專利名稱：可折疊空間機械手的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種空間機器人的機械手。
背景技術：
隨著空間科學技術的迅速發(fā)展，未來對能源的開發(fā)和利用將擴展到空間。但是許多空間活動都離不開空間機器人，如空間站的搭建與維護，衛(wèi)星的釋放與回收。目前這些任務主要依靠宇航員來完成，由于太空中微重力、強輻射、高溫差的環(huán)境，宇航員任何細微的疏忽都可能對宇航員自身的生命造成嚴重的威脅。隨著空間任務的增加，僅僅依靠人力去完成這些任務是很困難的，并且載人航天器的費用非常高。而由空間機器人代替宇航員作業(yè)不僅可以降低宇航員在惡劣宇宙環(huán)境內作業(yè)時的危險和受到的傷害，還可以減少執(zhí)行任務的費用，提高任務完成的效率和質量。從空間機器人的概念被提出以來，直到現(xiàn)在，加拿大空間局(CSA)的空間機器人臂Canadarm是唯一在實際工作中應用的空間機器人臂。由日本宇宙開發(fā)事業(yè)團(NSADA)發(fā)射的ETS-VII是世界上第一個裝有機器人臂的衛(wèi)星。美國國家航空航天局(NASA)已經為宇航員開發(fā)了一個稱為“Robonaut”的助手。作為高效、節(jié)能并且可以幫助人們實施大量空間活動任務的工具而被提出來的Robonaut是一個仿人型機器人。德國宇航中心(DLR)已經開發(fā)了三代輕型機器人，這三代輕型機器人具有一些共同的特征與人臂相似的運動學冗余特征，負荷自重比大于1∶2，機器人臂中沒有大量的電纜和較高的動力學特性。作為空間機器人的重要組成部分，空間機械手系統(tǒng)的研究得到了各空間大國的重視，但以上幾種空間機械臂折疊效果均不好，所以發(fā)射占用空間大、發(fā)射成本高。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為解決太空中微重力、強輻射、高溫差的環(huán)境，容易對宇航員的生命造成威脅，僅僅依靠人力去完成空間工作站的任務很困難及現(xiàn)有的空間機械手系統(tǒng)折疊特性不好的問題，提供一種可折疊空間機械手。本發(fā)明可替代宇航員在太空中工作，具有可重構、可折疊、能夠降低發(fā)射費用的特點。本發(fā)明包含第一模塊化關節(jié)1、第二模塊化關節(jié)6、第三模塊化關節(jié)8、第四模塊化關節(jié)13、第五模塊化關節(jié)15、第六模塊化關節(jié)19、單自由度手爪4、導線12，它還包含第一關節(jié)外殼2、第二關節(jié)外殼5、第三關節(jié)外殼7、第四關節(jié)外殼9、第五關節(jié)外殼14、第六關節(jié)外殼16、第七關節(jié)外殼17、第八關節(jié)外殼20、第一臂桿3、第二臂桿10和第三臂桿11；第六模塊化關節(jié)19一端的外壁與第八關節(jié)外殼20一端的內壁固定連接，第六模塊化關節(jié)19另一端的外壁與第七關節(jié)外殼17一端的外壁固定連接，第一模塊化關節(jié)1一端的外壁與第七關節(jié)外殼17另一端的內壁固定連接，第一模塊化關節(jié)1另一端的外壁與第一關節(jié)外殼2一端的內壁固定連接，第一關節(jié)外殼2的另一端與第一臂桿3的一端固定連接，第一臂桿3的另一端與第二關節(jié)外殼5的一端固定連接，第二關節(jié)外殼5另一端的內壁與第二模塊化關節(jié)6一端的外壁固定連接，第二模塊化關節(jié)6另一端的外壁與第三關節(jié)外殼7一端的內壁固定連接，第三模塊化關節(jié)8一端的外壁與第三關節(jié)外殼7另一端的內壁固定連接，第三模塊化關節(jié)8另一端的外壁與第四關節(jié)外殼9一端的內壁固定連接，第四關節(jié)外殼9的另一端與第二臂桿10的一端固定連接，第二臂桿10的另一端與第三臂桿11的一端固定連接，第三