專利名稱：一種用于行星探測(cè)的機(jī)械臂鎖定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鎖定機(jī)構(gòu)，尤其是一種用于行星探測(cè)機(jī)械臂的鎖定裝置。
背景技術(shù)：
迄今為止，美國(guó)已登錄火星的無(wú)人探測(cè)車(chē)或登陸器，如1997年發(fā)射的“火星探路者號(hào)” (Mars Pathfinder)、2003 年升空的“機(jī)遇號(hào)” (Opportunity)和“勇氣號(hào)”(Spirit)、 2007年的“鳳凰號(hào)”(Phoenix)以及原計(jì)劃2011年發(fā)射的火星車(chē)“獵奇號(hào)”(Curiosity)均設(shè)有舉升立體相機(jī)的桅桿(Mast)和用于采集巖石樣本作業(yè)的機(jī)械臂(Arm)。立體相機(jī)用于拍攝環(huán)境照片并為機(jī)械臂捕捉目標(biāo)，機(jī)械臂用于采集巖石樣本。在絕大多數(shù)時(shí)間內(nèi)，機(jī)械臂處于待命的非工作狀態(tài)，而立體相機(jī)則需長(zhǎng)時(shí)間工作，在機(jī)械臂工作的短暫時(shí)間內(nèi)暫停目標(biāo)捕捉。由于立體相機(jī)捕捉目標(biāo)與機(jī)械臂采集巖石樣本作業(yè)非同時(shí)工作，為桅桿與機(jī)械臂兩臂合一提供了可能性。發(fā)明專利“一種用于探測(cè)作業(yè)的三自由度機(jī)械臂結(jié)構(gòu)”(ZL200610134^6.5)，提出了一種將桅桿和機(jī)械臂合二為一的結(jié)構(gòu)，具有折疊構(gòu)型、舉升觀測(cè)構(gòu)型、就位探測(cè)構(gòu)型、 地面探測(cè)四種構(gòu)型。但這種機(jī)械臂在進(jìn)行探測(cè)時(shí)各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器必須處于通電狀態(tài)，雖然可以采用帶永磁制動(dòng)器的電機(jī)實(shí)現(xiàn)其探測(cè)姿態(tài)的保持，但當(dāng)機(jī)械臂轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)需消耗更多的電能來(lái)克服永磁制動(dòng)力矩?！耙环N用于行星探測(cè)車(chē)的多功能機(jī)械臂”(發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)?201110137930. 8)提出了一種在舉升立體相機(jī)時(shí)不耗能的機(jī)械臂結(jié)構(gòu)，利用三角形穩(wěn)定性原理，使機(jī)械臂構(gòu)成三角形穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。機(jī)械臂構(gòu)成三角形穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的鎖定方案相對(duì)于各關(guān)節(jié)分別制動(dòng)方案，大大節(jié)約了電能消耗，減輕機(jī)構(gòu)重量，是一種低成本的簡(jiǎn)潔有效方案，實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是鎖定機(jī)構(gòu)的可行性和可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于行星探測(cè)的機(jī)械臂鎖定裝置，用于將桅桿與機(jī)械臂合二為一時(shí)提供一種將機(jī)械臂構(gòu)成三角形穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的可靠鎖定。