一種自動鎖緊與釋放的空間機械臂的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種空間機械臂，特別涉及一種自動鎖緊與釋放的空間機械臂。
【背景技術(shù)】
[0002]我國載人航天工程分三步走:出艙活動、交會對接、空間站，其中第三步完成長期在軌空間站組建。一方面由于受運載包絡(luò)與能力限制，空間站需完成在軌組建，艙段組建過程需由空間機械臂完成；另一方面空間站需完成大量艙外活動與試驗，需要空間機械臂配合完成；因此空間機械臂為空間站的重要組成部分。
[0003]空間機械臂隨基體(艙體)共同發(fā)射入軌，為保證發(fā)射段各種力學(xué)載荷環(huán)境下機械臂或基體不被破壞，機械臂需要鎖緊在基體上，并保證一定的鎖緊剛度。入軌后機械臂動作前需從基體上可靠釋放，目前空間機構(gòu)的鎖緊與釋放機構(gòu)形式較多，但是多為火工釋放，這種結(jié)構(gòu)形式的機械臂不能進行重復(fù)鎖緊及釋放。目前，可重復(fù)使用的電動釋放的空間機械臂暫無應(yīng)用，不能很好地滿足需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種自動鎖緊與釋放的空間機械臂，以解決現(xiàn)有的空間機械臂無法重復(fù)進行電動鎖緊及釋放的問題。
[0005]本發(fā)明的第二目的在于提供一種自動鎖緊與釋放的空間機械臂，通過火工備份實現(xiàn)電動與火工釋放互為備份，實現(xiàn)了鎖緊與釋放動作簡單可靠，鎖緊力可控的目的。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種自動鎖緊與釋放的空間機械臂，該空間機械臂與基體相連，包括與基體固定連接的支架，所述支架與肩關(guān)節(jié)齒圈固定連接，所述肩關(guān)節(jié)齒圈與臂桿相連，所述臂桿的一端設(shè)有肩關(guān)節(jié)驅(qū)動機構(gòu)，肩關(guān)節(jié)驅(qū)動機構(gòu)的輸出齒輪與所述肩關(guān)節(jié)齒圈嚙合，所述臂桿的另一端設(shè)有腕關(guān)節(jié)驅(qū)動機構(gòu)，所述腕關(guān)節(jié)驅(qū)動機構(gòu)的輸出齒輪與腕關(guān)節(jié)齒圈嚙合，所述腕關(guān)節(jié)齒圈與捕獲連接機構(gòu)連接，所述捕獲連接機構(gòu)用于捕獲、連接或分離被動端，所述被動端設(shè)有鎖緊釋放機構(gòu)，所述鎖緊釋放機構(gòu)設(shè)于基體上；
所述支架與臂桿構(gòu)成肩關(guān)節(jié)，由所述肩關(guān)節(jié)驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動，所述捕獲連接機構(gòu)與臂桿構(gòu)成腕關(guān)節(jié)，由所述腕關(guān)節(jié)驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動；
所述腕關(guān)節(jié)齒圈上設(shè)有楔形滾道，該楔形滾道與鎖緊釋放機構(gòu)的滾輪相配合，當(dāng)滾輪在所述楔形滾道上滾動時，楔形滾道的高度差使得鎖緊釋放機構(gòu)產(chǎn)生鎖緊力或卸載鎖緊力。
[0007]較佳地，還包括?？恐Ъ埽鐾？恐Ъ苡糜谠阪i緊前?？勘蹢U以及鎖緊后支撐臂桿。