臂桿11的另一端與第五關節(jié)外殼14的一端固定連接，第五關節(jié)外殼14另一端的內壁與第五模塊化關節(jié)15一端的外壁固定連接，第五模塊化關節(jié)15另一端的外壁與第六關節(jié)外殼16一端的內壁固定連接，第六關節(jié)外殼16另一端的內壁與第四模塊化關節(jié)13一端的外壁固定連接，第四模塊化關節(jié)13的另一端與單自由度手爪4固定連接，第一模塊化關節(jié)1、第二模塊化關節(jié)6、第三模塊化關節(jié)8、第四模塊化關節(jié)13、第五模塊化關節(jié)15和第六模塊化關節(jié)19內分別設有模塊化關節(jié)的導線通孔18，導線12設置在模塊化關節(jié)的導線通孔18內，導線12的一端與單自由度手爪4相連接，導線12的另一端和第八關節(jié)外殼20的另一端分別與空間機器人相連接。本發(fā)明在發(fā)射到太空的過程中，可以折疊成緊湊的構型，工作時通過模塊化關節(jié)的旋轉運動，展開整個機械手完成需要的任務。機械手的六個模塊化關節(jié)的中心設有大的中心孔，使得該機械手的導線可以從中心孔的中間通過，起到避免空間的強輻射、高溫差環(huán)境對導線及其傳輸信號造成的破壞，消除機械手系統(tǒng)在工作過程中出現(xiàn)繞線的可能。另外，由于本發(fā)明的模塊化關節(jié)的模塊化程度高，可降低機械臂的開發(fā)周期，減少研發(fā)經費，改善系統(tǒng)的可維護性。


圖1是本發(fā)明的主剖視圖，圖2是本發(fā)明的側視圖，圖3是本發(fā)明在發(fā)射到太空的過程中，可以折疊的整體結構示意圖，圖4是第一模塊化關節(jié)1、第二模塊化關節(jié)6、第三模塊化關節(jié)8、第四模塊化關節(jié)13、第五模塊化關節(jié)15或第六模塊化關節(jié)19的整體結構立體圖，圖5是模塊化關節(jié)的整體結構主視剖面圖，圖6是關節(jié)機構主視剖面圖，圖7是電機裝置的主視剖面圖，圖8是位置傳感器的動子1-2-2的結構立體圖，圖9是位置傳感器的定子1-2-1的結構立體圖，圖10是力矩傳感器1-1的正面立體圖，圖11是力矩傳感器1-1的背面立體圖，圖12是力矩傳感器1-1的主視圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一(參見圖1～圖3)本實施方式由第一模塊化關節(jié)1、第二模塊化關節(jié)6、第三模塊化關節(jié)8、第四模塊化關節(jié)13、第五模塊化關節(jié)15、第六模塊化關節(jié)19、單自由度手爪4、導線12、第一關節(jié)外殼2、第二關節(jié)外殼5、第三關節(jié)外殼7、第四關節(jié)外殼9、第五關節(jié)外殼14、第六關節(jié)外殼16、第七關節(jié)外殼17、第八關節(jié)外殼20、第一臂桿3、第二臂桿10和第三臂桿11組成；第六模塊化關節(jié)19一端的外壁與第八關節(jié)外殼20一端的內壁固定連接，第六模塊化關節(jié)19另一端的外壁與第七關節(jié)外殼17一端的外壁固定連接，第一模塊化關節(jié)1一端的外壁與第七關節(jié)外殼17另一端的內壁固定連接，第一模塊化關節(jié)1另一端的外壁與第一關節(jié)外殼2一端的內壁固定連接，第一關節(jié)外殼2的另一端與第一臂桿3的一端固定連接，第一臂桿3的另一端與第二關節(jié)外殼5的一端固定連接，第二關節(jié)外殼5另一端的內壁與第二模塊化關節(jié)6一端的外壁固定連接，第二模塊化關節(jié)6另一端的外壁與第三關節(jié)外殼7一端的內壁固定連接，第三模塊化關節(jié)8一端的外壁與第三關節(jié)外殼7另一端的內壁固定連接，第三模塊化關節(jié)8另一端的外壁與第四關節(jié)外殼9一端的內壁固定連接，第四關節(jié)外殼9的另一端與第二臂