大型空间服务机器人在轨可更换关节

技术领域

本发明涉及一种机器人关节。

背景技术

根据我国空间技术发展的现状，建设自己的空间站已经成为趋势。虽然国内在空间机器人领域取得了一些进展，但是应用领域属于小型的空间维护机器人，其设计特点无法应用于大输出力矩输出，长寿命的作业。目前国内尚没有专门进行空间站以及大型空间物体建设、维护、抓捕，并能能帮助宇航员出舱进行空间作业的大型机器人。能实现以上功能的大型空间机器人就成为我国对太空进一步探索的关键环节。关节及其控制装置是空间机器人的重要组成部分，关节的性能直接决定了整个机器人的负载自重比、末端定位精度以及可靠性。

目前大型空间服务机器人关节，包括加拿大航天飞机机器人、欧空局大型空间机器人以及日本实验舱服务机器人传动全部是行星齿轮传动，不可避免的存在较高回差，带来固有的机械误差影响控制精度；另外行星减速刚度差，也会影响整个机器人的控制精度，并且行星齿轮传动质量大，机器人负载自重比小。控制电路都安装在机器人外部，集成性差。关节内没有力感知功能。大型空间机器人关节对力矩，控制精度，集成度，力矩感知能力及寿命都有较高要求，设计出各方面满足要求的关节是必然的趋势。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前大型空间服务机器人关节控制精度差、采用行星齿轮传动导致关节质量大以至于机器人负载自重比小、控制电路安装在关节外部导致集成性差的问题，提出了一种大型空间服务机器人关节。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：所述关节包括电气装置、驱动装置、关节前盖、关节内壳、关节输出壳、关节外壳、关节后盖、电路板连接件、圆柱形空心壳体、谐波减速器、键、空心轴、力矩传感器和轴向法兰，关节前盖装在关节内壳上，且二者可拆卸连接，关节内壳的尾部加工有轴向法兰，关节内壳设在关节外壳内，且二者可拆卸连接，关节输出壳设在关节内壳与关节外壳之间，且关节输出壳转动连接在关节外壳上，关节后盖装在关节输出壳内，且二者可拆卸连接，关节后盖的内孔与圆柱形空心壳体连接；

电气装置设在关节内壳中，电气装置通过电路板连接件与关节内壳连接，驱动装置与谐波减速器装在关节内壳上，所述驱动装置包括抱闸缩紧螺母、抱闸、第一旋转变压器、电机传动轴、电机、小齿轮和大齿轮，抱闸缩紧螺母将抱闸锁紧，抱闸和第一旋转变压器套在电机传动轴上，抱闸和第一旋转变压器连接，电机传动轴的输出端与小齿轮传动连接，小齿轮与大齿轮啮合；大齿轮通过键与空心轴传动连接，空心轴与谐波减速器制成一体，圆柱形空心壳体设在空心轴内部，圆柱形空心壳体的尾部与关节后盖连接，谐波减速器与力矩传感器的小直径端连接，力矩传感器设在关节输出壳内部且套在圆柱形空心壳体的外部，且力矩传感器的大直径端与关节输出壳可拆卸连接。

本发明具有以下有益效果：1.本发明具有高负载自重比：本发明采用特有的驱动装置带动谐波减速器的传动方案比国外同类装置在体积、质量相同的情况下，有着接近两倍的驱动能力；由于关节采用电机、小齿轮和大齿轮及谐波减速器的传动方案，使得关节有很高的输出力矩。同时在相同输出力矩的情况下，谐波减速器相比于行星减速器有着质量轻的特点，因此本关节的负载自重比相当于其它大型空间机器人关节的两倍；2.本发明具有高机械精度和控制精度：由于谐波减速器作为整个关节的输出装置，使得关节可以实现零回差。而现有大型空间机械臂的回差最高为3角分；由于采用了第一旋转变压器来控制电机，使得电机的正旋成为可能，并且提高了电机控制精度。此外高精度第二旋转变压器用来检测关节的实际位置，提高了关节的位置精度；3.本发明具有高智能：电气装置作为关节的控制部件，用来采集第一旋转变压器、第二旋转变压器、力矩传感器的信号，经过处理，结合控制算法可以实现关节及机器人的柔顺控制。而力矩传感器用作大型空间机器人关节的力感知部件，属首次出现；4.本发明高度集成：电气装置集成在关节内部属首次，关节壳体内集成了传动部件、传感部件以及控制电路，相比于其它大型空间机器人关节将电气装置放在关节外部或者臂杆上，有很高的集成度；5.本发明具有在轨可更换功能：关节内壳上加工有轴向法兰，可以实现关节与臂杆的连接，或者是与关节的连接从而形成双自由度关节组件，且拆卸方便，可实现轨更换，延长机器人在轨服务寿命。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图，图2是驱动装置2的整体结构示意图，图3是电气装置1的整体结构示意图。