專利名稱：一種用于行星探測的機械臂鎖定裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種鎖定機構，尤其是一種用于行星探測機械臂的鎖定裝置。
背景技術：
迄今為止，美國已登錄火星的無人探測車或登陸器，如1997年發射的“火星探路者號” (Mars Pathfinder)、2003 年升空的“機遇號” (Opportunity)和“勇氣號”(Spirit)、 2007年的“鳳凰號”(Phoenix)以及原計劃2011年發射的火星車“獵奇號”(Curiosity)均設有舉升立體相機的桅桿(Mast)和用于采集巖石樣本作業的機械臂(Arm)。立體相機用于拍攝環境照片并為機械臂捕捉目標，機械臂用于采集巖石樣本。在絕大多數時間內，機械臂處于待命的非工作狀態，而立體相機則需長時間工作，在機械臂工作的短暫時間內暫停目標捕捉。由于立體相機捕捉目標與機械臂采集巖石樣本作業非同時工作，為桅桿與機械臂兩臂合一提供了可能性。發明專利“一種用于探測作業的三自由度機械臂結構”(ZL200610134^6.5)，提出了一種將桅桿和機械臂合二為一的結構，具有折疊構型、舉升觀測構型、就位探測構型、 地面探測四種構型。但這種機械臂在進行探測時各關節驅動器必須處于通電狀態，雖然可以采用帶永磁制動器的電機實現其探測姿態的保持，但當機械臂轉動時需消耗更多的電能來克服永磁制動力矩。“一種用于行星探測車的多功能機械臂”(發明專利申請號 201110137930. 8)提出了一種在舉升立體相機時不耗能的機械臂結構，利用三角形穩定性原理，使機械臂構成三角形穩定結構。機械臂構成三角形穩定結構的鎖定方案相對于各關節分別制動方案，大大節約了電能消耗，減輕機構重量，是一種低成本的簡潔有效方案，實現的關鍵是鎖定機構的可行性和可靠性。
發明內容
本發明的目的是提供一種用于行星探測的機械臂鎖定裝置，用于將桅桿與機械臂合二為一時提供一種將機械臂構成三角形穩定結構的可靠鎖定。為了達到上述目的，本發明采取的技術方案是—種用于行星探測的機械臂鎖定裝置，包括支架1、托架2、鎖栓盤3、鎖栓5、撥銷 4、鎖銷6、定位機構10。其中，所述鎖栓盤3基本結構為圓盤形結構，所述支架1的上端設有一個與鎖栓盤3外圓同心的矩形截面環形鎖栓槽3a，并在鎖栓槽3a內設有一段與環形槽同心的腰形孔北，鎖栓盤3與支架1通過定位銷8與螺釘二 7連成一體，并在上方加工出喇叭形鎖銷槽9，鎖銷槽9下部為半圓槽9a，兩側有錐面和斜面過渡；所述鎖栓5為半圓環形， 截面與鎖栓盤3的鎖栓槽3a相同，在鎖栓5上的孔內裝有撥銷4，撥銷4通過腰形孔北伸出；所述鎖銷6與機械臂前臂11端部的支架16固連，鎖銷6中部為圓柱面6a，直徑與喇叭形鎖銷槽9的半圓槽9a相同，與鎖銷6圓柱面相鄰兩側為圓錐面6b，當機械臂處于鎖定狀態時，鎖銷6位于喇叭形鎖銷槽9底部的半圓槽9a內；所述撥銷4可由安裝于耳盤17上的兩個撥塊18分別撥動沿腰形孔北順時針和逆時針轉動，耳盤17由減速電機14通過諧波減速器15驅動并與挖勺16連接。另外，所述定位機構10由鋼珠10a、彈簧10b、法蘭套IOc組成，安裝于支架1 一側的孔內，通過螺釘三IOd固定；所述鎖栓5的外圓面設有兩個定位錐孔恥，其相距角度與鎖栓5對喇叭形鎖銷槽9開鎖與閉鎖位置的轉角相對應，鋼珠IOa在鎖栓5開鎖和閉鎖位置通過彈簧IOb的作用下頂入鎖栓5的定位錐孔恥內。另外，所述托架2設有分布于支架1左右兩側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械臂圓管直徑，兩托槽的間距與機械臂折起時前后臂間距相同， 托架2與支架1通過螺釘一 2c連接。本發明的有益效果主要是1、本發明提供一種在鎖定狀態下不消耗電能機械臂鎖定方案，其原理是依靠機械結構消除機械臂在鎖定狀態產生移動的可能性，從而實現桅桿與機械臂合二為一、減輕重量、節約能耗的目的。2、利用機械臂挖勺處關節的輔助轉動，分別由兩個撥塊撥動撥銷帶動鎖栓在鎖栓槽內轉動而封住鎖銷出口，防止在受顛簸狀態造成鎖定不可靠，3、設置了定位機構保持鎖定狀態的穩定性。