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是—種用于行星探測(cè)的機(jī)械臂鎖定裝置，包括支架1、托架2、鎖栓盤(pán)3、鎖栓5、撥銷(xiāo) 4、鎖銷(xiāo)6、定位機(jī)構(gòu)10。其中，所述鎖栓盤(pán)3基本結(jié)構(gòu)為圓盤(pán)形結(jié)構(gòu)，所述支架1的上端設(shè)有一個(gè)與鎖栓盤(pán)3外圓同心的矩形截面環(huán)形鎖栓槽3a，并在鎖栓槽3a內(nèi)設(shè)有一段與環(huán)形槽同心的腰形孔北，鎖栓盤(pán)3與支架1通過(guò)定位銷(xiāo)8與螺釘二 7連成一體，并在上方加工出喇叭形鎖銷(xiāo)槽9，鎖銷(xiāo)槽9下部為半圓槽9a，兩側(cè)有錐面和斜面過(guò)渡；所述鎖栓5為半圓環(huán)形， 截面與鎖栓盤(pán)3的鎖栓槽3a相同，在鎖栓5上的孔內(nèi)裝有撥銷(xiāo)4，撥銷(xiāo)4通過(guò)腰形孔北伸出；所述鎖銷(xiāo)6與機(jī)械臂前臂11端部的支架16固連，鎖銷(xiāo)6中部為圓柱面6a，直徑與喇叭形鎖銷(xiāo)槽9的半圓槽9a相同，與鎖銷(xiāo)6圓柱面相鄰兩側(cè)為圓錐面6b，當(dāng)機(jī)械臂處于鎖定狀態(tài)時(shí)，鎖銷(xiāo)6位于喇叭形鎖銷(xiāo)槽9底部的半圓槽9a內(nèi)；所述撥銷(xiāo)4可由安裝于耳盤(pán)17上的兩個(gè)撥塊18分別撥動(dòng)沿腰形孔北順時(shí)針和逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，耳盤(pán)17由減速電機(jī)14通過(guò)諧波減速器15驅(qū)動(dòng)并與挖勺16連接。另外，所述定位機(jī)構(gòu)10由鋼珠10a、彈簧10b、法蘭套IOc組成，安裝于支架1 一側(cè)的孔內(nèi)，通過(guò)螺釘三IOd固定；所述鎖栓5的外圓面設(shè)有兩個(gè)定位錐孔恥，其相距角度與鎖栓5對(duì)喇叭形鎖銷(xiāo)槽9開(kāi)鎖與閉鎖位置的轉(zhuǎn)角相對(duì)應(yīng)，鋼珠IOa在鎖栓5開(kāi)鎖和閉鎖位置通過(guò)彈簧IOb的作用下頂入鎖栓5的定位錐孔恥內(nèi)。另外，所述托架2設(shè)有分布于支架1左右兩側(cè)帶圓弧槽的左托槽加和右托槽2b， 托槽的圓弧半徑稍大于機(jī)械臂圓管直徑，兩托槽的間距與機(jī)械臂折起時(shí)前后臂間距相同， 托架2與支架1通過(guò)螺釘一 2c連接。本發(fā)明的有益效果主要是1、本發(fā)明提供一種在鎖定狀態(tài)下不消耗電能機(jī)械臂鎖定方案，其原理是依靠機(jī)械結(jié)構(gòu)消除機(jī)械臂在鎖定狀態(tài)產(chǎn)生移動(dòng)的可能性，從而實(shí)現(xiàn)桅桿與機(jī)械臂合二為一、減輕重量、節(jié)約能耗的目的。2、利用機(jī)械臂挖勺處關(guān)節(jié)的輔助轉(zhuǎn)動(dòng)，分別由兩個(gè)撥塊撥動(dòng)撥銷(xiāo)帶動(dòng)鎖栓在鎖栓槽內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)而封住鎖銷(xiāo)出口，防止在受顛簸狀態(tài)造成鎖定不可靠，3、設(shè)置了定位機(jī)構(gòu)保持鎖定狀態(tài)的穩(wěn)定性。


附圖1是本發(fā)明的立體外觀視圖；附圖2是圖1的正視圖；附圖3是圖2的右視圖；附圖4是圖3的俯視圖；附圖5是機(jī)械臂在鎖定狀態(tài)的外觀立體圖。圖中1、支架，la、腰形孔，2、托架，2a、左托槽，2b、右托槽，2c、螺釘一，3、鎖栓盤(pán)， 3a、鎖栓槽，3b、腰形孔，4、撥銷(xiāo)，5、鎖栓，5a、栓頭，5b、定位錐孔，5c、栓尾，6、鎖銷(xiāo)，6a、圓柱面，6b、圓錐面，6c、螺釘孔，6d、銷(xiāo)軸，7、螺釘二，8、定位銷(xiāo)，9、鎖銷(xiāo)槽，9a、半圓槽，10、定位機(jī)構(gòu)，10a、鋼珠，10b、彈簧，10c、法蘭套，10d、螺釘三，11、前臂，12、法蘭管套，13、支座，14、減速電機(jī)，15、諧波減速器，16、挖勺，17、耳盤(pán)，18、撥塊。