桿10的一端固定連接，第二臂桿10的另一端與第三臂桿11的一端固定連接，第三臂桿11的另一端與第五關節(jié)外殼14的一端固定連接，第五關節(jié)外殼14另一端的內壁與第五模塊化關節(jié)15一端的外壁固定連接，第五模塊化關節(jié)15另一端的外壁與第六關節(jié)外殼16一端的內壁固定連接，第六關節(jié)外殼16另一端的內壁與第四模塊化關節(jié)13一端的外壁固定連接，第四模塊化關節(jié)13的另一端與單自由度手爪4固定連接，第一模塊化關節(jié)1、第二模塊化關節(jié)6、第三模塊化關節(jié)8、第四模塊化關節(jié)13、第五模塊化關節(jié)15和第六模塊化關節(jié)19內分別設有模塊化關節(jié)的導線通孔18，導線12設置在模塊化關節(jié)的導線通孔18內，導線12的一端與單自由度手爪4相連接，導線12的另一端和第八關節(jié)外殼20的另一端分別與空間機器人相連接。
具體實施方式
二(參見圖4～7)本實施方式的第一模塊化關節(jié)1、第二模塊化關節(jié)6、第三模塊化關節(jié)8、第四模塊化關節(jié)13、第五模塊化關節(jié)15和第六模塊化關節(jié)19分別由關節(jié)機構、電機裝置和套筒31組成；所述的關節(jié)機構由力矩傳感器1-1、位置傳感器、諧波減速器、軸承1-4、軸承內環(huán)座1-5、軸承外環(huán)座1-6和連接法蘭1-7組成，所述的諧波減速器由波發(fā)生器1-3-1、剛輪1-3-2和柔輪1-3-3組成，所述的電機裝置由直流無刷電機、磁編碼器2-2、驅動電路板2-3、控制電路板2-4、電源電路板2-5、接口電路板2-6、第一支架2-7、第二支架2-8、第三支架2-9和壓環(huán)2-10組成，所述的直流無刷電機由電機軸2-1-1、電機外殼2-1-2、電機軸承2-1-3、端蓋2-1-4、電機轉子2-1-5和電機定子2-1-6組成；電機外殼2-1-2內固定裝有電機定子2-1-6，電機定子2-1-6內裝有電機轉子2-1-5，電機轉子2-1-5內裝有電機軸2-1-1，端蓋2-1-4與電機外殼2-1-2固定連接，電機軸2-1-1與電機外殼2-1-2之間及電機軸2-1-1與端蓋2-1-4之間分別裝有電機軸承2-1-3，電機軸2-1-1的一端固定裝在波發(fā)生器1-3-1內，波發(fā)生器1-3-1裝在柔輪1-3-3內，柔輪1-3-3的一端裝在剛輪1-3-2內，剛輪1-3-2裝在軸承內環(huán)座1-5內，剛輪1-3-2與電機外殼2-1-2的一端固定連接，連接法蘭1-7與軸承內環(huán)座1-5固定連接，軸承內環(huán)座1-5與軸承外環(huán)座1-6之間裝有軸承1-4，柔輪1-3-3的另一端與力矩傳感器1-1固定連接，力矩傳感器1-1與軸承外環(huán)座1-6固定連接，力矩傳感器1-1與軸承內環(huán)座1-5之間裝有位置傳感器，電機軸2-1-1上裝有磁編碼器2-2，所述的套筒3穿過柔輪1-3-3和電機軸2-1-1的中心孔并與端蓋2-1-4固定連接，電機外殼2-1-2的另一端與第一支架2-7之間裝有驅動電路板2-3并通過第一螺釘2-11固定連接，第一支架2-7與第二支架2-8之間裝有控制電路板2-4并通過第二螺釘2-12固定連接，第二支架2-8與第三支架2-9之間裝有電源電路板2-5并通過第三螺釘2-13固定連接，第三支架2-9與壓環(huán)2-10之間裝有接口電路板2-6并通過第四螺釘2-14固定連接，所述的軸承內環(huán)座1-5、軸承外環(huán)座1-6、電機外殼2-1-2、端蓋2-1-4和電機軸2-1-1均由鈦合金材料制成。所述的驅動電路板2-3、控制電路板2-4、電源電路板2-5和接口電路板2-6上分別設有大中心孔，所述的第一支架2-7、第二支架2-8、第三支架2-9和壓環(huán)2-10分別設有大中心內孔。采用上述結構，為了實現(xiàn)模塊化關節(jié)的大中心孔走線設計，關節(jié)控制電路系統(tǒng)的所有電路板和支架均設計有一個大中心孔，壓環(huán)2-10設計有一個大中心內孔，柔輪1-3-3和電機軸2-1-1具有較大的中心孔，這樣可方便將內孔尺寸較大的套筒31裝入到中心孔內，以便機械臂的電纜和電纜插座可以從該模塊化關節(jié)中間通過。本實施方式中所采用的諧波減速器由Harmonic Drive(日本)生產制造，型號HFUS-2A-20。
