關鍵組件在軌可更換的空間機器人關節的製作方法

2023-10-07 16:35:54

專利名稱：關鍵組件在軌可更換的空間機器人關節的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種空間機器人關節，具體涉及一種關鍵組件在軌可更換的空間機器 人關節，屬於機器人技術領域。
背景技術：
目前空間機器人包括德國宇航中心研製了六自由度空間機械臂ROTEX遙操作實 驗和雙關節機器人R0KVIS，用於驗證DLR的輕型空間機器人關節技術。加拿大為國際空間 站研製的遙操作臂系統SSRMS，該臂主要用來組裝和維護國際空間站，並協助太空人進行 艙外活動，該臂的末端還裝有可進行空間操作的特殊用途靈巧操作器SPDM，類似功能的還 有歐洲空間局的ERA以及日本的JEMRMS。日本國家空間局NASDA還研製了應用於衛星的 ETS-VII空間機械臂。美國的空氣推進實驗室火星漫遊車上的機械臂和歐洲空間局獵兔犬 上的機械臂也是空間機械臂研製的另一個重要方向。空間機械臂造價昂貴，並且會在將來承擔更多更重要的在軌執行任務。某些情況 下還會需要長期甚至永久的在太空工作。關鍵組件只有在軌更換，才能保證整個機械臂的 可靠性以及高壽命。作為關節來說，其關鍵組件包括關節驅動組件、關節傳動組件、關節電 路板組件，甚至某塊電路板、這些組件各自的可靠性及壽命都不盡相同，如果保證關節可在 軌更換的同時，又實現各組件的在軌更換，將最大程度上降低維護成本及提高機械臂壽命。 目前的空間機器人並沒有所有功能組件都可快換的關節，這將是未來空間機器人關節發展 的趨勢。

發明內容
本發明的目的是為了解決現有的空間機器人關節無法實現在軌更換關鍵組件的 問題，進而提供一種關鍵組件在軌可更換的空間機器人關節。本發明的技術方案是關鍵組件在軌可更換的空間機器人關節包括關節驅動組 件、關節傳動組件、快換連接部件和兩個關節電氣組件；所述關節驅動組件包括電機轉子、 電機定子、電機殼體、制動器殼體、電磁線圈、制動器蓋、軸向制動盤、轉動制動盤、第一軸 承、軸套、調整套筒、軸承擋圈、第一測角元件、卡圈、傳動軸、第二軸承、軸承壓蓋、鎖緊螺 母、電機鍵、第一連接鍵、測角元件鍵、多個彈簧導杆、多個制動彈簧和多個緊固螺母；所述傳動軸上由左到右套裝有電機殼體和制動器殼體，傳動軸與電機殼體之間設 有第二軸承，所述電機殼體上固定安裝有軸承壓蓋，軸承壓蓋用於封裝第二軸承，所述電機 轉子設置在電機殼體內，且電機轉子通過電機鍵固定安裝在傳動軸上，所述電機定子設置 在電機殼體內，且電機定子套裝在電機轉子的外部，傳動軸與制動器殼體之間設有第一軸 承，所述軸套套裝在傳動軸上，所述軸承擋圈固定安裝在制動器殼體的內壁上，軸套連同軸 承擋圈用於限定第一軸承的軸向位置，所述電磁線圈設置在制動器殼體內，所述調整套筒 套裝在傳動軸上，且調整套筒位於軸承擋圈的內部，轉動制動盤通過第一連接鍵固定安裝 在傳動軸上，且轉動制動盤位於調整套筒的右端，轉動制動盤通過鎖緊螺母和連接件固定安裝在傳動軸上，所述轉動制動盤與制動器殼體之間設置有軸向制動盤，所述軸向制動盤 通過多個彈簧導杆和緊固螺母與制動器殼體連接，每個彈簧導杆上均套裝有一個制動彈 簧，且制動彈簧位於制動器殼體與軸向制動盤之間，所述制動器殼體的右端面上蓋裝有制 動器蓋，第一測角元件設置在制動器殼體與傳動軸之間，且第一測角元件通過測角元件鍵 與傳動軸固定連接，第一測角元件通過卡圈與制動器殼體固定連接，所述電機殼體的外圓 上加工有第一外花鍵，傳動軸的左端外壁上加工有第二外花鍵；所述關節傳動組件包括關節外殼、力矩傳感器、連接件、軸承端蓋、諧波減速器、關 節驅動組件安裝套筒、軸承壓圈、軸系壓緊螺母、關節前蓋、驅動單元壓緊螺母、測角元件壓 環、關節內殼、空心軸、第四軸承、軸承蓋、關節後蓋、第二測角元件、機械限位塊、第二連接 鍵、多個快換接頭緊固銷部件、多個銷孔座、多個緊固銷及兩組第三軸承；所述關節內殼設置在關節外殼內，關節內殼與關節外殼之間安裝有兩組第三軸 承，空心軸設置在關節內殼內，且空心軸與關節內殼以及關節外殼同軸線設置，關節內殼的 左端面上固定安裝有軸承端蓋，軸承端蓋用於限定左端的一組第三軸承的軸向位置，關節 