專利名稱：皇冠齒輪系式空間機(jī)械臂模塊化關(guān)節(jié)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種空間機(jī)械臂模塊化關(guān)節(jié)。
技術(shù)背景最近一二十年以來，我國空間技術(shù)迅速發(fā)展，未來我國將在空間建立自己 的空間站，需要空間機(jī)器人進(jìn)行一些如空間站的搭建和維護(hù)，衛(wèi)星的釋放、維 修和回收等工作，但是，目前空間機(jī)器人還不能夠完成這些工作。不久的將來， 我國就要探索月球、火星甚至其他的星體，需要在空間進(jìn)行一些操作，這些操 作都離不開空間機(jī)械臂。模塊化關(guān)節(jié)是空間機(jī)械臂的重要組成部分，模塊化關(guān) 節(jié)的性能決定了整個機(jī)械臂的主要性能。目前國內(nèi)外有很多的研究所和大學(xué)都 在進(jìn)行相關(guān)的研究。據(jù)掌握的資料來看，國內(nèi)還沒有成功研制出專門針對空間 強(qiáng)輻射、高真空、大溫差環(huán)境下使用且具有低功耗、大輸出力矩、高可靠性的 空間機(jī)械臂模塊化關(guān)節(jié)?，F(xiàn)有的空間機(jī)械臂模塊化關(guān)節(jié)將驅(qū)動裝置和控制裝置 集成在一個關(guān)節(jié)里面，存在體積大、質(zhì)量大、功耗大、單位質(zhì)量輸出力矩小的 問題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的空間機(jī)械臂模塊化關(guān)節(jié)將驅(qū)動裝置和控制裝置集 成在一個關(guān)節(jié)里面，存在體積大、質(zhì)量大、功耗大、單位質(zhì)量輸出力矩小的問 題，進(jìn)而提供了一種皇冠齒輪系式空間機(jī)械臂模塊化關(guān)節(jié)。本發(fā)明的技術(shù)方案是皇冠齒輪系式空間機(jī)械臂模塊化關(guān)節(jié)由外殼體、驅(qū) 動裝置、關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)和電氣裝置組成，所述的驅(qū)動裝置、關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)和電氣裝置均 安裝在外殼體內(nèi)，驅(qū)動裝置和關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)連接，電氣裝置設(shè)置在關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)上；所 述的關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)包括皇冠小齒輪、皇冠惰輪、皇冠大齒輪、第一軸承總成、第二 軸承總成、皇冠齒輪系壓板、空心傳動軸裝置、諧波減速器、大薄壁軸承、小 薄壁軸承、大薄壁軸承內(nèi)環(huán)支撐座、大薄臂軸承外環(huán)擋圈、小薄壁軸承內(nèi)環(huán)支撐座、套筒；套筒的套筒大端固定在外殼體的第二外殼的第二外殼二號法蘭盤 上，套筒的套筒小端穿過皇冠大齒輪，空心傳動軸裝置裝在套筒上且空心傳動 軸裝置放置在諧波減速器中的柔輪內(nèi)，皇冠小齒輪與驅(qū)動裝置中的行星減速器 的輸出端連接，第一軸承總成安裝在皇冠小齒輪上，第二軸承總成安裝在皇冠 惰輪上，皇冠小齒輪和皇冠惰輪嚙合在一起并通過皇冠齒輪系壓板與外殼體的 第二外殼連接，皇冠惰輪與皇冠大齒輪嚙合在一起，皇冠大齒輪與空心傳動軸 裝置中的空心傳動軸的輸入端連接，諧波減速器安裝在空心傳動軸裝置上，諧 波減速器中的柔輪與外殼體連接，大薄臂軸承外環(huán)擋圈安裝在外殼體上，大薄 壁軸承內(nèi)環(huán)支撐座與諧波減速器中的剛輪連接，大薄壁軸承安裝在大薄壁軸承 內(nèi)環(huán)支撐座上，小薄壁軸承內(nèi)環(huán)支撐座與諧波減速器中的剛輪連接，小薄壁軸 承安裝在小薄壁軸承內(nèi)環(huán)支撐座上。本發(fā)明具有以下有益效果 一、本發(fā)明采用直流無刷電機(jī)，摩擦式反向制動器，行星減速器，皇冠齒輪系和諧波減速器的聯(lián)合驅(qū)動方式，具有安裝方便，結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量輕，功耗低，輸出力矩大，關(guān)節(jié)整體剛度大，傳動可靠等優(yōu)點； 二、由于皇冠齒輪系的安裝位置比較集中，所以整個關(guān)節(jié)內(nèi)部的空間比較集中， 便于關(guān)節(jié)內(nèi)部的走線，并且整個關(guān)節(jié)的安裝和拆卸比較簡單方便；三、套筒從 皇冠大齒輪和諧波減速器的中心孔內(nèi)通過，便于機(jī)械臂的所有導(dǎo)線(包括電源 線和信號線)及插頭都從套筒內(nèi)穿過。