本實施方式中，軸承內環(huán)座1-5、軸承外環(huán)座1-6、電機外殼2-1-2、端蓋2-1-4和電機軸2-1-1均由鈦合金(TC4)材料制成。由于軸承1-4的材料為440C(不銹鋼)與鈦合金(TC4)的熱膨脹系數(shù)相差很小，不至于由于軸承內環(huán)座1-5和軸承外環(huán)座1-6與軸承1-4的熱膨脹系數(shù)相差太大而使軸承1-4卡死；同時也不至于由于電機外殼2-1-2、端蓋2-1-4與電機軸承2-1-3的熱膨脹系數(shù)相差太大而使電機軸承2-1-3卡死。
具體實施方式
三(參見圖5)本實施方式與具體實施方式
一的不同點是本實施方式的電機裝置還增加有數(shù)字霍爾傳感器2-15；所述的數(shù)字霍爾傳感器2-15裝在電機外殼2-1-2內并與電機定子2-1-6固定連接。電機位置的冗余測量可以分別通過數(shù)字霍爾傳感器2-15與磁編碼器2-2單獨測量，這樣可提高系統(tǒng)的可靠性，一個壞了，另一個可單獨工作。
具體實施方式
四(參見圖10～12)本實施方式的力矩傳感器1-1由力矩輸入盤1-1-1、力矩輸出盤1-1-2、應變梁、應變片、四個傳感器保護梁和四個保護墊塊組成；所述的應變梁由沿力矩輸入盤1-1-1圓周均布的第一應變梁1-1-3-1、第二應變梁1-1-3-2、第三應變梁1-1-3-3和第四應變梁1-1-3-4組成，第一應變梁1-1-3-1、第二應變梁1-1-3-2、第三應變梁1-1-3-3和第四應變梁1-1-3-4的兩端分別與力矩輸入盤1-1-1和力矩輸出盤1-1-2制成一體，所述的應變片由分別粘貼在第一應變梁1-1-3-1上的第一應變片1-1-4-1和第二應變片1-1-4-2、粘貼在第二應變梁1-1-3-2上的第三應變片1-1-4-3和第四應變片1-1-4-4、粘貼在第三應變梁1-1-3-3上的第五應變片1-1-4-5和第六應變片1-1-4-6及粘貼在第四應變梁1-1-3-4上的第七應變片1-1-4-7和第八應變片1-1-4-8組成，由第一應變梁1-1-3-1上的第一應變片1-1-4-1和第二應變片1-1-4-2及第三應變梁1-1-3-3上的第五應變片1-1-4-5和第六應變片1-1-4-6構成第一全橋，由第二應變梁1-1-3-2上的第三應變片1-1-4-3和第四應變片1-1-4-4及第四應變梁1-1-3-4上的第七應變片1-1-4-7和第八應變片1-1-4-8構成第二全橋，第一全橋和第二全橋之間呈正交布置，力矩輸入盤1-1-1與所述的柔輪1-3-3固定連接，力矩輸出盤1-1-2與所述的軸承外環(huán)座1-6固定連接，四個傳感器保護梁沿力矩輸入盤1-1-1的圓周均布并與傳感器應變梁交替分布，每個傳感器保護梁1-1-5-1的里端與力矩輸入盤1-1-1制成一體，每個傳感器保護梁1-1-5-1的外端裝在相對應的保護墊塊1-1-6-1內并與保護墊塊1-1-6-1一同裝在所對應的力矩輸出盤1-1-2的內緣槽內并通過螺栓1-1-7與內緣槽固定連接，每個傳感器保護梁1-1-5-1的兩側面與內緣槽的兩側壁之間設有間隙L1，每個保護墊塊1-1-6-1的兩側面與內緣槽的兩側壁之間設有縫隙L2。由波發(fā)生器1-3-1、剛輪1-3-2和柔輪1-3-3構成的諧波減速器在工作過程中，柔輪1-3-3與剛輪1-3-2的接觸區(qū)域會發(fā)生變化。