一種大力矩的空間機械臂模塊化關節的製作方法

2023-10-04 18:57:34 4

本發明涉及機器人技術領域，特別是一種大力矩的空間機械臂模塊化關節。

背景技術：

目前，隨著我國空間技術的發展，在軌空間任務越來越重，需要利用空間機器人進行一些如空間站的搭建和維護、衛星的釋放、維修和回收等工作，這些操作都離不開空間機械臂。模塊化關節是空間機械臂的重要組成部分，模塊化關節的性能決定了整個機械臂的各項主要性能。但現有的空間機械臂關節一般將驅動裝置、傳動裝置、控制裝置都集成在一體成型的殼體內部，並通過伸出殼體的輸出軸來連接其他部件，這就造成關節體積大、集成度較低、靈活度低並且可維護性較差的問題。

技術實現要素：

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的上述技術問題之一。為此，本發明提出一種殼體分體式的體積小巧、集成度高、靈活度高的可重構的空間機械臂模塊化關節。

本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：

一種大力矩的空間機械臂模塊化關節，包括殼體，和設置在殼體內的電機、通過傳動機構與電機連接的輸出軸、制動器及控制機構，所述傳動機構包括與電機的轉子連接的轉軸，及連接於轉軸一端的諧波減速機，轉軸的另一端連接所述制動器，所述諧波減速機包括剛輪、柔輪及波發生器，所述殼體包括動塊和靜塊，所述諧波減速機和制動器分別設置在動塊和靜塊內，柔輪、輸出軸、動塊依次剛性連接作為輸出部件，靜塊、定子套筒、剛輪固定座、剛輪依次剛性連接，所述定子套筒固定套接在電機的定子外，所述剛輪固定座套設在轉軸外並與剛輪固定連接。

作為上述技術方案的改進，所述動塊的外壁上設置有與轉軸相垂直的用以與另一模塊化關節相連接的連接座。

作為上述技術方案的進一步改進，還包括穿插設置在制動器、轉軸內部延伸至輸出軸的中空的走線套筒。

進一步，所述動塊與靜塊之間設有一個交叉滾子軸承，所述交叉滾子軸承的外圈抵接動塊，內圈抵接靜塊。

進一步，所述轉軸外側套裝有用以轉軸周向定位的第一軸承和第二軸承，所述第一軸承的外圈抵接靜塊，內圈抵接轉軸，所述第二軸承的外圈抵接定子套筒，內圈抵接轉軸。

進一步，所述諧波減速機的剛輪、柔輪、波發生器採用分體式結構。

進一步，所述控制機構採用伺服控制器，所述伺服控制器集成在關節內部，利用WIFI進行無線信號傳輸。

進一步，所述伺服控制器包括用於電流環控制的霍爾傳感器，用於速度環控制的增量式編碼器，用於位置環控制的絕對值編碼器，用於力矩環控制的電流傳感器。

進一步，所述制動器採用電磁通電型制動器，所述電磁通電型制動器包括制動部分和與制動部分相對的銜鐵，所述銜鐵與轉軸剛性連接。

進一步，所述電機採用框架式永磁同步電機。

本發明的有益效果是：本發明通過將殼體分割成靜塊、動塊兩個部件，採用電機帶動轉軸轉動進而通過諧波減速機帶動動塊轉動，從而輸出轉矩的方式，不需將輸出軸伸出殼體外，可減小關節的橫向尺寸，精簡了結構，增大了關節內部的集成度，減小了體積，並且其靈活度更高，可維護性更強。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

圖1是本發明實施例的剖視圖；

圖2是本發明實施例的靜塊及其內部各部件的剖視圖；

圖3是本發明實施例的動塊及其內部各部件的剖視圖。

具體實施方式

參照圖1至圖3，本發明的一種大力矩的空間機械臂模塊化關節，包括殼體1，和設置在殼體1內的電機2、通過傳動機構3與電機2連接的輸出軸4、制動器5及控制機構，所述傳動機構3包括與電機2的轉子21連接的轉軸31，及連接於轉軸31一端的諧波減速機32，轉軸31的另一端連接所述制動器5，所述諧波減速機32包括剛輪32-1、柔輪32-2及波發生器32-3，所述殼體1包括動塊11和靜塊12，所述諧波減速機32和制動器5分別設置在動塊11和靜塊12內，柔輪32-2、輸出軸4、動塊11依次剛性連接作為輸出部件，靜塊12、定子套筒6、剛輪固定座7、剛輪32-1依次剛性連接，所述定子套筒6固定套接在電機的定子22外，所述剛輪固定座7套設在轉軸31外並與剛輪32-1固定連接，將殼體1分割成靜塊12、動塊11兩個部件，採用電機2帶動轉軸31轉動，通過諧波減速機32帶動動塊11轉動，從而輸出轉矩的方式，可減小關節的橫向尺寸，精簡了結構，增大了關節內部的集成度，減小了體積。

進一步的，所述動塊11的外壁上設置有與轉軸31相垂直的用以與另一模塊化關節相連接的連接座11-1，便於與其它的關節實現連接、重構。

進一步的，還包括穿插設置在制動器5、轉軸31內部延伸至輸出軸4的中空的走線套筒8，部件之間的走向均通過走線套筒8來繞接，走線整齊、規範，便於管理。

進一步的，所述動塊11與靜塊12之間設有一個交叉滾子軸承9，所述交叉滾子軸承9的外圈抵接動塊11，內圈抵接靜塊12，用於承擔關節的主要彎矩，保證傳動的精度，交叉滾子軸承9具有出色的旋轉精度，操作安裝簡化，能承受較大的載荷並可大幅節省安裝空間。

進一步的，所述轉軸31外側套裝有用以轉軸31周向定位的第一軸承33和第二軸承34，所述第一軸承33的外圈抵接靜塊12，內圈抵接轉軸31，所述第二軸承34的外圈抵接定子套筒6，內圈抵接轉軸31。

進一步的，所述諧波減速機32的剛輪32-1、柔輪32-2、波發生器32-3採用分體式結構，可減小關節的橫向尺寸，進一步減小體積。

進一步的，所述控制機構採用伺服控制器，所述伺服控制器集成在關節內部，利用WIFI進行無線信號傳輸，使關節具備無線通信功能。

進一步的，所述伺服控制器包括用於電流環控制的霍爾傳感器，用於速度環控制的增量式編碼器，用於位置環控制的絕對值編碼器，用於力矩環控制的電流傳感器，提高了關節的智能程度，增加了其精度，使其具有更好的環境適應性。

進一步的，所述制動器5採用電磁通電型制動器，所述電磁通電型制動器包括制動部分和與制動部分相對的銜鐵，所述銜鐵與轉軸31剛性連接，電磁通電型制動器具有相應速度快，結構簡單等優點，可避免失效導致關節無法使用。

進一步的，所述電機2採用框架式永磁同步電機，具有功率效率高、力矩大、結構簡單、體積小、噪聲小等優點。

本發明的可重構的空間機械臂模塊化關節利用電機2帶動轉軸31的轉動進而通過諧波減速機32帶動動塊11的轉動，從而輸出轉矩，不需將輸出軸4設置出殼體外，可減小關節的橫向尺寸，精簡了結構，增大了關節內部的集成度，減小了體積，並且其靈活度更高，可維護性更強。

以上具體結構和尺寸數據是對本發明的較佳實施例進行了具體說明，但本發明創造並不限於所述實施例，熟悉本領域的技術人員在不違背本發明精神的前提下還可做出種種的等同變形或替換，這些等同的變形或替換均包含在本申請權利要求所限定的範圍內。