[0008]較佳地，所述?？恐Ъ芫哂幸煌？棵?，所述?？棵嫔显O(shè)有?？總鞲衅鳎鐾？總鞲衅饔糜谠诳臻g機械臂停靠后觸發(fā)所述?？總鞲衅鳟a(chǎn)生?？康轿恍盘栆钥刂扑黾珀P(guān)節(jié)驅(qū)動機構(gòu)停止驅(qū)動。
[0009]較佳地，所述腕關(guān)節(jié)齒圈上還設(shè)有腕關(guān)節(jié)傳感器，所述腕關(guān)節(jié)傳感器用于在空間機械臂鎖緊后產(chǎn)生鎖緊到位信號以控制鎖緊釋放機構(gòu)停止鎖緊，以及腕關(guān)節(jié)運動至釋放位置時產(chǎn)生釋放信號以控制鎖緊釋放機構(gòu)卸載鎖緊力。
[0010]較佳地，所述鎖緊釋放機構(gòu)還設(shè)有火工品，當(dāng)釋放所述空間機械臂，且所述滾輪卡滯在所述楔形滾道上時，所述火工品進行起爆卸載鎖緊釋放機構(gòu)的鎖緊力。
[0011]較佳地，所述鎖緊釋放機構(gòu)具有一碟簧，由所述碟簧產(chǎn)生鎖緊力或釋放鎖緊力。
[0012]較佳地，所述腕關(guān)節(jié)齒圈的邊緣具有楔形凸起結(jié)構(gòu)，所述楔形凸起結(jié)構(gòu)的內(nèi)凹面一側(cè)距離所述腕關(guān)節(jié)齒圈的外沿較遠(yuǎn)，一側(cè)距離所述腕關(guān)節(jié)齒圈的外沿較近，形成內(nèi)凹面不同位置距離腕關(guān)節(jié)齒圈外沿的不同高度，該內(nèi)凹面構(gòu)成所述楔形滾道。
[0013]本發(fā)明提供的自動鎖緊與釋放的空間機械臂具有以下技術(shù)效果:
1.空間機械臂的電動鎖緊與電動釋放具有可重復(fù)性，鎖緊與釋放可在地面進行試驗驗證，空間機械臂在軌完成動作后也可重復(fù)鎖緊在基體上；若無需鎖緊，空間機械臂在肩關(guān)節(jié)運動下?？吭谕？恐Ъ苌希？客瓿尚盘栍赏？课恢脗鞲衅鹘o出。
[0014]2.空間機械臂鎖緊后通過多個固定點鎖緊在基體上，其中鎖緊釋放機構(gòu)提供鎖緊力，?？恐Ъ芘c支架提供支撐力。
[0015]3.空間機械臂鎖緊由腕關(guān)節(jié)正向運動完成，釋放由腕關(guān)節(jié)反向運動完成，腕關(guān)節(jié)運動位置由腕關(guān)節(jié)傳感器信號觸發(fā)確定。鎖緊釋放機構(gòu)通過滾輪與腕關(guān)節(jié)齒圈上的楔形滾道接觸，楔形滾道的高度差拉緊/釋放鎖緊釋放機構(gòu)內(nèi)部的碟簧產(chǎn)生/卸載鎖緊力，其中鎖緊力的大小可通過調(diào)整楔形滾道高度差實現(xiàn)可控。
[0016]4.空間機械臂的釋放包括電動釋放(主份)與火工釋放(備份)；若電動釋放卡滯，鎖緊釋放機構(gòu)內(nèi)部火工品起爆使得滾輪與滾道脫離，從而卸載空間機械臂鎖緊力。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明實施例的空間機械臂在基體上的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明實施例的空間機械臂的鎖緊狀態(tài)示意圖；
圖3為本發(fā)明實施例的空間機械臂釋放狀態(tài)示意圖；
圖4為本發(fā)明實施例的空間機械臂鎖緊與釋放動作示意圖；
圖5為本發(fā)明實施例的空間機械臂?？繝顟B(tài)示意圖。
[0018]標(biāo)號說明:1 一支架；2—肩關(guān)節(jié)齒圈；3—肩關(guān)節(jié)驅(qū)動機構(gòu)；4一臂桿；5—?？總鞲衅?；6—腕關(guān)節(jié)驅(qū)動機構(gòu)；7—腕關(guān)節(jié)傳感器；8—捕獲連接機構(gòu)；9一腕關(guān)節(jié)齒圈；10—鎖緊釋放機構(gòu)；11一?？恐Ъ埽?2—基體。