內(nèi)部走線可以抵抗空間環(huán)境變化(溫度 的高、低變化)、強(qiáng)輻射和機(jī)械臂的運動對導(dǎo)線造成的損壞，同時也避免了外 部走線而造成的導(dǎo)線磨損；四、新型空間機(jī)械臂模塊化關(guān)節(jié)輸出端安裝了兩個 面對面的角接觸球軸承，抗傾覆力矩能力強(qiáng)；五、本關(guān)節(jié)的第三外殼和輸出法 蘭盤之間采用了兩層周向圓環(huán)式迷宮密封、毛氈密封和機(jī)械限位結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡 單，可靠性高，整個關(guān)節(jié)防塵能力強(qiáng)，可以有效避免軸承固體潤滑劑在空間的 揮發(fā)以及外部灰塵的侵入。如此設(shè)計，大大提高了系統(tǒng)的防塵性能；六、本發(fā) 明的霍爾開關(guān)安裝在皇冠大齒輪和第二外殼上，關(guān)節(jié)位置傳感器安裝在第三外 殼和輸出法蘭盤上。這種關(guān)節(jié)位置傳感器的融合性設(shè)計方法可以用來精確檢測 關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)角度；七、轉(zhuǎn)接電路板固定在套筒大端的內(nèi)壁上，可以減弱發(fā)射和 工作過程中的振動對電路板造成的損壞。拆掉關(guān)節(jié)后端蓋，就可以看到轉(zhuǎn)接電
路板，因此電路板的安裝、調(diào)試及拆卸方便；八、本發(fā)明集成化程度高，可靠 性高，質(zhì)量輕，功耗低，結(jié)構(gòu)緊湊，輸出力矩大，位置輸出精度高，整體抗彎 剛度大，并能適應(yīng)空間強(qiáng)輻射，高真空，大溫差的環(huán)境。關(guān)節(jié)具有可維護(hù)性好， 工作可靠等優(yōu)點，九、本發(fā)明既能滿足空間環(huán)境要求，又能滿足地面環(huán)境要求。


圖l是本發(fā)明的立體圖，圖2是本發(fā)明的主剖視圖，圖3是摩擦式反向制 動器的主剖視圖，圖4是第二外殼(2-8)的主剖視圖，圖5是圖4的立體圖， 圖6是第三外殼(2-9)的主剖視圖，圖7是圖6的立體圖，圖8是輸出法蘭 盤(2-10)的主剖視圖，圖9是圖8的右視圖，圖10是圖8的左視圖，圖ll 是位置傳感器的立體圖。
具體實施方式
具體實施方式
一如圖l、圖2、圖4 圖10所示，本實施方式的皇冠齒 輪系式空間機(jī)械臂模塊化關(guān)節(jié)由外殼體4、驅(qū)動裝置l、關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)2和電氣裝 置3組成，所述的驅(qū)動裝置1、關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)2和電氣裝置3均安裝在外殼體4內(nèi)， 驅(qū)動裝置1和關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)2連接，電氣裝置3設(shè)置在關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)2上；所述的關(guān)節(jié) 機(jī)構(gòu)2由皇冠小齒輪2-1-1、皇冠惰輪2-1-2、皇冠大齒輪2-1-3、第一軸承 總成7、第二軸承總成8、皇冠齒輪系壓板2-1-4、空心傳動軸裝置5、諧波減 速器6、大薄壁軸承2-5、小薄壁軸承2-6、大薄壁軸承內(nèi)環(huán)支撐座2-5-1、大 薄臂軸承外環(huán)擋圈2-5-2、小薄壁軸承內(nèi)環(huán)支撐座2-6-1、套筒2-ll組成；套 筒2-11的套筒大端2-11-1固定在外殼體4的第二外殼2-8的第二外殼二號法 蘭盤2-8-2上，套筒2-11的套筒小端2-11-2穿過皇冠大齒輪2-1-3，空心傳 動軸裝置5裝在套筒2-11上且空心傳動軸裝置放置在諧波減速器6中的柔輪 2-3-l內(nèi)，皇冠小齒輪2-1-1與驅(qū)動裝置中的行星減速器1-3的輸出端連接， 第一軸承總成7安裝在皇冠小齒輪2-1-1上，第二軸承總成8安裝在皇冠惰輪 2-l-2上，皇冠小齒輪2-1-1的上端裝在第二外殼孔一2-8-6內(nèi)，皇冠惰輪 2-1-2的上端裝在第二外殼孔二 2-8-7內(nèi)，皇冠小齒輪2-1-1和皇冠惰輪2-1-2 嚙合在一起并通過皇冠齒輪系壓板2-1-4、第二外殼孔肩一 2-8-6-1、第二外 殼孔肩二 2-8-7-1與外殼體4的第二外殼2-8連接，皇冠惰輪2-1-2與皇冠大
