大薄壁轴承内环支撑座（１３）、小薄壁轴承内环支撑座（１４）、第一外壳（１５）、中间连接法兰（１６）、第二外壳（１７）、输出法兰盘（１８）、关节后端盖（１９）、套筒（２０）、隔离支撑环（２１）和调整垫片（２２）；所述谐波减速器（１０）由柔轮（２３）、刚轮（２４）和波发生器（２５）组成，所述套筒（２０）由制成一体的大端套筒（２６）和小端套筒（２７）组成，所述驱动装置（４）装在输入装置外壳（７）和大端套筒（２６）内，输入装置外壳（７）和大端套筒（２６）之间的驱动装置（４）上装有转接法兰盘（８），输入装置外壳（７）、转接法兰盘（８）和第一外壳（１５）三者固接，驱动装置（４）的输出端与齿轮装置（５）的输入端传动连接，齿轮装置（５）的输出端与行星减速器（６）的输入端传动连接，行星减速器（６）的输出端与皇冠齿轮装置（９０）的输入端传动连接，行星减速器（６）与驱动装置（４）并行装在输入装置外壳（７）内，皇冠齿轮装置（９０）的输出端及波发生器（２５）与空心传动轴装置（９）传动连接，所述空心传动轴装置（９）套在小端套筒（２７）上，套筒（２０）装在第一外壳（１５）内，第一外壳（１５）与柔轮（２３）及中间连接法兰（１６）固接，中间连接法兰（１６）、调整垫片（２２）与第二外壳（１７）固接，柔轮（２３）装在空心传动轴装置（９）上，刚轮（２４）装在柔轮（２３）上，大薄壁轴承内环支撑座（１３）和小薄壁轴承内环支撑座（１４）分别设置在刚轮（２４）的两侧且三者固接在一起，大薄壁轴承内环支撑座（１３）与第二外壳（１７）之间装有大薄壁轴承（１１），小薄壁轴承内环支撑座（１４）与第二外壳（１７）之间装有小薄壁轴承（１２），小薄壁轴承内环支撑座（１４）与输出法兰盘（１８）固接，小薄壁轴承内环支撑座（１４）与小端套筒（２７）之间装有隔离支撑环（２１），第二外壳（１７）与输出法兰盘（１８）相配合端面上靠近外周边处由里至外设有一组环槽（２８）和一个第一限位块（２９），输出法兰盘（１８）与第二外壳（１７）相配合端面上靠近外周边处由里至外设...

【技术特征摘要】
1.一种空间机械臂模块化关节，它由输入装置(1)、输出装置(2)和电气装置(3)组成；其特征在于所述输入装置(1)由驱动装置(4)、齿轮装置(5)、行星减速器(6)、输入装置外壳(7)和转接法兰盘(8)组成；所述输出装置(2)包括皇冠齿轮装置(90)、空心传动轴装置(9)、谐波减速器(10)、大薄壁轴承(11)、小薄壁轴承(12)、大薄壁轴承内环支撑座(13)、小薄壁轴承内环支撑座(14)、第一外壳(15)、中间连接法兰(16)、第二外壳(17)、输出法兰盘(18)、关节后端盖(19)、套筒(20)、隔离支撑环(21)和调整垫片(22)；所述谐波减速器(10)由柔轮(23)、刚轮(24)和波发生器(25)组成，所述套筒(20)由制成一体的大端套筒(26)和小端套筒(27)组成，所述驱动装置(4)装在输入装置外壳(7)和大端套筒(26)内，输入装置外壳(7)和大端套筒(26)之间的驱动装置(4)上装有转接法兰盘(8)，输入装置外壳(7)、转接法兰盘(8)和第一外壳(15)三者固接，驱动装置(4)的输出端与齿轮装置(5)的输入端传动连接，齿轮装置(5)的输出端与行星减速器(6)的输入端传动连接，行星减速器(6)的输出端与皇冠齿轮装置(90)的输入端传动连接，行星减速器(6)与驱动装置(4)并行装在输入装置外壳(7)内，皇冠齿轮装置(90)的输出端及波发生器(25)与空心传动轴装置(9)传动连接，所述空心传动轴装置(9)套在小端套筒(27)上，套筒(20)装在第一外壳(15)内，第一外壳(15)与柔轮(23)及中