內殼的右端螺紋連接有軸承壓緊螺母，關節外殼的右端固定連接有軸承壓圈，軸承壓圈協 同軸承壓緊螺母用於限定右端一組第三軸承的軸向位置，機械限位塊固定安裝在關節內殼 上，機械限位塊協同軸承壓圈用於限定關節內殼與關節外殼的周向迴轉位置，所述關節內 殼的右端面上固定安裝有關節前蓋，關節後蓋固定安裝在關節外殼的左端面上，所述諧波 減速器安裝在關節內殼內，諧波減速器上加工有第二內花鍵，所述第二測角元件通過其轉 子固定安裝在空心軸上，力矩傳感器固定安裝在關節外殼的左臺肩端面上，力矩傳感器與 空心軸之間安裝有第四軸承，第四軸承通過軸承壓蓋限定其在空心軸上的軸向位置，連接 件設置在第二測角元件的外部，連接件固定安裝在力矩傳感器上，測角元件壓環固定安裝 在連接件上，用於限定第二測角元件的定子的軸向位置，所述關節內殼的內壁上加工有第 一內花鍵，所述關節內殼的內壁上設置有套筒，驅動單元壓緊螺母與套筒的右端面相抵，驅 動單元壓緊螺母與關節內殼的內壁螺紋連接，所述關節外殼上設有電氣組件卡槽，兩個關 節電路板組件分布在關節外殼的外圓周上，每個關節電路板組件通過緊固銷固定安裝在電 氣組件卡槽內；所述快換連接部件包括快換下接頭電氣接口連接板組件、快換下接頭連接法蘭 盤、三個連接導引塊、三個第一緊固螺釘和多個第二緊固螺釘，三個連接引導塊環形陣列在 快換下接頭連接法蘭盤的外圈上，每個連接導引塊通過一個第一緊固螺釘與快換下接頭連 接法蘭盤連接，快換下接頭電氣接口連接板組件通過多個第二緊固螺釘緊固在連接法蘭盤 的第一單層凸緣上；所述關節電路板組件包括電路板上蓋、隔板、第一母板、第一連接器、電路板後蓋、 第二母板、電路板前蓋、電路板下蓋、兩個電路板側蓋板、多個第二連接器、多個壓緊螺栓 組、多個電路板、多個電路板散熱鋁板和多個電氣插頭；所述電路板上蓋、電路板下蓋、兩個 電路板側蓋板、電路板前蓋及隔板圍合形成殼體，第一母板安裝於隔板內表面上，多個電路 板由上至下布置在殼體內，每個電路板的後端通過第一連接器與第一母板固定連接，電路 板的左右兩端安裝在相應的電路板側蓋板上，每個電路板上均通過壓緊螺栓組與電路板散 熱鋁板連接，第二母板固定安裝在電路板後蓋的內表面上，第一母板與第二母板通過多個 第二連接器連接，多個電氣插頭穿過電路板後蓋焊裝在第二母板上，電路板後蓋固定連接在殼體的後側；關節驅動組件置於關節內殼的內部，諧波減速器上的第二內花鍵與傳動軸上的第 二外花鍵嚙合，關節內殼上的第一內花鍵與電機殼體上的第一外花鍵嚙合，空心軸通過第 二連接鍵與制動器蓋連接；快換連接部件置於關節傳動組件的下方，關節外殼的下端面上設有雙層下凸緣， 連接法蘭盤的第一單層凸緣插裝在雙層下凸緣內，關節外殼的雙層下凸緣的內圓周面上設 置有多個銷孔座，每個快換接頭緊固銷部件穿過雙層下凸緣及連接法蘭盤的第一單層凸緣 與銷孔座連接，關節外殼的雙層下凸緣加工有三個導向槽，連接導引塊插裝在導向槽內。本發明與現有技術相比具有以下效果一、本發明的驅動組件可以輕易的傳動組 件在軌拆卸；二、本發明的傳動組件裝有快換連接部件，可以保證關節層面的快換；三、本 發明的關節電路板組件也設計有機械電氣的快換接口，方便在軌更換；四、關節電路板組件 中的電路板也可以輕易的從該組件中拆卸。


圖1是關鍵組件在軌可更換的空間機器人關節的三維立體圖，圖2是關鍵組件在 軌可更換的空間機器人關節的主剖視圖，圖3是本發明的關節驅動組件1的主剖視圖，圖4 本發明的關節傳動組件2的主剖視圖，圖5是本發明的關節傳動組件2的局部向視圖，圖6 是圖5的I處放大圖，圖7是本發明的快換連接部件3的主視圖，圖8是圖7的A-A剖視 圖，圖9是關節傳動組件2與快換連接部件3連接關係局部放大圖，圖10是關節傳動組件 2與快換連接部件3的位置關係的分解圖，圖11是圖10的II處放大圖，圖12是圖10的 III處放大圖，圖13是本發明的快換接頭緊固銷部件2-15的四分之一剖視三維立體圖，圖 14是本發明的快換接頭緊固銷部件2-15主剖視圖，圖15是本發明的關節電氣組件4的三 維立體圖，圖16是本發明的關節電氣組件4的側剖視圖，圖17是本發明的關節電氣組件4 的主剖視圖，圖18是本發明的關節電氣組件4的俯視剖視圖，圖19是本發明的銷孔座2-16 和快換接頭緊固銷部件2-15在關節外殼2-1的雙層下凸緣2-1-1上的布置圖，圖20是本 發明的軸向制動盤1-7、轉動制動盤1-8、彈簧導杆1-24、制動彈簧1-25和緊固螺母1_27的 連接關係圖，圖21是圖2的IV局部放大圖。