由于接觸區(qū)域變化過程中接觸力的變化和柔輪1-3-3變形產生的應力影響，關節(jié)每旋轉一周，力矩傳感器1-1測得的力矩也會產生一個較大的諧波，該諧波對力矩傳感器1-1的信號產生重要的影響，使其不能很好的工作。為了克服上述關節(jié)工作過程中對力矩傳感器1-1輸出信號的影響，該力矩傳感器1-1設計了八個橫梁，其中四個應變梁用來粘貼應變片，另外四個保護梁用來保護力矩傳感器1-1，使其避免由于過載而損壞。八個橫梁均勻分布，應變梁和保護梁相互間隔90°交錯分布。應變片采用全平面粘貼方法，便于粘貼，即力矩傳感器1-1的四個應變梁上粘貼應變片的平面都在一個平面上。該力矩傳感器1-1采用八個應變片組成兩個全橋來測量傳感器的輸出，每一組全橋測得結果均帶有諧波的關節(jié)力矩。全橋一測得關節(jié)力矩為T1，全橋二測得關節(jié)力矩為T2，
則實際力矩T為T＝(T1+T2)/2其它組成及連接關系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
五(參見圖9)本實施方式的每個傳感器保護梁1-1-5-1的兩側面與內緣槽的兩側壁之間的間隙L1為0.025～0.03mm，每個保護墊塊1-1-6-1的兩側面與內緣槽的兩側壁之間的縫隙L2為0.025～0.03mm。在關節(jié)工作過程中，有可能出現(xiàn)負載力矩過大的情況，這種情況可能會對力矩傳感器1-1產生破壞，使其不能正常工作。而一般力矩傳感器的過載保護功能都是比較復雜，本發(fā)明專利實現(xiàn)了力矩傳感器的力矩檢測與過載保護功能一體化的集成設計。經過分析，本力矩傳感器1-1在滿量程輸出時，每個傳感器保護梁1-1-5-1處的間隙L1變化為0.025mm，為了使力矩傳感器1-1工作范圍有一定的余量，設計間隙L1為0.03mm。由于0.03mm的間隙是很難加工的，因此采用修配的方式調整間隙L1達到要求。在裝配該力矩傳感器1-1時，通過修改每個保護墊塊1-1-6-1的尺寸，使縫隙L2達到0.03mm，這樣力矩傳感器1-1在工作時，既有一定的工作余量，又可以避免力矩傳感器1-1由于過載而損壞。其它組成及連接關系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
六(參見圖5、圖8、圖9)本實施方式的位置傳感器由定子1-2-1和動子1-2-2組成；所述的定子1-2-1和動子1-2-2相對放置，定子1-2-1與所述的力矩傳感器1-1固定連接，動子1-2-2與所述的軸承內環(huán)座1-5固定連接，定子1-2-1面向動子1-2-2的一側端面上設有導電環(huán)1-2-3和霍爾極限開關1-2-4，動子1-2-2面向定子1-2-1的一側端面上設有磁鋼1-2-5和電刷1-2-6，由電刷1-2-6和導電環(huán)1-2-3構成電位計，由磁鋼1-2-5和霍爾極限開關1-2-4構成關節(jié)極限位置保護電子開關。為了提高控制的精度，位置傳感器中采用了傳統(tǒng)的電位計，利用電刷1-2-6在導電環(huán)1-2-3上面滑動來測量關節(jié)的旋轉角度。當關節(jié)旋轉到極限位置時，霍爾極限開關1-2-4檢測到磁鋼1-2-5產生的磁場所產生的關節(jié)極限位置信號，從而控制關節(jié)的運動范圍，對關節(jié)起到了保護作用，避免由于機械碰撞造成關節(jié)損壞。由于空間機器人需要高的控制精度，因此本模塊化關節(jié)位置傳感器的設計采用了融合的方法。關節(jié)位置可以通過融合的方法得到通過電位計與磁編碼器2-2共同測量關節(jié)位置，即通過位置傳感器的電位計測量關節(jié)的初始啟動位置，啟動后由磁編碼器2-2檢測得到關節(jié)位置(關節(jié)位置的冗余設計，當磁編碼器2-2壞了后，關節(jié)位置可通過電位計單獨測量，從而提高了系統(tǒng)的可靠性)。其它組成及連接關系與具體實施方式
一相同。