齒輪2-1-3嚙合在一起，皇冠大齒輪2-1-3與空心傳動軸裝置中的空心傳動軸 2-2-l的輸入端連接，諧波減速器6安裝在空心傳動軸裝置上，諧波減速器6 中的柔輪2-3-1與外殼體4連接，大薄臂軸承外環(huán)擋圈2-5-2安裝在外殼體4 上，大薄壁軸承內(nèi)環(huán)支撐座2-5-1與諧波減速器6中的剛輪2-3-2連接，大薄 壁軸承2-5安裝在大薄壁軸承內(nèi)環(huán)支撐座2-5-1上，小薄壁軸承內(nèi)環(huán)支撐座 2-6-l與諧波減速器6中的剛輪2-3-2連接，小薄壁軸承2-6安裝在小薄壁軸 承內(nèi)環(huán)支撐座2-6-1上。大薄壁軸承2-5的外環(huán)、小薄壁軸承2-6的外環(huán)分別 和第三外殼大軸承外環(huán)支撐座2-9-2、第三外殼小軸承外環(huán)支撐座2-9-3配合； 大薄壁軸承2-5的軸向定位由大薄壁軸承內(nèi)環(huán)支撐座2-5-1和大薄臂軸承外環(huán) 擋圈2-5-2完成，小薄壁軸承2-6的軸向定位由小薄壁軸承內(nèi)環(huán)支撐座2-6-1 和第三外殼軸承座孔肩2-9-3-1完成。本實施方式所述的諧波減速器6由德國Harmonic Drive公司生產(chǎn)，其型 號為HFUS-14-100。本實施方式的皇冠小齒輪2-卜l、皇冠惰輪2-1-2、皇冠 大齒輪2-1-3可采用由瑞士ASS AG公司生產(chǎn)的皇冠齒輪(CR0麗-GEAR)。
具體實施方式
二如圖l、圖2、圖4 圖10所示，本實施方式所述的外 殼體4由第一外殼2-7、第二外殼2-8、第三外殼2-9、關(guān)節(jié)后端蓋2-12、輸 出法蘭盤2-10、電機(jī)套筒固定底座2-4組成，所述的第一外殼2-7的上端的 第一外殼二號法蘭盤2-7-2與第二外殼2-8的下側(cè)壁上的第二外殼一號法蘭盤 2-8-1連接，第二外殼2-8的右端的第二外殼三號法蘭盤2-8-3與第三外殼2_9 的左端的第三外殼一號法蘭盤2-9-1連接，電機(jī)套筒固定底座2-4與第一外殼 2-7的下端的第一外殼一號法蘭盤2-7-1連接，關(guān)節(jié)后端蓋2-12與第二外殼 2-8左端的第二外殼二號法蘭盤2-8-2連接，輸出法蘭盤2-10與第三外殼2-9 的右端連接。第二外殼2-8的第二外殼小端2-8-4位于諧波減速器6的柔輪 2-3-1內(nèi)。隔離支撐環(huán)2-13通過小薄壁軸承內(nèi)環(huán)支撐座2-6-l和輸出法蘭盤 2-10的臺階2-10-3定位。輸出法蘭盤2-10的輸入端設(shè)有輸入法蘭2-10-l， 輸出端設(shè)有輸出端法蘭2-10-2。其它組成和連接關(guān)系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三如圖2所示，本實施方式所述的驅(qū)動裝置1由直流無刷 電機(jī)1-1、摩擦式反向制動器1-2、行星減速器1-3、電機(jī)套筒1-4和電機(jī)套
筒蓋1-5組成，所述的電機(jī)套筒1-4固定在電機(jī)套筒固定底座2-4上，所述的 直流無刷電機(jī)1-1、摩擦式反向制動器l-2、行星減速器1-3從下到上依次安 裝在電機(jī)套筒1-4內(nèi)，直流無刷電機(jī)1-1的輸出端與摩擦式反向制動器1-2 的輸入端連接，摩擦式反向制動器1-2的輸出端與行星減速器1-3的輸入端連 接，電機(jī)套筒蓋1-5固定在電機(jī)套筒1-4的上端，所述的電機(jī)套筒1-4由鈦合 金材料制成。電機(jī)套筒的后端和電機(jī)套筒蓋的里面都有螺紋，二者可以旋緊， 易于控制。其它組成和連接關(guān)系與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四如圖3所示，本實施方式所述的摩擦式反向制動器l-2 由軸承墊板1-2-1、三個銷軸1-2-2、三個行星軸承1-2-3、銷軸板1-2-4、摩 擦片一 1-2-5、摩擦片二 1-2-6、輸出齒輪卜2-7、輸出齒輪套1-2-8、輸出齒 輪套軸承1-2-9、制動器第一外殼1-2-10、制動器第二外殼1-2-11和制動器 第三外殼卜2-12組成；輸出齒輪1-2-7與皇冠小齒輪2-l-l連接，制動器第 一外殼1-2-10、制動器第二外殼1-2-11和制動器第三外殼1-2-12從下到上 依次連接，軸承墊板1-2-1和銷軸板1-2-4上均設(shè)有沿周向均布的三個孔 1-2-13，三個行星軸承1-2-3水平位于軸承墊板1-2-1和銷軸板1-2-4之間并 通過裝在孔1-2-13內(nèi)的銷軸1-2-2連接在一起，三個行星軸承1-2-3與制動 器第二外殼l-2-ll分別緊固配合，摩擦片一 1-2-5、摩擦片二1-2-6依次安 裝在銷軸板1-2-4的上方，輸出齒輪套1-2-8套在輸出齒輪1-2-7的下端上， 輸出齒輪套軸承1-2-9安裝在制動器第三外殼1-2-12和輸出齒輪套1-2-8之 間。摩擦式反向制動器正向傳動正常工作，反向傳動則自鎖。