具體實施例方式具體實施方式
一結合圖1-圖12和圖15-圖21說明本實施方式，本實施方式的 關鍵組件在軌可更換的空間機器人關節包括關節驅動組件1、關節傳動組件2、快換連接部 件3和兩個關節電氣組件4 ；所述關節驅動組件1包括電機轉子1-1、電機定子1-2、電機殼 體1-3、制動器殼體1-4、電磁線圈1-5、制動器蓋1-6、軸向制動盤1-7、轉動制動盤1_8、第 一軸承1-9、軸套1-11、調整套筒1-12、軸承擋圈1-13、第一測角元件1_15、卡圈1_17、傳動 軸1-20、第二軸承1-21、軸承壓蓋1-22、鎖緊螺母1-14、電機鍵1_19、第一連接鍵1_10、測 角元件鍵1-18、多個彈簧導杆1-24、多個制動彈簧1-25和多個緊固螺母1_27 ；所述傳動軸1-20上由左到右套裝有電機殼體1-3和制動器殼體1-4，傳動軸1_20 與電機殼體1-3之間設有第二軸承1-21，所述電機殼體1-3上固定安裝有軸承壓蓋1-22， 軸承壓蓋1-22用於封裝第二軸承1-21，所述電機轉子1-1設置在電機殼體1-3內，且電機轉子1-1通過電機鍵1-19固定安裝在傳動軸1-20上，所述電機定子1-2設置在電機殼體 1-3內，且電機定子1-2套裝在電機轉子1-1的外部，傳動軸1-20與制動器殼體1-4之間 設有第一軸承1-9，所述軸套1-11套裝在傳動軸1-20上，所述軸承擋圈1-13固定安裝在 制動器殼體1-4的內壁上，軸套1-11連同軸承擋圈1-13用於限定第一軸承1-9的軸向位 置，所述電磁線圈1-5設置在制動器殼體1-4內，所述調整套筒1-12套裝在傳動軸1-20上， 且調整套筒1-12位於軸承擋圈1-13的內部，轉動制動盤1-8通過第一連接鍵1-10固定安 裝在傳動軸1-20上，且轉動制動盤1-8位於調整套筒1-12的右端，轉動制動盤1-8通過鎖 緊螺母1-14和連接件1-10固定安裝在傳動軸1-20上，所述轉動制動盤1-8與制動器殼體 1-4之間設置有軸向制動盤1-7，所述軸向制動盤1-7通過多個彈簧導杆I-M和緊固螺母 1-27與制動器殼體1-4連接，每個彈簧導杆I-M上均套裝有一個制動彈簧1-25，且制動彈 簧1-25位於制動器殼體1-4與軸向制動盤1-7之間，所述制動器殼體1-4的右端面上蓋裝 有制動器蓋1-6，第一測角元件1-15設置在制動器殼體1-4與傳動軸1-20之間，且第一測 角元件1-15通過測角元件鍵1-18與傳動軸1-20固定連接，第一測角元件1-15通過卡圈
1-17與制動器殼體1-4固定連接，所述電機殼體1-3的外圓上加工有第一外花鍵1-16，傳 動軸1-20的左端外壁上加工有第二外花鍵1-23 ；所述關節傳動組件2包括關節外殼2-1、力矩傳感器2-2、連接件2_3、軸承端蓋
2-4、諧波減速器2-8、關節驅動組件安裝套筒2-9、軸承壓圈2-11、軸系壓緊螺母2-12、關節 前蓋2-13、驅動單元壓緊螺母2-14、測角元件壓環2-18、關節內殼2_19、空心軸2_20、第四 軸承2-21、軸承蓋2-22、關節後蓋2-23、第二測角元件2- 、機械限位塊2_25、第二連接鍵 2-29、多個快換接頭緊固銷部件2-15、多個銷孔座2-16、多個緊固銷2_27及兩組第三軸承 2-5 ；所述關節內殼2-19設置在關節外殼2-1內，關節內殼2-19與關節外殼2_1之間 安裝有兩組第三軸承2-5，空心軸2-20設置在關節內殼2-19內，且空心軸2_20與關節內殼 2-19以及關節外殼2-1同軸線設置，關節內殼2-19的左端面上固定安裝有軸承端蓋2-4， 軸承端蓋2-4用於限定左端的一組第三軸承2-5的軸向位置，關節內殼2-19的右端螺紋連 接有軸承壓緊螺母2-12，關節外殼2-1的右端固定連接有軸承壓圈2-11，軸承壓圈2-11協 同軸承壓緊螺母2-12用於限定右端一組第三軸承2-5的軸向位置，機械限位塊2-25固定 