關節(jié)力矩的傳遞過程為電機定子2-1-6固定裝在電機外殼2-1-2上，通過電機轉子2-1-5帶動電機軸2-1-1相對電機定子2-1-6轉動，通過電機軸2-1-1把力矩傳遞到波發(fā)生器1-3-1上，通過由波發(fā)生器1-3-1、剛輪1-3-2和柔輪1-3-3構成的諧波減速器的減速把力矩從波發(fā)生器1-3-1傳遞到柔輪1-3-3上，柔輪1-3-3再將力矩傳遞給力矩傳感器1-1，力矩傳感器1-1最后再將力矩傳遞到連接法蘭1-7上，從而實現(xiàn)了整個關節(jié)的力矩輸出。
權利要求
1.一種可折疊空間機械手，它包含第一模塊化關節(jié)(1)、第二模塊化關節(jié)(6)、第三模塊化關節(jié)(8)、第四模塊化關節(jié)(13)、第五模塊化關節(jié)(15)、第六模塊化關節(jié)(19)、單自由度手爪(4)、導線(12)，其特征在于它還包含第一關節(jié)外殼(2)、第二關節(jié)外殼(5)、第三關節(jié)外殼(7)、第四關節(jié)外殼(9)、第五關節(jié)外殼(14)、第六關節(jié)外殼(16)、第七關節(jié)外殼(17)、第八關節(jié)外殼(20)、第一臂桿(3)、第二臂桿(10)和第三臂桿(11)；第六模塊化關節(jié)(19)一端的外壁與第八關節(jié)外殼(20)一端的內壁固定連接，第六模塊化關節(jié)(19)另一端的外壁與第七關節(jié)外殼(17)一端的外壁固定連接，第一模塊化關節(jié)(1)一端的外壁與第七關節(jié)外殼(17)另一端的內壁固定連接，第一模塊化關節(jié)(1)另一端的外壁與第一關節(jié)外殼(2)一端的內壁固定連接，第一關節(jié)外殼(2)的另一端與第一臂桿(3)的一端固定連接，第一臂桿(3)的另一端與第二關節(jié)外殼(5)的一端固定連接，第二關節(jié)外殼(5)另一端的內壁與第二模塊化關節(jié)(6)一端的外壁固定連接，第二模塊化關節(jié)(6)另一端的外壁與第三關節(jié)外殼(7)一端的內壁固定連接，第三模塊化關節(jié)(8)一端的外壁與第三關節(jié)外殼(7)另一端的內壁固定連接，第三模塊化關節(jié)(8)另一端的外壁與第四關節(jié)外殼(9)一端的內壁固定連接，第四關節(jié)外殼(9)的另一端與第二臂桿(10)的一端固定連接，第二臂桿(10)的另一端與第三臂桿(11)的一端固定連接，第三臂桿(11)的另一端與第五關節(jié)外殼(14)的一端固定連接，第五關節(jié)外殼(14)另一端的內壁與第五模塊化關節(jié)(15)一端的外壁固定連接，第五模塊化關節(jié)(15)另一端的外壁與第六關節(jié)外殼(16)一端的內壁固定連接，第六關節(jié)外殼(16)另一端的內壁與第四模塊化關節(jié)(13)一端的外壁固定連接，第四模塊化關節(jié)(13)的另一端與單自由度手爪(4)固定連接，第一模塊化關節(jié)(1)、第二模塊化關節(jié)(6)、第三模塊化關節(jié)(8)、第四模塊化關節(jié)(13)、第五模塊化關節(jié)(15)和第六模塊化關節(jié)(19)內分別設有模塊化關節(jié)的導線通孔(18)，導線(12)設置在模塊化關節(jié)的導線通孔(18)內，導線(12)的一端與單自由度手爪(4)相連接，導線(12)的另一端和第八關節(jié)外殼(20)的另一端分別與空間機器人相連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的可折疊空間機械手，其特征在于第一模塊化關節(jié)(1)、第二模塊化關節(jié)(6)、第三模塊化關節(jié)(8)、第四模塊化關節(jié)(13)、第五模塊化關節(jié)(15)和第六模塊化關節(jié)(19)分別由關節(jié)機構、電機裝置和套筒(31)組成；所述的關節(jié)機構由力矩傳感器(1-1)、位置傳感器、諧波減速器、軸承(1-4)、軸承內環(huán)座(1-5