為了保證可以反 向傳動時可靠制動，所述的摩擦片一 ^z2zi、摩擦片二 1-2-6和制動器第三外 殼1-2-12內(nèi)壁間的摩擦系數(shù)大于^.、n ，其中r為輸出齒輪1-2-7的節(jié)圓 半徑，i 為制動器第三外殼1-2-12的內(nèi)徑，6為摩擦片上開口槽的寬度。摩 擦式反向制動器制動時不消耗功率。所述三個行星軸承1-2-3所形成的空腔應(yīng) 和電機(jī)輸出軸之間有適當(dāng)?shù)倪^盈配合，以使三個軸承1-2-3可以擠緊直流無刷 電機(jī)1-1的輸出軸。三個銷軸1-2-2和三個行星軸承1-2-3內(nèi)環(huán)之間應(yīng)選擇間 隙配合。其它組成和連接關(guān)系與具體實施方式
三相同。
具體實施方式
五如圖2所示，本實施方式所述的關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)2的空心
傳動軸裝置5由空心傳動軸2-2-1、第一徑向軸承2-2-2、第二徑向軸承 2-2-2-1、套筒一 2-2-3、套筒二 2-2-4、空心軸承蓋2-2-5、鍵一 2-2-6、鍵 二 2-2-7、空心軸用彈性擋圈一2-2-8和空心軸用彈性擋圈二 2-2-9組成；套 筒一2-2-3、第一徑向軸承2-2-2、第二徑向軸承2-2-2-1、套筒二 2-2-4依 次由左至右安裝在空心傳動軸2-2-1上，空心軸承蓋2-2-5蓋在第一徑向軸承 2-2-2上，皇冠大齒輪2-1-3通過鍵一 2-2-6與空心傳動軸2-2-1連接，諧波 減速器6的波發(fā)生器2-3-3通過鍵二 2-2-7與空心傳動軸2-2-1連接，空心軸 用彈性擋圈一 2-2-8和空心軸用彈性擋圈二 2-2-9分別安裝在空心傳動軸2- 2-l的兩端。通過空心傳動軸2-2-1上的軸肩、套筒一 2-2-3、套筒二 2-2_4、 空心軸承蓋2-2-5和第二外殼小端孔肩2-8-4-1來實現(xiàn)第一徑向軸承2-2-2 和第二徑向軸承2-2-2-1的軸向定位和預(yù)緊。采用這樣的結(jié)構(gòu)，易于實現(xiàn)空心 傳動軸2-2-1的定位和預(yù)緊。其它組成和連接關(guān)系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
六如圖2、圖ll、圖4 圖10所示，本實施方式所述的 電氣裝置3由轉(zhuǎn)接電路板3-1、霍爾開關(guān)和位置傳感器組成，所述的霍爾開關(guān) 由霍爾敏感元件3-2-1和磁鋼3-2-2組成，所述的位置傳感器由處理電路板3- 3-1，導(dǎo)電環(huán)3-3-2和電刷3-3-3組成；轉(zhuǎn)接電路板3-1安裝在套筒大端2- 11-1內(nèi)壁上，磁鋼3-2-2安裝在皇冠大齒輪2-l-3上，霍爾敏感元件3-2-1 安裝在第二外殼2-8的大端孔肩臂2-8-5上且與磁鋼3-2-2的位置相對應(yīng)；處 理電路板3-3-1安裝在輸出法蘭盤2-10上，導(dǎo)電環(huán)3-3-2安裝在處理電路板3- 3-1上，電刷3-3-3安裝在第三外殼2-9上的電刷座2-9-4上并與導(dǎo)電環(huán) 3-3-2的位置相對應(yīng)。直流無刷電機(jī)l-l、霍爾開關(guān)和位置傳感器的電源線和 信號線均經(jīng)過該轉(zhuǎn)接電路板3-1轉(zhuǎn)接。本實施方式的位置傳感器采用傳統(tǒng)的電 位計，電位計由處理電路板3-3-1，導(dǎo)電環(huán)3-3-2和電刷3-3-3組成，利用電 刷3-3-3在導(dǎo)電環(huán)3-3-2上面滑動來測量關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)角度。空間機(jī)械臂需要高 的控制精度，因此本模塊化關(guān)節(jié)的位置傳感器的設(shè)計采用了融合的方法。關(guān)節(jié) 位置可以通過融合的方法得到電位計確定關(guān)節(jié)的絕對位置，霍爾開關(guān)測量關(guān) 節(jié)的相對位置，兩者組合得到關(guān)節(jié)的精確位置。其它組成和連接關(guān)系與具體實 施方式二相同。
具體實施方式