安裝在關節內殼2-19上，機械限位塊2-25協同軸承壓圈2-11用於限定關節內殼2_19與 關節外殼2-1的周向迴轉位置，所述關節內殼2-19的右端面上固定安裝有關節前蓋2-13， 關節後蓋2-23固定安裝在關節外殼2-1的左端面上，所述諧波減速器2-8安裝在關節內殼 2-19內，諧波減速器2-8上加工有第二內花鍵2-10，所述第二測角元件2-M通過其轉子 2-24-1固定安裝在空心軸2-20上，力矩傳感器2-2固定安裝在關節外殼2_1的左臺肩端面 上，力矩傳感器2-2與空心軸2-20之間安裝有第四軸承2-21，第四軸承2_21通過軸承壓蓋 2-22限定其在空心軸2-20上的軸向位置，連接件2-3設置在第二測角元件2- 的外部，連 接件2-3固定安裝在力矩傳感器2-2上，測角元件壓環2-18固定安裝在連接件2-3上，用 於限定第二測角元件2-M的定子2-M-2的軸向位置，所述關節內殼2-19的內壁上加工有 第一內花鍵2- ，所述關節內殼2-19的內壁上設置有套筒2-9，驅動單元壓緊螺母2-14與 套筒2-9的右端面相抵，驅動單元壓緊螺母2-14與關節內殼2-19的內壁螺紋連接，所述關 節外殼2-1上設有電氣組件卡槽216，兩個關節電路板組件4分布在關節外殼2-1的外圓周上，每個關節電路板組件4通過緊固銷2-27固定安裝在電氣組件卡槽216內；所述快換連接部件3包括快換下接頭電氣接口連接板組件3-1、快換下接頭連接 法蘭盤3-5、三個連接導引塊3-2、三個第一緊固螺釘3-3和多個第二緊固螺釘3-4，三個連 接引導塊3-2環形陣列在快換下接頭連接法蘭盤3-5的外圈上，每個連接導引塊3-2通過 一個第一緊固螺釘3-3與快換下接頭連接法蘭盤3-5連接，快換下接頭電氣接口連接板組 件3-1通過多個第二緊固螺釘3-4緊固在連接法蘭盤3-5的第一單層凸緣3-5-1上；所述關節電路板組件4包括電路板上蓋4-1、隔板4-2、第一母板4_3、第一連接器 4-4、電路板後蓋4-9、第二母板4-10、電路板前蓋4-11、電路板下蓋4_14、兩個電路板側蓋 板4-15、多個第二連接器4-12、多個壓緊螺栓組4-6、多個電路板4-7、多個電路板散熱鋁 板4-8和多個電氣插頭4-17 ；所述電路板上蓋4-1、電路板下蓋4-14、兩個電路板側蓋板 4-15、電路板前蓋4-11及隔板4-2圍合形成殼體，第一母板4-3安裝於隔板4_2內表面上， 多個電路板4-7由上至下布置在殼體內，每個電路板4-7的後端通過第一連接器4-4與第 一母板4-3固定連接，電路板4-7的左右兩端安裝在相應的電路板側蓋板4-15上，每個電 路板4-7上均通過壓緊螺栓組4-6與電路板散熱鋁板4-8連接，第二母板4-10固定安裝在 電路板後蓋4-9的內表面上，第一母板4-3與第二母板4-10通過多個第二連接器4-12連 接，多個電氣插頭4-17穿過電路板後蓋4-9焊裝在第二母板4-10上，電路板後蓋4-9固定 連接在殼體的後側；關節驅動組件1置於關節內殼2-19的內部，諧波減速器2-8上的第二內花鍵2-10 與傳動軸1-20上的第二外花鍵1-23嚙合，關節內殼2-19上的第一內花鍵2- 與電機殼體 1-3上的第一外花鍵1-16嚙合，空心軸2-20通過第二連接鍵2- 與制動器蓋1_6連接；快換連接部件3置於關節傳動組件2的下方，關節外殼2-1的下端面上設有雙層 下凸緣2-1-1，連接法蘭盤3-5的第一單層凸緣3-5-1插裝在雙層下凸緣2-1-1內，關節外 殼2-1的雙層下凸緣2-1-1的內圓周面上設置有多個銷孔座2-16，每個快換接頭緊固銷部 件2-15穿過雙層下凸緣2-1-1及連接法蘭盤3-5的第一單層凸緣3-5-1與銷孔座2_16連 接，關節外殼2-1的雙層下凸緣2-1-1加工有三個導向槽，連接導引塊3-2插裝在導向槽 內。本實施方式的關節內殼2-19的右端面上設置有第二單層凸緣2-19-1，所述關節 內殼2-19上的第二單層凸緣2-19-1與連接法蘭盤3-5的第一單層凸緣3_5_1具有相同的 結構尺寸，用於實現關節的串聯。本實施方式的傳動軸1-20上部件的間隙由軸套1-11與調整套筒1-12調節。