)、軸承外環(huán)座(1-6)和連接法蘭(1-7)組成，所述的諧波減速器由波發(fā)生器(1-3-1)、剛輪(1-3-2)和柔輪(1-3-3)組成，所述的電機裝置包括直流無刷電機、磁編碼器(2-2)、驅動電路板(2-3)、控制電路板(2-4)、電源電路板(2-5)、接口電路板(2-6)、第一支架(2-7)、第二支架(2-8)、第三支架(2-9)和壓環(huán)(2-10)；波發(fā)生器(1-3-1)固定裝在直流無刷電機上，柔輪(1-3-3)裝在波發(fā)生器(1-3-1)上，剛輪(1-3-2)裝在柔輪(1-3-3)上，軸承內環(huán)座(1-5)裝在剛輪(1-3-2)上，剛輪(1-3-2)與直流無刷電機固定連接，連接法蘭(1-7)與軸承內環(huán)座(1-5)固定連接，軸承內環(huán)座(1-5)與軸承外環(huán)座(1-6)之間裝有軸承(1-4)，柔輪(1-3-3)的另一端與力矩傳感器(1-1)固定連接，力矩傳感器(1-1)與軸承內環(huán)座(1-5)之間裝有位置傳感器，力矩傳感器(1-1)與軸承外環(huán)座(1-6)固定連接，直流無刷電機上裝有磁編碼器(2-2)，所述的套筒(31)裝在直流無刷電機內，直流無刷電機與第一支架(2-7)之間固定裝有驅動電路板(2-3)，第一支架(2-7)與第二支架(2-8)之間固定裝有控制電路板(2-4)，第二支架(2-8)與第三支架(2-9)之間固定裝有電源電路板(2-5)，第三支架(2-9)與壓環(huán)(2-10)之間固定裝有接口電路板(2-6)。
3.根據(jù)權利要求2所述的可折疊空間機械手，其特征在于所述的力矩傳感器(1-1)包括力矩輸入盤(1-1-1)、力矩輸出盤(1-1-2)、應變梁和應變片；所述的應變梁由沿力矩輸入盤(1-1-1)圓周均布的第一應變梁(1-1-3-1)、第二應變梁(1-1-3-2)、第三應變梁(1-1-3-3)和第四應變梁(1-1-3-4)組成，第一應變梁(1-1-3-1)、第二應變梁(1-1-3-2)、第三應變梁(1-1-3-3)和第四應變梁(1-1-3-4)的兩端分別與力矩輸入盤(1-1-1)和力矩輸出盤(1-1-2)制成一體，所述的應變片由分別粘貼在第一應變梁(1-1-3-1)上的第一應變片(1-1-4-1)和第二應變片(1-1-4-2)、粘貼在第二應變梁(1-1-3-2)上的第三應變片(1-1-4-3)和第四應變片(1-1-4-4)、粘貼在第三應變梁(1-1-3-3)上的第五應變片(1-1-4-5)和第六應變片(1-1-4-6)及粘貼在第四應變梁(1-1-3-4)上的第七應變片(1-1-4-7)和第八應變片(1-1-4-8)組成，由第一應變梁(1-1-3-1)上的第一應變片(1-1-4-1)和第二應變片(1-1-4-2)及第三應變梁(1-1-3-3)上的第五應變片(1-1-4-5)和第六應變片(1-1-4-6)構成第一全橋，由第二應變梁(1-1-3-2)上的第三應變片(1-1-4-3)和第四應變片(1-1-4-4)及第四應變梁(1-1-3-4)上的第七應變片(1-1-4-7)和第八應變片(1-1-4-8)構成第二全橋，第一全橋和第二全橋之間呈正交布置，力矩輸入盤(1-1-1)與所述的柔輪(1-3-3)固定連接，力矩輸出盤(1-1-2)與所述的軸承外環(huán)座(1-6)固定連接。
4.根據(jù)權利要求3所述的可折疊空間機械手，其特征在于所述的力矩傳感器還包括四個傳感器保護梁和四個保護墊；四個傳感器保護梁沿力矩輸入盤(1-1-1)的圓周均布并與傳感器應變梁交替分布，每個傳感器保護梁(1-1-5-1)的里端與力矩輸入盤(1-1-1)制成一體，每個傳感器保護梁(1-1-5-1)的外端裝在相對應的保護墊塊(1-1-6-1)內并與保護墊塊(1-1-6-1)一同固定裝在所對應的力矩輸出盤(1-1-2)的內緣槽內，每個傳感器保護梁(1-1-5-1)的兩側面與內緣槽的兩側壁之間設有間隙L1，每個保護墊塊(1-1-6-1)的兩側面與內緣槽的兩側壁之間設有縫隙L2。