七如圖6 圖10所示，本實施方式所述的關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)2還 包括毛氈2-15，所述的第三外殼2-9上設(shè)有第三外殼機(jī)械限位結(jié)構(gòu)2-9-6，所 述的輸出法蘭盤2-10上對應(yīng)設(shè)有機(jī)械限位結(jié)構(gòu)2-10-5,所述的第三外殼機(jī)械 限位結(jié)構(gòu)2-9-6和機(jī)械限位結(jié)構(gòu)2-10-5互相卡接在一起；第三外殼2-9的右 端設(shè)有第三外殼迷宮式密封槽2-9-5，所述的輸出法蘭盤2-10上對應(yīng)設(shè)有迷 宮式密封槽2-10-4，所述的第三外殼迷宮式密封槽2-9-5和迷宮式密封槽 2-10-4互相插接在一起；毛氈2-15設(shè)置在第三外殼2-9和輸出法蘭盤2-10 之間。第三外殼2-9和輸出法蘭盤2-10上的迷宮式密封槽和機(jī)械限位結(jié)構(gòu)配 合使用，完成關(guān)節(jié)的密封和限位功能。在第三外殼2-9和輸出法蘭盤2-10上 安裝機(jī)械限位結(jié)構(gòu)，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。迷宮式密封槽2-10-4和第三 外殼迷宮式密封槽2-9-5設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單、可靠，可使整個關(guān)節(jié)防塵的能力強(qiáng)， 既可以有效避免軸承固體潤滑劑在空間的揮發(fā)，第三外殼機(jī)械限位結(jié)構(gòu)2-9-6 和機(jī)械限位結(jié)構(gòu)2-10-5配合使用可以避免由于突然的掉電或者其它原因?qū)﹃P(guān) 節(jié)造成的損害。其它組成和連接關(guān)系與具體實施方式
二相同。
具體實施方式
八如圖2所示，本實施方式所述的關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)2還包括隔離 支撐環(huán)2-13和調(diào)整墊片2-14，所述的隔離支撐環(huán)2-13安裝在小薄壁軸承內(nèi) 環(huán)支撐座2-6-1和套筒2-11之間，所述的調(diào)整墊片2-14安裝在大薄臂軸承外 環(huán)擋圈2-5-2和第三外殼2-9之間；所述的隔離支撐環(huán)2-13由聚四氟乙烯制 成。如此設(shè)計，隔離支撐環(huán)2-13可將小薄壁軸承內(nèi)環(huán)支撐座2-6-1、輸入法 蘭盤2-10和套筒2-11隔開，可以保證在工作的過程中，套筒2-11不和轉(zhuǎn)動 件發(fā)生干摩擦。其它組成和連接關(guān)系與具體實施方式
二相同。
具體實施方式
九如圖2所示，本實施方式所述的關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)2中的第一軸 承總成7由第一上徑向軸承2-1-1-1、第一下徑向軸承2-1-1-3、軸用彈性擋 圈一2-1-1-2組成，所述的第一下徑向軸承2-1-1-3、第一上徑向軸承2-1-1-1、 軸用彈性擋圈一 2-1-1-2依次由下至上安裝在皇冠小齒輪2-1-1上；第二軸承 總成8由第二上徑向軸承2-1-2-1、第二下徑向軸承2-1-2-3、軸用彈性擋圈 二2-1-2-2組成，所述的第二下徑向軸承2-卜2-3、第二上徑向軸承2-1-2-1、 軸用彈性擋圈二2-1-2-2由下至上安裝在皇冠惰輪2-l-2上。采用這樣的結(jié)構(gòu)，
有效延長了皇冠小齒輪2-1-1和皇冠惰輪2-1-2的使用壽命。其它組成和連接 關(guān)系與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
十本實施方式所述的電機(jī)套筒蓋l-5、皇冠齒輪系壓板 2-1-4、空心傳動軸2-2-1、套筒一 2-2-3、套筒二 2-2-4、空心軸承蓋2-2-5、 鍵一 2-2-6、鍵二 2-2-7、電機(jī)套筒固定底座2-4、大薄壁軸承內(nèi)環(huán)支撐座2-5-1 、 大薄臂軸承外環(huán)擋圈2-5-2、小薄壁軸承內(nèi)環(huán)支撐座2-6-1、第一外殼2-7、 第二外殼2-8、第三外殼2-9、輸出法蘭盤2-10、套筒2-11和關(guān)節(jié)后端蓋2-12 均由鈦合金材料制成。采用這樣的材質(zhì)，由于軸承的材料為440C (不銹鋼) 與鈦合金(TC4)的熱膨脹系數(shù)相差很小，不會因軸承內(nèi)環(huán)座、軸承外環(huán)座與 軸承內(nèi)外鋼圈的熱膨脹系數(shù)相差太大而使軸承卡死；同時也可以避免關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu) 2中的徑向軸承和第二外殼孔一 2-8-6-1、第二外殼孔二 2-8-7-1由于熱膨脹 系數(shù)相差太大而使軸承卡死。其它組成和連接關(guān)系與具體實施方式