在 關節驅動部件1中第一測角元件1-15用於檢測傳動軸的輸出角度。本實施方式的諧波減速器2-8上的第二內花鍵2-10與傳動軸1_20上的第二外花 鍵1-23嚙合，實現了關節驅動組件與關節傳動組件的動力連接，將電機的運動通過花鍵傳 遞到外部；關節內殼2-19上的第一內花鍵2- 與電機殼體1-3上的第一外花鍵1-16齧 合，實現關節驅動組件的周向定位。本實施方式的驅動單元壓緊螺母2-14將關節驅動組件1壓緊，實現了關節驅動組 件的安裝與緊固，使得關節驅動組件1實現了快速更換，並且可靠連接。本實施方式的三個連接導引塊3-2用於導引及定向，防止出現安裝錯誤。連接法 蘭盤3-5的第一單層凸緣3-5-1插入關節外殼2-1的雙層下凸緣2-1-1中，實現定位，便於兩接頭快速準確的實現對接。本實施方式的電路板散熱鋁板4-8不僅實現了電路板的散熱功能，而且電路板散 熱鋁板4-8通過壓緊螺栓組4-6與電路板4-7連接，提高了電路板4-7的強度與剛度，並且 方便了電路板4-7與第一母板4-3的安裝。本實施方式的電路板4-7和電路板散熱鋁板4-8的左右兩端通過壓緊條4_16實 現了固定，這樣省去了使用螺栓連接的空間，並且達到了快速更換的目的。本實施方式的第二母板4-10與電路板後蓋4-9構成一個組件，該組件既能作為關 節電路板組件4的蓋子，又能提供與外界的接口。本實施方式的電氣插座4-17安裝在電路板後蓋4-9上，不僅方便了與外界的交 互，而且電氣插座4-17對第二母板4-10的作用力可以通過電路板後蓋4-9作用於整個關 節電路板組件的外殼上，保證了電路板組件4的可靠性，並且電氣插座4-17、電路板後蓋 4-9及第二母板4-10構成的組件也實現了一個快換的功能。本實施方式的關節電路板組件4是一個由諸多可快換部件通過快換接口(如連接 器、壓緊條等)連接起來的部件，實現了部件的快換功能與整體的快換功能。
具體實施方式
二 結合圖13和圖14說明本實施方式，本實施方式的快換接頭緊 固銷部件2-15包括預緊螺栓2-15-1、一組楔塊組件、銷軸2-15-5、銷脹套2_15_6、銷定位 板2-15-7、銷蓋板2-15-8和多個連接鋼絲2_15_9，銷軸2_15_5的一端設有凸臺，銷蓋板 2-15-8的端面上設有凸起座，銷蓋板2-15-8的凸起座裝在銷定位板2_15_7的內孔中，銷 脹套2-15-6的一端裝在銷定位板2-15-7的內孔中，且套在銷蓋板2_15_8的凸起座上，銷 脹套2-15-6的另一端與銷軸2-15-5的凸臺的上端面接觸，銷軸2_15_5的軸端裝在銷脹套 2-15-6內，且二者之間設有一組楔塊組件，預緊螺栓2-15-1穿過銷蓋板2-15-8的中心孔與 銷軸2-15-5旋接，銷定位板2-15-7和銷蓋板2_15_8之間通過多個連接鋼絲2_15_9連接。
具體實施方式
三結合圖14說明本實施方式，本實施方式的每個楔塊組件由端楔 塊2-15-2、凸楔塊2-15-3和凹楔塊2_15_4構成，凸楔塊2_15_3設置在端楔塊2_15_2和凹 楔塊2-15-4之間。本發明的工作原理(參見圖1-圖21)電機定子1-1、電機轉子1-2將力矩和動力 通過電機鍵1-19傳遞給傳動軸1-20作為關節驅動組件1的力矩輸出。該傳動軸1-20由 第二軸承1-21與第一軸承1-9支撐。通過軸承壓蓋1-22壓緊傳動軸1-20上的部件。傳 動軸1-20不僅實現了動力的傳遞，還實現了電機測角與制動功能。測角元件鍵1-18將第 一測角元件的1-15的轉子1-15-1實現周向定位。調整套筒1-12用於調整制動器轉動制 動盤1-8的位置，從而實現制動器氣隙的調整。傳動軸1-20上裝有第一連接鍵1-10，實現 制動器轉動制動盤1-8的周向定位。制動器中有電磁線圈1-5，在失電情況下彈簧將釋放。 軸向制動盤1-7將與轉動制動盤1-8接觸，實現制動效果。整個關節驅動部件1由鎖緊螺母 1-14固定。諧波減速器2-8上的第二內花鍵2-10與傳動軸1-20上的第二外花鍵1_23齧 合，實現了關節驅動組件與關節傳動組件的動力連接，將電機的運動通過花鍵傳遞到外部； 關節內殼2-19上的第一內花鍵2- 與電機殼體1-3上的第一外花鍵1-16嚙合，實現關節 驅動組件的周向定位。