附圖1是本發明的立體外觀視圖；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是機械臂在鎖定狀態的外觀立體圖。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， 3a、鎖栓槽，3b、腰形孔，4、撥銷，5、鎖栓，5a、栓頭，5b、定位錐孔，5c、栓尾，6、鎖銷，6a、圓柱面，6b、圓錐面，6c、螺釘孔，6d、銷軸，7、螺釘二，8、定位銷，9、鎖銷槽，9a、半圓槽，10、定位機構，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，15、諧波減速器，16、挖勺，17、耳盤，18、撥塊。
具體實施例方式下面以本發明用于行星探測的機械臂的鎖定裝置為實施例，并結合附圖，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。實施例本實例應用背景參見“一種用于行星探測車的多功能機械臂”(發明專利申請號 201110137930. 8)。圖1為本發明外觀立體圖，裝置由支架1、托架2、鎖栓盤3、鎖栓5、撥銷4、鎖銷6、 定位機構10等組成。其中，鎖銷6通過其一端的銷軸6d和螺釘孔6c與機械臂前端支座連接(圖幻，托架2用于機械臂收起狀態時的支撐，支架1提供鎖定裝置和托架2的支撐及安裝，并與鎖栓盤3合并后加工出喇叭形鎖銷槽9，支架1與托架2合成一體，有益于簡化機構和減輕重量。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3、定位機構10的結構和工作原理。鎖栓5安裝于鎖栓盤3的鎖栓槽3a內，鎖栓5與撥銷4銷接，撥銷4伸出腰形孔北外，可通過外部撥塊18撥動撥銷4使鎖栓5在鎖栓槽3a內轉動，腰形孔北限制撥銷4及鎖栓5的轉動范圍，撥銷4在腰形孔北中的兩端對應鎖栓5相對于喇叭形鎖銷槽 9的開鎖和閉鎖位置。圖中鎖栓5的實線位置為對鎖銷6的閉鎖狀態，虛線部分為栓頭fe 和栓尾5c對應鎖銷6的開鎖位置。圖中A為鎖銷6隨機械臂進出鎖定位置的軌跡方向，B 為鎖栓開鎖和入鎖的轉動軌跡方向。鎖栓盤3、鎖栓5和鎖栓槽3a的圓心與定位銷8中心重合，鎖銷槽9底部的半圓槽9a中心位于鎖栓5回轉中心的右上方位置，當鎖銷6處于半圓槽9a內時，通過撥銷4可帶動鎖栓5轉動使栓頭fe伸出將鎖銷6的圓柱面6b壓住，封住鎖銷6的出口，從而實現鎖銷6的可靠鎖定。圖3為圖2的右視圖并對鎖栓盤3位置進行了局部剖視，鎖銷6中部為圓柱面6b， 兩側為圓錐面6a，通過鎖銷6 —端設置的圓柱銷6d和螺釘孔6c與機械臂前臂11端部的支座定位安裝，鎖銷6的圓柱面6b與喇叭形鎖銷槽9下部的半圓槽9a配合，實現與鎖銷6 軸線垂直平面內的定位，鎖銷6兩側的圓錐面6a實現鎖銷6對鎖栓盤3及支架1在鎖銷6 軸線方向的定位。圖4為鎖定裝置在鎖銷6進入鎖銷槽9后鎖栓5處于開鎖時的狀態，支架1下端安裝面設有四個腰形安裝孔，便于微量調整安裝位置，圖5為機械臂進入鎖定狀態的立體視圖，圖中顯示了機械臂前臂11、法蘭管套12、 支座13、驅動腕部關節的減速電機14、諧波減速器15、挖勺16、耳盤17、撥塊18的布局結構及與鎖定裝置的位置關系。機械臂的前臂11通過法蘭管套12與支座13連接，支座為U 形結構，一端與鎖銷6連接，并提供耳盤17的旋轉支撐，另一端安裝減速電機14，并通過諧波減速器15降速及放大扭矩驅動耳盤17轉動，耳盤17的外側設有兩個撥塊18 ( 一個被遮擋)，并于挖勺相連。整個鎖定裝置的功能就是對機械臂的腕部關節(即挖勺處關節)進行可靠鎖定， 包括鎖定狀態和開鎖狀態，進鎖是機械臂從采樣或收起狀態進入鎖定狀態的過程，出鎖是機械臂脫離鎖定狀態轉為實施采樣或轉為收起狀態的過程。