具體實(shí)施例方式下面以本發(fā)明用于行星探測(cè)的機(jī)械臂的鎖定裝置為實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說(shuō)明。實(shí)施例本實(shí)例應(yīng)用背景參見(jiàn)“一種用于行星探測(cè)車(chē)的多功能機(jī)械臂”(發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)?201110137930. 8)。圖1為本發(fā)明外觀立體圖，裝置由支架1、托架2、鎖栓盤(pán)3、鎖栓5、撥銷(xiāo)4、鎖銷(xiāo)6、 定位機(jī)構(gòu)10等組成。其中，鎖銷(xiāo)6通過(guò)其一端的銷(xiāo)軸6d和螺釘孔6c與機(jī)械臂前端支座連接(圖幻，托架2用于機(jī)械臂收起狀態(tài)時(shí)的支撐，支架1提供鎖定裝置和托架2的支撐及安裝，并與鎖栓盤(pán)3合并后加工出喇叭形鎖銷(xiāo)槽9，支架1與托架2合成一體，有益于簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)和減輕重量。圖2為圖1帶局部剖視的正視圖，圖中顯示了鎖栓5、鎖栓盤(pán)3、定位機(jī)構(gòu)10的結(jié)構(gòu)和工作原理。鎖栓5安裝于鎖栓盤(pán)3的鎖栓槽3a內(nèi)，鎖栓5與撥銷(xiāo)4銷(xiāo)接，撥銷(xiāo)4伸出腰形孔北外，可通過(guò)外部撥塊18撥動(dòng)撥銷(xiāo)4使鎖栓5在鎖栓槽3a內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，腰形孔北限制撥銷(xiāo)4及鎖栓5的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍，撥銷(xiāo)4在腰形孔北中的兩端對(duì)應(yīng)鎖栓5相對(duì)于喇叭形鎖銷(xiāo)槽 9的開(kāi)鎖和閉鎖位置。圖中鎖栓5的實(shí)線位置為對(duì)鎖銷(xiāo)6的閉鎖狀態(tài)，虛線部分為栓頭fe 和栓尾5c對(duì)應(yīng)鎖銷(xiāo)6的開(kāi)鎖位置。圖中A為鎖銷(xiāo)6隨機(jī)械臂進(jìn)出鎖定位置的軌跡方向，B 為鎖栓開(kāi)鎖和入鎖的轉(zhuǎn)動(dòng)軌跡方向。鎖栓盤(pán)3、鎖栓5和鎖栓槽3a的圓心與定位銷(xiāo)8中心重合，鎖銷(xiāo)槽9底部的半圓槽9a中心位于鎖栓5回轉(zhuǎn)中心的右上方位置，當(dāng)鎖銷(xiāo)6處于半圓槽9a內(nèi)時(shí)，通過(guò)撥銷(xiāo)4可帶動(dòng)鎖栓5轉(zhuǎn)動(dòng)使栓頭fe伸出將鎖銷(xiāo)6的圓柱面6b壓住，封住鎖銷(xiāo)6的出口，從而實(shí)現(xiàn)鎖銷(xiāo)6的可靠鎖定。圖3為圖2的右視圖并對(duì)鎖栓盤(pán)3位置進(jìn)行了局部剖視，鎖銷(xiāo)6中部為圓柱面6b， 兩側(cè)為圓錐面6a，通過(guò)鎖銷(xiāo)6 —端設(shè)置的圓柱銷(xiāo)6d和螺釘孔6c與機(jī)械臂前臂11端部的支座定位安裝，鎖銷(xiāo)6的圓柱面6b與喇叭形鎖銷(xiāo)槽9下部的半圓槽9a配合，實(shí)現(xiàn)與鎖銷(xiāo)6 軸線垂直平面內(nèi)的定位，鎖銷(xiāo)6兩側(cè)的圓錐面6a實(shí)現(xiàn)鎖銷(xiāo)6對(duì)鎖栓盤(pán)3及支架1在鎖銷(xiāo)6 軸線方向的定位。