5.根據(jù)權利要求4所述的可折疊空間機械手，其特征在于所述的每個傳感器保護梁(1-1-5-1)的兩側面與內緣槽的兩側壁之間的間隙L1為0.025～0.03mm。
6.根據(jù)權利要求4所述的可折疊空間機械手，其特征在于所述的每個保護墊塊(1-1-6-1)的兩側面與內緣槽的兩側壁之間的縫隙L2為0.025～0.03mm。
7.根據(jù)權利要求2所述的可折疊空間機械手，其特征在于所述的位置傳感器由定子(1-2-1)和動子(1-2-2)組成；所述的定子(1-2-1)和動子(1-2-2)相對放置，定子(1-2-1)與所述的力矩傳感器(1-1)固定連接，動子(1-2-2)與所述的軸承內環(huán)座(1-5)固定連接，定子(1-2-1)面向動子(1-2-2)的一側端面上設有導電環(huán)(1-2-3)和霍爾極限開關(1-2-4)，動子(1-2-2)面向定子(1-2-1)的一側端面上設有磁鋼(1-2-5)和電刷(1-2-6)，由電刷(1-2-6)和導電環(huán)(1-2-3)構成電位計，由磁鋼(1-2-5)和霍爾極限開關(1-2-4)構成關節(jié)極限位置保護電子開關。
8.根據(jù)權利要求2所述的可折疊空間機械手，其特征在于直流無刷電機由電機軸(2-1-1)、電機外殼(2-1-2)、電機軸承(2-1-3)、端蓋(2-1-4)、電機轉子(2-1-5)和電機定子(2-1-6)組成；所述的電機外殼(2-1-2)內固定裝有電機定子(2-1-6)，電機定子(2-1-6)內裝有電機轉子(2-1-5)，電機轉子(2-1-5)內裝有電機軸(2-1-1)，電機軸(2-1-1)上的一端固定裝有所述的波發(fā)生器(1-3-1)，端蓋(2-1-4)與電機外殼(2-1-2)固定連接，電機外殼(2-1-2)內的電機軸(2-1-1)上裝有所述的磁編碼器(2-2)，電機外殼(2-1-2)的一端與所述的剛輪(1-3-2)固定連接，電機外殼(2-1-2)的另一端與所述的第一支架(2-7)之間固定裝有驅動電路板(2-3)，電機軸(2-1-1)與電機外殼(2-1-2)之間及電機軸(2-1-1)與端蓋(2-1-4)之間分別裝有電機軸承(2-1-3)，所述的套筒(3)裝在電機軸(2-1-1)內并與端蓋(2-1-4)固定連接。
9.根據(jù)權利要求2所述的可折疊空間機械手，其特征在于所述的電機裝置還包括數(shù)字霍爾傳感器(2-15)；所述的數(shù)字霍爾傳感器(2-15)裝在電機外殼(2-1-2)內并與電機定子(2-1-6)固定連接。
10.根據(jù)權利要求2所述的可折疊空間機械手，其特征在于所述的軸承內環(huán)座(1-5)和軸承外環(huán)座(1-6)均由鈦合金材料制成。
全文摘要
可折疊空間機械手，它涉及一種空間機器人的機械手。本發(fā)明的目的是為解決僅僅依靠人力去完成空間工作站的任務很困難及現(xiàn)有空間機器人的機械手系統(tǒng)折疊特性不好的問題。本發(fā)明第一模塊化關節(jié)(1)一端的外壁與第七關節(jié)外殼(17)另一端的內壁固定連接，導線(12)設置在模塊化關節(jié)的導線通孔(18)內，導線(12)的一端與單自由度手爪(4)相連接。本發(fā)明在發(fā)射到太空的過程中，可以折疊成緊湊的構型，工作時通過模塊化關節(jié)的旋轉，展開整個機械手完成需要的任務。模塊化關節(jié)的中心設有中心孔，使得該機械手的導線從中心孔內通過，避免宇宙空間的強輻射、高溫差環(huán)境對導線及其傳輸信號造成的破壞，避免機械手在工作過程中出現(xiàn)繞線。
文檔編號B25J9/06GK1817573SQ20061000981
公開日2006年8月16日 申請日期2006年3月15日 優(yōu)先權日2006年3月15日
發(fā)明者劉宏, 史士財, 高曉輝, 金明河, 謝宗武 申請人:哈爾濱工業(yè)大學