五相同。本發(fā)明關(guān)節(jié)力矩的傳遞過程為直流無刷電機(jī)1-1的輸出端與摩擦式反向 制動器1-2的輸入端連接，摩擦式反向制動器1-2的輸出端與行星減速器l-3 的輸入端連接，行星減速器1-3的輸出端把力矩傳遞給皇冠小齒輪2-1-1，皇 冠小齒輪2-1-1通過皇冠惰輪2-1-2把力矩傳遞給皇冠大齒輪2-1-3，皇冠大 齒輪2-1-3通過空心傳動軸2-2-1把力矩傳遞給波發(fā)生器2-3-3,波發(fā)生器 2-3-3通過柔輪2-3-1把力矩傳遞給剛輪2-3-2，剛輪2_3_2通過小薄壁軸承 內(nèi)環(huán)支撐座2-6-1再將力矩傳遞給輸出法蘭盤2-10，實現(xiàn)了整個關(guān)節(jié)的力矩 輸出。
權(quán)利要求
1、一種皇冠齒輪系式空間機(jī)械臂模塊化關(guān)節(jié)，它由外殼體(4)、驅(qū)動裝置(1)、關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)(2)和電氣裝置(3)組成，所述的驅(qū)動裝置(1)、關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)(2)和電氣裝置(3)均安裝在外殼體(4)內(nèi)，驅(qū)動裝置(1)和關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)(2)連接，電氣裝置(3)設(shè)置在關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)(2)上；其特征在于所述的關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)(2)包括皇冠小齒輪(2-1-1)、皇冠惰輪(2-1-2)、皇冠大齒輪(2-1-3)、第一軸承總成(7)、第二軸承總成(8)、皇冠齒輪系壓板(2-1-4)、空心傳動軸裝置(5)、諧波減速器(6)、大薄壁軸承(2-5)、小薄壁軸承(2-6)、大薄壁軸承內(nèi)環(huán)支撐座(2-5-1)、大薄臂軸承外環(huán)擋圈(2-5-2)、小薄壁軸承內(nèi)環(huán)支撐座(2-6-1)、套筒(2-11)；套筒(2-11)的套筒大端(2-11-1)固定在外殼體(4)的第二外殼(2-8)的第二外殼二號法蘭盤(2-8-2)上，套筒(2-11)的套筒小端(2-11-2)穿過皇冠大齒輪(2-1-3)、空心傳動軸裝置(5)裝在套筒(2-11)上且空心傳動軸裝置放置在諧波減速器(6)中的柔輪(2-3-1)內(nèi)，皇冠小齒輪(2-1-1)與驅(qū)動裝置中的行星減速器(1-3)的輸出端連接，第一軸承總成(7)安裝在皇冠小齒輪(2-1-1)上，第二軸承總成(8)安裝在皇冠惰輪(2-1-2)上，皇冠小齒輪(2-1-1)和皇冠惰輪(2-1-2)嚙合在一起并通過皇冠齒輪系壓板(2-1-4)與外殼體(4)的第二外殼(2-8)連接，皇冠惰輪(2-1-2)與皇冠大齒輪(2-1-3)嚙合在一起，皇冠大齒輪(2-1-3)與空心傳動軸裝置中的空心傳動軸(2-2-1)的輸入端連接，諧波減速器(6)安裝在空心傳動軸裝置上，諧波減速器(6)中的柔輪(2-3-1)與外殼體(4)連接，大薄臂軸承外環(huán)擋圈(2-5-2)安裝在外殼體(4)上，大薄壁軸承內(nèi)環(huán)支撐座(2-5-1)與諧波減速器(6)中的剛輪(2-3-2)連接，大薄壁軸承(2-5)安裝在大薄壁軸承內(nèi)環(huán)支撐座(2-5-1)上，小薄壁軸承內(nèi)環(huán)支撐座(2-6-1)與諧波減速器(6)中的剛輪(2-3-2)連接，小薄壁軸承(2-6)安裝在小薄壁軸承內(nèi)環(huán)支撐座(2-6-1)上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的皇冠齒輪系式空間機(jī)械臂模塊化關(guān)節(jié)，其特征 在于所述的外殼體(4)由第一外殼(2-7)、第二外殼(2-8)、第三外殼(2-9)、 關(guān)節(jié)后端蓋(2-12)、輸出法蘭盤(2-10)、電機(jī)套筒固定底座(2-4)組成， 所述的第一外殼(2-7)的上端與第二外殼(2-8)的下側(cè)壁連接，第二外殼(2-8) 的右端與第三外殼(2-9)的左端連接，電機(jī)套筒固定底座(2-4)與第一外殼 (2-7)的下端連接，關(guān)節(jié)后端蓋(2-12)與第二外殼(2-8)的左端連接，輸 出法蘭盤(2-10)與第三外殼(2-9)的右端連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的皇冠齒輪系式空間機(jī)械臂模塊化關(guān)節(jié)，其 特征在于所述的驅(qū)動裝置(1)由直流無刷電機(jī)(1-1 )、摩擦式反向制動器(l-2 )、 行星減速器(1-3)、電機(jī)套筒(1-4)和電機(jī)套筒蓋(1-5)組成，所述的電機(jī) 套筒(1-4)固定在電機(jī)套筒固定底座(2-4)上，所述的直流無刷電機(jī)(1-1)、 