圖4為鎖定裝置在鎖銷(xiāo)6進(jìn)入鎖銷(xiāo)槽9后鎖栓5處于開(kāi)鎖時(shí)的狀態(tài)，支架1下端安裝面設(shè)有四個(gè)腰形安裝孔，便于微量調(diào)整安裝位置，圖5為機(jī)械臂進(jìn)入鎖定狀態(tài)的立體視圖，圖中顯示了機(jī)械臂前臂11、法蘭管套12、 支座13、驅(qū)動(dòng)腕部關(guān)節(jié)的減速電機(jī)14、諧波減速器15、挖勺16、耳盤(pán)17、撥塊18的布局結(jié)構(gòu)及與鎖定裝置的位置關(guān)系。機(jī)械臂的前臂11通過(guò)法蘭管套12與支座13連接，支座為U 形結(jié)構(gòu)，一端與鎖銷(xiāo)6連接，并提供耳盤(pán)17的旋轉(zhuǎn)支撐，另一端安裝減速電機(jī)14，并通過(guò)諧波減速器15降速及放大扭矩驅(qū)動(dòng)耳盤(pán)17轉(zhuǎn)動(dòng)，耳盤(pán)17的外側(cè)設(shè)有兩個(gè)撥塊18 ( 一個(gè)被遮擋)，并于挖勺相連。整個(gè)鎖定裝置的功能就是對(duì)機(jī)械臂的腕部關(guān)節(jié)(即挖勺處關(guān)節(jié))進(jìn)行可靠鎖定， 包括鎖定狀態(tài)和開(kāi)鎖狀態(tài)，進(jìn)鎖是機(jī)械臂從采樣或收起狀態(tài)進(jìn)入鎖定狀態(tài)的過(guò)程，出鎖是機(jī)械臂脫離鎖定狀態(tài)轉(zhuǎn)為實(shí)施采樣或轉(zhuǎn)為收起狀態(tài)的過(guò)程。機(jī)械臂進(jìn)鎖與出鎖過(guò)程如下入鎖前，通過(guò)對(duì)機(jī)械臂各關(guān)節(jié)電機(jī)的控制，使機(jī)械臂腕部支座13上的鎖銷(xiāo)6位于鎖定裝置的鎖銷(xiāo)槽9上方，同時(shí)，位于機(jī)械臂腕部的挖勺17應(yīng)轉(zhuǎn)到合適角度，使撥塊18處于正確位置(避免進(jìn)入時(shí)與撥銷(xiāo)4相碰)，當(dāng)鎖銷(xiāo)6下行進(jìn)入鎖銷(xiāo)槽9底部的半圓槽9a后， 通過(guò)減速電機(jī)14的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)耳盤(pán)17上的撥塊18撥動(dòng)撥銷(xiāo)4轉(zhuǎn)動(dòng)，使鎖栓5的栓頭fe伸出對(duì)鎖銷(xiāo)6實(shí)施鎖定。出鎖時(shí)，電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)另一撥塊撥動(dòng)撥銷(xiāo)4帶動(dòng)鎖栓5的栓頭fe退入鎖栓槽 3a內(nèi)。為避免鎖銷(xiāo)6隨機(jī)械臂脫離鎖定位置時(shí)，撥塊18與撥銷(xiāo)4相碰，應(yīng)將撥塊18隨耳盤(pán)17再轉(zhuǎn)一定角度(與進(jìn)鎖時(shí)轉(zhuǎn)向相同)，使撥塊18與撥銷(xiāo)4脫離，以便鎖銷(xiāo)6順利出鎖。 不論鎖栓5在鎖定和非鎖定位置，均由定位機(jī)構(gòu)10的鋼珠IOa在彈簧IOa作用下分別頂入鎖栓5的兩個(gè)定位錐孔5b，實(shí)現(xiàn)鎖栓5的狀態(tài)保持，當(dāng)撥動(dòng)鎖栓5轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)減速電機(jī)14 提供的扭矩克服彈簧IOb推力將鋼珠IOa頂出定位錐孔10b。
權(quán)利要求