间连接法兰(16)固接，中间连接法兰(16)、调整垫片(22)与第二外壳(17)固接，柔轮(23)装在空心传动轴装置(9)上，刚轮(24)装在柔轮(23)上，大薄壁轴承内环支撑座(13)和小薄壁轴承内环支撑座(14)分别设置在刚轮(24)的两侧且三者固接在一起，大薄壁轴承内环支撑座(13)与第二外壳(17)之间装有大薄壁轴承(11)，小薄壁轴承内环支撑座(14)与第二外壳(17)之间装有小薄壁轴承(12)，小薄壁轴承内环支撑座(14)与输出法兰盘(18)固接，小薄壁轴承内环支撑座(14)与小端套筒(27)之间装有隔离支撑环(21)，第二外壳(17)与输出法兰盘(18)相配合端面上靠近外周边处由里至外设有一组环槽(28)和一个第一限位块(29)，输出法兰盘(18)与第二外壳(17)相配合端面上靠近外周边处由里至外设有一组环向槽(30)和一个第二限位块(31)，第二外壳(17)上的一组环槽(28)与输出法兰盘(18)上的一组环向槽(30)插接形成迷宫式密封结构，第二外壳(17)上的第一限位块(29)与输出法兰盘(18)上的第二限位块(31)紧密接触形成机械限位结构，所述电气装置(3)固装在输出装置(2)内，所述关节后端盖(19)与大端套筒(26)的外端面及第一外壳(15)固接。2.根据权利要求1所述的空间机械臂模块化关节，其特征在于所述驱动装置(4)由直流无刷电机(32)、摩擦式反向制动器(33)、电机套筒(34)和电机套筒盖(35)组成；所述直流无刷电机(32)的输出端与摩擦式反向制动器(33)的输入端传动连接，摩擦式反向制动器(33)的输出端与齿轮装置(5)的输入端传动连接，直流无刷电机(32)和摩擦式反向制动器(33)装在电机套筒(34)内，电机套筒(34)的后端与电机套筒盖(35)螺纹连接。3.根据权利要求2所述的空间机械臂模块化关节，其特征在于所述摩擦式反向制动器(33)由轴承垫板(36)、销轴(37)、轴承(38)、销轴板(39)、摩擦片一(40)、摩擦片二(41)、输出齿轮(42)、输出齿轮套(43)、输出齿轮套轴承(44)、制动器第一外壳(45)、制动器第二外壳(46)和制动器第三外壳(47)组成；所述制动器第一外壳(45)、制动器第二外壳(46)和制动器第三外壳(47)依次串接装在电机套筒(34)内，轴承垫板(36)装在制动器第一外壳(45)内，销轴板(39)装在制动器第二外壳(46)和制动器第三外壳(47)之间，轴承垫板(36)和销轴板(39)上对应位置处沿圆周方向均布设有三个销轴孔(48)，轴承垫板(36)和销轴板(39)通过装在三个销轴孔(48)内的三个销轴(37)连接，每个销轴(37)上装有一个轴承(38)，所述轴承(38)装在制动器第二外壳(46)内且位于轴承垫板(36)和销轴板(39)之间，制动器第一外壳(45)设置在直流无刷电机(32)和制动器第二外壳(46)之间，轴承(38)的外环通过制动器第一外壳(45)的外凸台端面轴向定位，销轴板(39)上设有两个凸起的立柱(49)，销轴板(39)的两个凸起的立柱(49)与叠加放置在一起的摩擦片一(40)和摩擦片二(41)上的插槽(50)插接，摩擦片一(40)和摩擦片二(4 1)装在制动器第三外壳(47)内的输出齿轮(42)上且与输出齿轮(42)啮合，输出齿轮套(43)装在输出齿轮(42)上，输出齿轮...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宏，孙奎，谢宗武，李德伦，熊根良，
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]