機械臂進鎖與出鎖過程如下入鎖前，通過對機械臂各關節電機的控制，使機械臂腕部支座13上的鎖銷6位于鎖定裝置的鎖銷槽9上方，同時，位于機械臂腕部的挖勺17應轉到合適角度，使撥塊18處于正確位置(避免進入時與撥銷4相碰)，當鎖銷6下行進入鎖銷槽9底部的半圓槽9a后， 通過減速電機14的旋轉帶動耳盤17上的撥塊18撥動撥銷4轉動，使鎖栓5的栓頭fe伸出對鎖銷6實施鎖定。出鎖時，電機反向轉動通過另一撥塊撥動撥銷4帶動鎖栓5的栓頭fe退入鎖栓槽 3a內。為避免鎖銷6隨機械臂脫離鎖定位置時，撥塊18與撥銷4相碰，應將撥塊18隨耳盤17再轉一定角度(與進鎖時轉向相同)，使撥塊18與撥銷4脫離，以便鎖銷6順利出鎖。 不論鎖栓5在鎖定和非鎖定位置，均由定位機構10的鋼珠IOa在彈簧IOa作用下分別頂入鎖栓5的兩個定位錐孔5b，實現鎖栓5的狀態保持，當撥動鎖栓5轉動時，通過減速電機14 提供的扭矩克服彈簧IOb推力將鋼珠IOa頂出定位錐孔10b。
權利要求
1.一種用于行星探測機械臂的鎖定裝置，其特征在于包括支架(1)、托架O)、鎖栓盤 (3)、鎖栓(5)、撥銷、鎖銷(6)、定位機構(10)，其中所述鎖栓盤(3)為圓盤形結構，在與支架(1)安裝面設有一個與鎖栓盤C3)外圓同心的矩形截面環形鎖栓槽(3a)，并在鎖栓槽(3a)內設有一段與鎖栓槽(3a)同心的腰形孔(北)，鎖栓盤(3)與支架⑴通過定位銷(8)與螺釘二(7)連成一體，并在上方加工出喇叭形鎖銷槽(9)，鎖銷槽(9)下部為半圓槽 (9a)，兩側由錐面和斜面過渡；所述鎖栓( 為半圓環形，截面與鎖栓盤C3)的鎖栓槽(3a) 相同，在鎖栓(5)上的孔內裝有撥銷，撥銷⑷通過腰形孔(3b)伸出；所述鎖銷(6)與機械臂前臂(11)端部的支架(13)固連，鎖銷(6)中部為圓柱面(6a)，直徑與喇叭形鎖銷槽(9)的半圓槽(9a)相同，與鎖銷(6)圓柱面(6a)相鄰兩側為圓錐面(6b)，當機械臂處于鎖定狀態時，鎖銷(6)位于喇叭形鎖銷槽(9)底部的半圓槽(9a)內；所述撥銷⑷可由安裝于耳盤(17)上的兩個撥快(18)分別撥動沿腰形孔(3b)順時針和逆時針轉動，耳盤(17) 由減速電機(14)通過諧波減速器(1 驅動并與挖勺(16)連接。
2.根據權利要求1所述的一種用于行星探測機械臂的鎖定裝置，其特征在于所述定位機構(10)由鋼珠(10a)、彈簧(10b)、法蘭套(IOc)組成，安裝于支架(1) 一側的孔內，通過螺釘三(IOd)固定；所述鎖栓( 的外圓面設有兩個定位錐孔( )，其相距角度與鎖栓(5) 對喇叭形鎖銷槽(9)開鎖與閉鎖位置的轉角相對應，鋼珠(IOa)在鎖栓(5)開鎖和閉鎖位置通過彈簧(IOb)的作用下頂入鎖栓(5)的定位錐孔(5b)內。
3.根據權利要求1所述的一種用于行星探測機械臂的鎖定裝置，其特征在于所述托架 (2)設有分布于支架(1)左右兩側帶圓弧槽的左托槽Oa)和右托槽(2b)，托槽的圓弧半徑稍大于機械臂圓管直徑，兩托槽的間距與機械臂折起時前后臂間距相同，托架O)與支架 (1)通過螺釘一 Oc)連接。
全文摘要
本發明公開了一種用于行星探測機械臂的鎖定裝置，由支架、托架、鎖栓盤、鎖栓、撥銷、鎖銷、定位機構組成。本發明的鎖定裝置是通過鎖栓盤、鎖栓、鎖銷等機械結構，并利用機械臂挖勺處關節的轉動，實現了機械臂保持三角形穩定構形狀態下的可靠鎖定。本發明的鎖定裝置在鎖定狀態下不僅不消耗電能，而且還消除了機械臂在鎖定狀態產生移動的可能性，從而提高了機械臂鎖定的可靠性，實現了桅桿與機械臂合二為一、減輕重量、節約能耗的目的。
文檔編號B25J18/00GK102423882SQ20111031332
公開日2012年4月25日 申請日期2011年10月14日 優先權日2011年10月14日
發明者劉冠軍, 劉杰, 張冰蔚 申請人:江蘇科技大學