摩擦式反向制動器(1-2)、行星減速器(1-3)從下到上依次安裝在電機(jī)套筒(1-4)內(nèi)，直流無刷電機(jī)(1-1)的輸出端與摩擦式反向制動器(1-2)的輸 入端連接，摩擦式反向制動器(1-2)的輸出端與行星減速器(1-3)的輸入端 連接，電機(jī)套筒蓋(卜5)固定在電機(jī)套筒(l-4)的上端；所述的電機(jī)套筒(卜4) 由鈦合金材料制成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的皇冠齒輪系式空間機(jī)械臂模塊化關(guān)節(jié)，其特征 在于所述的摩擦式反向制動器(1-2)由軸承墊板(l-2-l)、三個銷軸(1-2-2)、 三個行星軸承(卜2-3)、銷軸板(1-2-4)、摩擦片一(1-2-5)、摩擦片二(1-2-6)、 輸出齒輪(1-2-7)、輸出齒輪套(1-2-8)、輸出齒輪套軸承(卜2-9)、制動器 第一外殼(1-2-10)、制動器第二外殼(1-2-11)和制動器第三外殼(1-2-12) 組成;輸出齒輪(1-2-7)與皇冠小齒輪(2-l-l)連接，制動器第一外殼(l-2-10)、 制動器第二外殼(1-2-11)和制動器第三外殼(1-2-12)從下到上依次連接， 軸承墊板(1-2-1)和銷軸板(1-2-4)上均設(shè)有沿周向均布的三個孔(1-2-13)， 三個行星軸承(1-2-3)水平位于軸承墊板(1-2-1)和銷軸板(1-2-4)之間 并通過裝在孔(1-2-13)內(nèi)的銷軸(1-2-2)連接在一起，三個行星軸承(l-2-3) 與制動器第二外殼(1-2-11)分別緊固配合，摩擦片一 (1-2-5)、摩擦片二(1-2-6)依次安裝在銷軸板(1-2-4)的上方，輸出齒輪套(1-2-8)套在輸 出齒輪(1-2-7)的下端上，輸出齒輪套軸承(1-2-9)安裝在制動器第三外殼 (1-2-12)和輸出齒輪套(1-2-8)之間。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的皇冠齒輪系式空間機(jī)械臂模塊化關(guān)節(jié)，其特征 在于所述的關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)(2)的空心傳動軸裝置(5)由空心傳動軸(2-2-1)、第 一徑向軸承(2-2-2)、第二徑向軸承(2-2-2-1)、套筒一 (2-2-3)、套筒二 (2-2-4)、空心軸承蓋(2-2-5)、鍵一 (2-2-6)、鍵二 (2-2-7)、空心軸用彈 性擋圈一 (2-2-8)和空心軸用彈性擋圈二 (2-2-9)組成；套筒一 (2-2-3)、 第一徑向軸承(2-2-2)、第二徑向軸承(2-2-2-l)、套筒二 (2-2-4)依次由 左至右安裝在空心傳動軸(2-2-1)上，空心軸承蓋(2-2-5)蓋在第一徑向軸 承(2-2-2)上，皇冠大齒輪(2-1-3)通過鍵一 (2-2-6)與空心傳動軸(2_2-1) 連接，諧波減速器(6)的波發(fā)生器(2-3-3)通過鍵二 (2-2-7)與空心傳動 軸(2-2-1)連接，空心軸用彈性擋圈一(2-2-8)和空心軸用彈性擋圈二(2-2-9) 分別安裝在空心傳動軸(2-2-1)的兩端。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的皇冠齒輪系式空間機(jī)械臂模塊化關(guān)節(jié)，其特征 在于所述的電氣裝置(3)由轉(zhuǎn)接電路板(3-1)、霍爾開關(guān)和位置傳感器組成， 所述的霍爾開關(guān)由霍爾敏感元件(3-2-1)和磁鋼(3-2-2)組成，所述的位置 傳感器由處理電路板(3-3-1)，導(dǎo)電環(huán)(3-3-2)和電刷(3-3-3)組成；轉(zhuǎn)接 電路板(3-1)安裝在套筒大端(2-11-1)內(nèi)壁上，磁鋼(3-2-2)安裝在皇冠 大齒輪(2-1-3)上，霍爾敏感元件(3-2-1)安裝在第二外殼(2-8)的大端 孔肩臂(2-8-5)上且與磁鋼(3-2-2)的位置相對應(yīng)；處理電路板(3-3-1) 安裝在輸出法蘭盤(2-10)上，導(dǎo)電環(huán)(3-3-2)安裝在處理電路板(3-3-1) 上，電刷(3-3-3)安裝在第三外殼(2-9)上的電刷座(2-9-4)上并與導(dǎo)電 環(huán)(3-3-2)的位置相對應(yīng)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的皇冠齒輪系式空間機(jī)械臂模塊化關(guān)節(jié)，其特征 在于所述的關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)(2)還包括毛氈(2-15)，所述的第三外殼(2-9)上設(shè) 有第三外殼機(jī)械限位結(jié)構(gòu)(2-9-6)，所述的輸出法蘭盤(2-10)上對應(yīng)設(shè)有機(jī) 械限位結(jié)構(gòu)(2-10-5)，所述的第三外殼機(jī)械限位結(jié)構(gòu)(2-9-6)和機(jī)械限位結(jié) 構(gòu)(2-10-5)互相卡接在一起；第三外殼(2-9)的右端設(shè)有第三外殼迷宮式密封槽(2-9-5)，所述的輸出法蘭盤(2-10)上對應(yīng)設(shè)有迷宮式密封槽(2-10-4)， 所述的第三外殼迷宮式密封槽(2-9-5)和迷宮式密封槽(2-10-4)互相插接 在一起；毛氈(2-15)設(shè)置在第三外殼(2-9)和輸出法蘭盤(2-10)之間。