關節內殼2-19由兩組第三軸承2-5支撐。每組軸承力由軸承內環擋圈2_6與外環 擋圈2-7來進行預緊力的調節。第三軸承2-5由軸承端蓋2-4實現預緊。另外一側的第三軸承2-5由軸系壓緊螺母2-12實現內圈的軸向定位。軸承壓圈2-11實現外圈的壓緊。在 關節傳動組件2中設置了空心軸2-20，其由第四軸承2-21支撐，通過軸承壓蓋2-22壓緊， 並通過第二連接鍵2- 與制動器蓋1-6連接。而制動器殼體1-4通過電機殼體1-3與關 節內殼2-19連接。因此，空心軸2-20的轉動位置與關節的輸出位置是一致的。第二測角 元件2-M的轉子2-M-1與空心軸2-20連接，其定子2-M-2與連接件2_3連接。由此可 以檢測關節的輸出角度。最終的動力輸出由關節內殼2-19實現。關節內殼2-19的右端面 上設置有第二單層凸緣2-19-1，用於實現關節之間或者與其他空間設備之間的快換連接。
權利要求
1. 一種關鍵組件在軌可更換的空間機器人關節，它包括關節驅動組件(1)、關節傳動 組件O)、快換連接部件C3)和兩個關節電氣組件；其熱證在於所述關節驅動組件(1) 包括電機轉子(1-1)、電機定子(1-2)、電機殼體(1-3)、制動器殼體(1-4)、電磁線圈(1-5)、 制動器蓋(1-6)、軸向制動盤(1-7)、轉動制動盤(1-8)、第一軸承(1-9)、軸套(1-11)、調整 套筒(1-12)、軸承擋圈(1-13)、第一測角元件(1-15)、卡圈(1-17)、傳動軸(1-20)、第二軸 承(1-21)、軸承壓蓋(1-22)、鎖緊螺母(1-14)、電機鍵(1-19)、第一連接鍵(1_10)、測角元 件鍵(1-18)、多個彈簧導杆(I-M)、多個制動彈簧(1-25)和多個緊固螺母(1-27)；所述傳動軸(1-20)上由左到右套裝有電機殼體(1- 和制動器殼體(1-4)，傳動軸 (1-20)與電機殼體(1-3)之間設有第二軸承(1-21)，所述電機殼體(1-3)上固定安裝有軸 承壓蓋(1-22)，軸承壓蓋(1-22)用於封裝第二軸承(1-21)，所述電機轉子(1_1)設置在 電機殼體(1-3)內，且電機轉子(1-1)通過電機鍵(1-19)固定安裝在傳動軸(1-20)上， 所述電機定子(1-2)設置在電機殼體(1-3)內，且電機定子(1-2)套裝在電機轉子(1-1) 的外部，傳動軸(1-20)與制動器殼體(1-4)之間設有第一軸承(1-9)，所述軸套(1-11) 套裝在傳動軸(1-20)上，所述軸承擋圈(1-13)固定安裝在制動器殼體(1-4)的內壁上， 軸套(1-11)連同軸承擋圈(1-13)用於限定第一軸承(1-9)的軸向位置，所述電磁線圈 (1-5)設置在制動器殼體(1-4)內，所述調整套筒(1-1 套裝在傳動軸(1-20)上，且調整 套筒(1-12)位於軸承擋圈(1-13)的內部，轉動制動盤(1-8)通過第一連接鍵(1-10)固定 安裝在傳動軸(1-20)上，且轉動制動盤(1-8)位於調整套筒(1-12)的右端，轉動制動盤 (1-8)通過鎖緊螺母(1-14)和連接件(1-10)固定安裝在傳動軸(1-20)上，所述轉動制動 盤(1-80與制動器殼體(1-4)之間設置有軸向制動盤(1-7)，所述軸向制動盤(1-7)通過 多個彈簧導杆(1-24)和緊固螺母(1-27)與制動器殼體(1-4)連接，每個彈簧導杆(1-24) 上均套裝有一個制動彈簧(1-25)，且制動彈簧(1-2 位於制動器殼體(1-4)與軸向制動 盤(1-7)之間，所述制動器殼體(1-4)的右端面上蓋裝有制動器蓋(1-6)，第一測角元件 (1-15)設置在制動器殼體(1-4)與傳動軸(1-20)之間，且第一測角元件(1-15)通過測角 元件鍵(1-18)與傳動軸(1-20)固定連接，第一測角元件(1-15)通過卡圈(1-17)與制動 器殼體(1-4)固定連接，所述電機殼體(1-3)的外圓上加工有第一外花鍵(1-16)，傳動軸 (1-20)的左端外壁上加工有第二外花鍵(1-23)；所述關節傳動組件( 包括關節外殼0-1)、力矩傳感器0-2)、連接件0-3)、軸承端 