1.一種用于行星探測(cè)機(jī)械臂的鎖定裝置，其特征在于包括支架(1)、托架O)、鎖栓盤(pán) (3)、鎖栓(5)、撥銷(xiāo)、鎖銷(xiāo)(6)、定位機(jī)構(gòu)(10)，其中所述鎖栓盤(pán)(3)為圓盤(pán)形結(jié)構(gòu)，在與支架(1)安裝面設(shè)有一個(gè)與鎖栓盤(pán)C3)外圓同心的矩形截面環(huán)形鎖栓槽(3a)，并在鎖栓槽(3a)內(nèi)設(shè)有一段與鎖栓槽(3a)同心的腰形孔(北)，鎖栓盤(pán)(3)與支架⑴通過(guò)定位銷(xiāo)(8)與螺釘二(7)連成一體，并在上方加工出喇叭形鎖銷(xiāo)槽(9)，鎖銷(xiāo)槽(9)下部為半圓槽 (9a)，兩側(cè)由錐面和斜面過(guò)渡；所述鎖栓( 為半圓環(huán)形，截面與鎖栓盤(pán)C3)的鎖栓槽(3a) 相同，在鎖栓(5)上的孔內(nèi)裝有撥銷(xiāo)，撥銷(xiāo)⑷通過(guò)腰形孔(3b)伸出；所述鎖銷(xiāo)(6)與機(jī)械臂前臂(11)端部的支架(13)固連，鎖銷(xiāo)(6)中部為圓柱面(6a)，直徑與喇叭形鎖銷(xiāo)槽(9)的半圓槽(9a)相同，與鎖銷(xiāo)(6)圓柱面(6a)相鄰兩側(cè)為圓錐面(6b)，當(dāng)機(jī)械臂處于鎖定狀態(tài)時(shí)，鎖銷(xiāo)(6)位于喇叭形鎖銷(xiāo)槽(9)底部的半圓槽(9a)內(nèi)；所述撥銷(xiāo)⑷可由安裝于耳盤(pán)(17)上的兩個(gè)撥快(18)分別撥動(dòng)沿腰形孔(3b)順時(shí)針和逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，耳盤(pán)(17) 由減速電機(jī)(14)通過(guò)諧波減速器(1 驅(qū)動(dòng)并與挖勺(16)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于行星探測(cè)機(jī)械臂的鎖定裝置，其特征在于所述定位機(jī)構(gòu)(10)由鋼珠(10a)、彈簧(10b)、法蘭套(IOc)組成，安裝于支架(1) 一側(cè)的孔內(nèi)，通過(guò)螺釘三(IOd)固定；所述鎖栓( 的外圓面設(shè)有兩個(gè)定位錐孔( )，其相距角度與鎖栓(5) 對(duì)喇叭形鎖銷(xiāo)槽(9)開(kāi)鎖與閉鎖位置的轉(zhuǎn)角相對(duì)應(yīng)，鋼珠(IOa)在鎖栓(5)開(kāi)鎖和閉鎖位置通過(guò)彈簧(IOb)的作用下頂入鎖栓(5)的定位錐孔(5b)內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于行星探測(cè)機(jī)械臂的鎖定裝置，其特征在于所述托架 (2)設(shè)有分布于支架(1)左右兩側(cè)帶圓弧槽的左托槽Oa)和右托槽(2b)，托槽的圓弧半徑稍大于機(jī)械臂圓管直徑，兩托槽的間距與機(jī)械臂折起時(shí)前后臂間距相同，托架O)與支架 (1)通過(guò)螺釘一 Oc)連接。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于行星探測(cè)機(jī)械臂的鎖定裝置，由支架、托架、鎖栓盤(pán)、鎖栓、撥銷(xiāo)、鎖銷(xiāo)、定位機(jī)構(gòu)組成。本發(fā)明的鎖定裝置是通過(guò)鎖栓盤(pán)、鎖栓、鎖銷(xiāo)等機(jī)械結(jié)構(gòu)，并利用機(jī)械臂挖勺處關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械臂保持三角形穩(wěn)定構(gòu)形狀態(tài)下的可靠鎖定。本發(fā)明的鎖定裝置在鎖定狀態(tài)下不僅不消耗電能，而且還消除了機(jī)械臂在鎖定狀態(tài)產(chǎn)生移動(dòng)的可能性，從而提高了機(jī)械臂鎖定的可靠性，實(shí)現(xiàn)了桅桿與機(jī)械臂合二為一、減輕重量、節(jié)約能耗的目的。
文檔編號(hào)B25J18/00GK102423882SQ20111031332
公開(kāi)日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2011年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月14日
發(fā)明者劉冠軍, 劉杰, 張冰蔚 申請(qǐng)人:江蘇科技大學(xué)