【具體實施方式】
[0019]為更好地說明本發(fā)明，茲以一優(yōu)選實施例，并配合附圖對本發(fā)明作詳細(xì)說明，具體如下:
如圖1所示，本實施例中的空間機械臂包括支架1、肩關(guān)節(jié)齒圈2、肩關(guān)節(jié)驅(qū)動機構(gòu)3、臂桿4、?？總鞲衅?、腕關(guān)節(jié)驅(qū)動機構(gòu)6、腕關(guān)節(jié)傳感器7、捕獲連接機構(gòu)8、腕關(guān)節(jié)齒圈9、鎖緊釋放機構(gòu)10、?？恐Ъ?1與基體12。其中，所述支架I與臂桿4構(gòu)成肩關(guān)節(jié)，由肩關(guān)節(jié)驅(qū)動機構(gòu)3驅(qū)動，捕獲連接機構(gòu)8與臂桿4構(gòu)成腕關(guān)節(jié)，由腕關(guān)節(jié)驅(qū)動機構(gòu)6驅(qū)動。
[0020]具體地，支架I為空間機械臂的結(jié)構(gòu)件的一部分，用于與基體12固定，并作為肩關(guān)節(jié)的一部分固定肩關(guān)節(jié)齒圈。捕獲連接機構(gòu)8作為空間機械臂的末端執(zhí)行機構(gòu)，用于捕獲、連接、分離被動端，被動端設(shè)有鎖緊釋放機構(gòu)10，其中，鎖緊釋放機構(gòu)10設(shè)于基體12上。腕關(guān)節(jié)齒圈9固定在捕獲連接機構(gòu)8上。停靠支架11用于在鎖緊前?？靠臻g機械臂的臂桿4以及用于觸發(fā)?？總鞲衅?，并在空間機械臂鎖緊時起支撐作用。
[0021]腕關(guān)節(jié)齒圈9上帶有楔形滾道，鎖緊釋放機構(gòu)10的滾輪在楔形滾道上滾動，楔形滾道的高度差拉緊鎖緊釋放機構(gòu)10內(nèi)部的碟簧以產(chǎn)生鎖緊力；釋放時，楔形滾道的高度差釋放鎖緊釋放機構(gòu)10內(nèi)部碟簧以卸載鎖緊力。
[0022]停靠傳感器5用于監(jiān)測空間機械臂的?？繝顟B(tài)，停靠到位后信號觸發(fā)產(chǎn)生?？康轿恍盘?，該停靠到位信號發(fā)送至肩關(guān)節(jié)驅(qū)動機構(gòu)以控制肩關(guān)節(jié)驅(qū)動機構(gòu)停止繼續(xù)驅(qū)動。腕關(guān)節(jié)傳感器9用于監(jiān)測腕關(guān)節(jié)運動位置，腕關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)至鎖緊位置時，鎖緊位置信號觸發(fā)產(chǎn)生鎖緊到位信號，鎖緊到位信號傳遞給鎖緊釋放機構(gòu)以控制鎖緊釋放機構(gòu)停止鎖緊動作；腕關(guān)節(jié)運動至釋放位置時，釋放位置信號觸發(fā)產(chǎn)生釋放信號，釋放信號傳遞給鎖緊釋放機構(gòu)以控制鎖緊釋放機構(gòu)卸載鎖緊力。
[0023]鎖緊釋放機構(gòu)10作為空間機械臂鎖緊與釋放的被動端，其上的滾輪在腕關(guān)節(jié)齒圈的楔形滾道內(nèi)運動。鎖緊釋放機構(gòu)10內(nèi)部安裝碟簧產(chǎn)生鎖緊力，鎖緊釋放機構(gòu)配置火工品，用于空間機械臂釋放的備份措施，即當(dāng)釋放空間機械臂，且滾輪卡滯在楔形滾道上時，控制該火工品進行起爆即可卸載鎖緊釋放機構(gòu)的鎖緊力。