蓋0-4)、諧波減速器0-8)、關節驅動組件安裝套筒0-9)、軸承壓圈(2-11)、軸系壓緊螺 母(2-12)、關節前蓋(2-13)、驅動單元壓緊螺母(2-14)、測角元件壓環(2_18)、關節內殼 (2-19)、空心軸(2-20)、第四軸承(2-21)、軸承蓋(2-22)、關節後蓋(2-23)、第二測角元件 (2-M)、機械限位塊(2-25)、第二連接鍵(2- )、多個快換接頭緊固銷部件(2-15)、多個銷 孔座(2-16)、多個緊固銷(2-27)及兩組第三軸承(2-5)；所述關節內殼0-19)設置在關節外殼(2-1)內，關節內殼0-19)與關節外殼(2-10之 間安裝有兩組第三軸承0-5)，空心軸O-20)設置在關節內殼(2-19)內，且空心軸O-20) 與關節內殼0-19)以及關節外殼同軸線設置，關節內殼0-19)的左端面上固定安 裝有軸承端蓋0-4)，軸承端蓋(2-4)用於限定左端的一組第三軸承0-5)的軸向位置，關 節內殼0-19)的右端螺紋連接有軸承壓緊螺母(2-12)，關節外殼(2-1)的右端固定連接有 軸承壓圈(2-11)，軸承壓圈0-11)協同軸承壓緊螺母0-12)用於限定右端一組第三軸承(2-5)的軸向位置，機械限位塊0-25)固定安裝在關節內殼0-19)上，機械限位塊0-25) 協同軸承壓圈0-11)用於限定關節內殼0-19)與關節外殼的周向迴轉位置，所述 關節內殼0-19)的右端面上固定安裝有關節前蓋(2-13)，關節後蓋0-23)固定安裝在關 節外殼的左端面上，所述諧波減速器(2-8)安裝在關節內殼0-19)內，諧波減速器 (2-8)加工有第二內花鍵(2-10)，所述第二測角元件0-24)通過其轉子0-24-1)固定安 裝在空心軸(2-20)，力矩傳感器(2- 固定安裝在關節外殼(2-1)的左臺肩端面上，力矩傳 感器(2- 與空心軸O-20)之間安裝有第四軸承(2-21)，第四軸承0-21)通過軸承壓蓋 (2-22)限定其在空心軸O-20)的軸向位置，連接件0-3)設置在第二測角元件0-24)的 外部，連接件(2- 固定安裝在力矩傳感器0-2)，測角元件壓環0-18)固定安裝在連接件 0-3)，用於限定第二測角元件0-24)的定子0-24-2)的軸向位置，所述關節內殼0-19) 的內壁上加工有第一內花鍵(2- )，所述關節內殼0-19)的內壁上設置有套筒0-9)，驅 動單元壓緊螺母0-14)與套筒0-9)的右端面相抵，驅動單元壓緊螺母0-14)與關節內 殼0-19)的內壁螺紋連接，所述關節外殼上設有電氣組件卡槽(216)，兩個關節 電路板組件(4)分布在關節外殼的外圓周上，每個關節電路板組件(4)通過緊固銷 (2-27)固定安裝在電氣組件卡槽0-26)內；所述快換連接部件C3)包括快換下接頭電氣接口連接板組件(3-1)、快換下接頭連 接法蘭盤(3-5)、三個連接導引塊(3-2)、三個第一緊固螺釘(3- 和多個第二緊固螺釘 (3-4)，三個連接引導塊(3- 環形陣列在快換下接頭連接法蘭盤(3-5)的外圈上，每個連 接導引塊(3- 通過一個第一緊固螺釘(3- 與快換下接頭連接法蘭盤(3- 連接，快換 下接頭電氣接口連接板組件(3-1)通過多個第二緊固螺釘(3-4)緊固在連接法蘭盤(3-5) 的第一單層凸緣(3-5-1)上；所述關節電路板組件(4)包括電路板上蓋G-1)、隔板G-2)、第一母板0-3)、第一連 接器(4-4)、電路板後蓋(4-9)、第二母板(4-10)、電路板前蓋(4-11)、電路板下蓋(4-14), 兩個電路板側蓋板(4-15)、多個第二連接器(4-12)、多個壓緊螺栓組G-6)、多個電路板 (4-7)、多個電路板散熱鋁板(4-8)和多個電氣插頭G-17)；所述電路板上蓋(4-1)、電路板 下蓋(4-14)、兩個電路板側蓋板G-15)、電路板前蓋G-11)及隔板G-2)圍合形成殼體， 第一母板(4- 安裝於隔板G-2)內表面上，多個電路板G-7)由上至下布置在殼體內，每 個電路板G-7)的後端通過第一連接器(4-4)與第一母板G-3)固定連接，電路板(4-7) 的左右兩端安裝在相應的電路板側蓋板0-1 上，每個電路板(4-7)上均通過壓緊螺栓組 (4-6)與電路板散熱鋁板(4-8)連接，第二母板G-10)固定安裝在電路板後蓋G-9)的內 表面上，第一母板(4- 與第二母板G-10)通過多個第二連接器0-1 連接，多個電氣插 頭G-17)穿過電路板後蓋(4-9)焊裝在第二母板G-10)上，電路板後蓋G-9)固定連接 在殼體的後側；關節驅動組件(1)置於關節內殼0-19)的內部，諧波減速器0-8)的第二內花鍵 (2-10)與傳動軸(1-20)上的第二外花鍵(1-2 嚙合，關節內殼0-19)上的第一內花鍵 (2-28)與電機殼體(1-3)上的第一外花鍵(1-16)嚙合，空心軸O-20)通過第二連接鍵 (2-29)與制動器蓋(1-6)連接；快換連接部件C3)置於關節傳動組件的下方，關節外殼的下端面上設有雙 層下凸緣0-1-1)，連接法蘭盤(3- 的第一單層凸緣(3-5-1)插裝在雙層下凸緣(2-1-1)內，關節外殼的雙層下凸緣0-1-1)的內圓周面上設置有多個銷孔座(2-16)，每個 快換接頭緊固銷部件0-15)穿過雙層下凸緣(2-1-1)及連接法蘭盤(3-5)的第一單層凸 緣(3-5-1)與銷孔座0-16)連接，關節外殼的雙層下凸緣(2-1-1)加工有三個導向 槽，連接導引塊(3- 插裝在導向槽內。
2.根據權利要求1所述的關鍵組件在軌可更換的空間機器人關節，其特徵在於快換 接頭緊固銷部件0-15)包括預緊螺栓(2-15-1)、一組楔塊組件、銷軸(2-15-5)、銷脹套 (2-15-6)、銷定位板(2-15-7)、銷蓋板(2-15-8)和多個連接鋼絲(2-15-9)，銷軸(2-15-5) 的一端設有凸臺，銷蓋板0-15-8)的端面上設有凸起座，銷蓋板0-15-8)的凸起座裝在 銷定位板0-15-7)的內孔中，銷脹套0-15-6)的一端裝在銷定位板0-15-7)的內孔中， 且套在銷蓋板0-15-8)的凸起座上，銷脹套0-15-6)的另一端與銷軸0-15-5)的凸臺 的上端面接觸，銷軸0-15-5)的軸端裝在銷脹套0-15-6)內，且二者之間設有一組楔塊 組件，預緊螺栓0-15-1)穿過銷蓋板0-15-8)的中心孔與銷軸0-15-5)旋接，銷定位板 (2-15-7)和銷蓋板0-15-8)之間通過多個連接鋼絲0-15-9)連接。
3.根據權利要求2所述的關鍵組件在軌可更換的空間機器人關節，其特徵在於每個 楔塊組件由端楔塊(2-15-2)、凸楔塊0-15-3)和凹楔塊0-15-4)構成，凸楔塊Q-15-3) 設置在端楔塊0-15-2)和凹楔塊0-15-4)之間。
4.根據權利要求1、2或3所述的關鍵組件在軌可更換的空間機器人關節，其特徵在於 關節內殼0-19)的右端面上設置有第二單層凸緣(2-19-1)，所述關節內殼0-19)上的第 二單層凸緣0-19-1)與連接法蘭盤(3-5)的第一單層凸緣(3-5-1)具有相同的結構尺寸。
5.根據權利要求1、2或3所述的關鍵組件在軌可更換的空間機器人關節，其特徵在於 所述關節電路板組件(4)還包括多個電路板壓緊條(4-16)，每個電路板(4-7)和電路板散 熱鋁板G-8)的左右兩端通過電路板壓緊條G-16)壓緊在相應的電路板側蓋板G-15) 上。
全文摘要
關鍵組件在軌可更換的空間機器人關節，它涉及一種空間機器人關節。本發明為了解決現有的空間機器人關節無法實現在軌更換關鍵組件的問題。關節驅動組件置於關節內殼的內部，諧波減速器上的第二內花鍵與傳動軸上的第二外花鍵嚙合，關節內殼上的第一內花鍵與電機殼體上的第一外花鍵嚙合，空心軸通過第二連接鍵與制動器蓋連接，快換連接部件置於關節傳動組件的下方，關節外殼的下端面上設有雙層下凸緣，連接法蘭盤的第一單層凸緣插裝在雙層下凸緣內，快換接頭緊固銷部件穿過雙層下凸緣及連接法蘭盤的第一單層凸緣與銷孔座連接，關節電路板組件分布在關節外殼的外圓周上，關節電路板組件通過緊固銷安裝在電氣組件卡槽內。本發明適用於空間機器人中。
文檔編號B25J17/00GK102107433SQ20101061610
公開日2011年6月29日 申請日期2010年12月31日 優先權日2010年12月31日
發明者倪風雷, 劉宏, 史士財, 孫奎, 孫敬頲, 朱映遠, 謝宗武, 陳泓 申請人:哈爾濱工業大學