8、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的皇冠齒輪系式空間機(jī)械臂模塊化關(guān)節(jié)，其特征 在于所述的關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)(2)還包括隔離支撐環(huán)(2-13)和調(diào)整墊片(2-14)，所 述的隔離支撐環(huán)(2-13)安裝在小薄壁軸承內(nèi)環(huán)支撐座(2-6-1)和套筒(2-11) 之間，所述的調(diào)整墊片(2-14)安裝在大薄臂軸承外環(huán)擋圈(2-5-2)和第三 外殼(2-9)之間；所述的隔離支撐環(huán)(2-13)由聚四氟乙烯制成。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的皇冠齒輪系式空間機(jī)械臂模塊化關(guān)節(jié)，其 特征在于所述的關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)(2)中的第一軸承總成(7)由第一上徑向軸承(2-1-1-1)、第一下徑向軸承(2-1-1-3)、軸用彈性擋圈一 (2-1-1-2)組成, 所述的第一下徑向軸承(2-1-1-3)、第一上徑向軸承(2-1-1-1)、軸用彈性擋 圈一 (2-1-1-2)依次由下至上安裝在皇冠小齒輪(2-1-1)上；第二軸承總成(8)由第二上徑向軸承(2-1-2-1)、第二下徑向軸承(2-卜2-3)、軸用彈性 擋圈二 (2-l-2-2)組成，所述的第二下徑向軸承(2-l-2-3)、第二上徑向軸 承(2-1-2-1)、軸用彈性擋圈二 (2-卜2-2)由下至上安裝在皇冠惰輪(2-l-2) 上。
10、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的皇冠齒輪系式空間機(jī)械臂模塊化關(guān)節(jié)，其特征 在于所述的電機(jī)套筒蓋(1-5)、皇冠齒輪系壓板(2-1-4)、空心傳動軸(2-2-1 )、 套筒一 (2-2-3)、套筒二 (2-2-4)、空心軸承蓋(2-2-5)、鍵一 (2-2-6)、鍵 二 (2-2-7)、電機(jī)套筒固定底座(2-4)、大薄壁軸承內(nèi)環(huán)支撐座(2-5-1)、大 薄臂軸承外環(huán)擋圈(2-5-2 )、小薄壁軸承內(nèi)環(huán)支撐座(2-6-1)、第一外殼(2-7 )、 第二外殼(2-8)、第三外殼(2-9)、輸出法蘭盤(2-10)、套筒(2-11)和關(guān) 節(jié)后端蓋(2-12)均由鈦合金材料制成。
全文摘要
皇冠齒輪系式空間機(jī)械臂模塊化關(guān)節(jié)，它涉及一種空間機(jī)械臂模塊化關(guān)節(jié)。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的空間機(jī)械臂模塊化關(guān)節(jié)體積大、質(zhì)量大、功耗大、單位質(zhì)量輸出力矩小的問題。本發(fā)明所述的皇冠小齒輪(2-1-1)與驅(qū)動裝置中的行星減速器(1-3)的輸出端連接，第一軸承總成(7)安裝在皇冠小齒輪(2-1-1)上，第二軸承總成(8)安裝在皇冠惰輪(2-1-2)上，皇冠小齒輪(2-1-1)和皇冠惰輪(2-1-2)嚙合在一起并通過皇冠齒輪系壓板(2-1-4)與外殼體(4)的第二外殼(2-8)連接，皇冠惰輪(2-1-2)與皇冠大齒輪(2-1-3)嚙合在一起，皇冠大齒輪(2-1-3)與空心傳動軸裝置中的空心傳動軸(2-2-1)的輸入端連接。本發(fā)明具有安全性高、可靠性好、輸出力矩大、位置輸出精度高、結(jié)構(gòu)較簡單的優(yōu)點。
文檔編號B25J19/00GK101116974SQ20071007271
公開日2008年2月6日 申請日期2007年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月29日
發(fā)明者宏 劉, 奎 孫, 李德倫, 熊根良, 謝宗武 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)