一種模塊化大力矩空間機械臂關節的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明用于機器人技術領域，特別是涉及一種模塊化大力矩空間機械臂關節。
【背景技術】
[0002]隨著我國空間技術的發展，機器人技術在空間中的應用越來越廣泛。人們希望機器人能更加靈活地適應各種工作環境，完成更為復雜的任務。傳統機器人因其自身機械結構的限制，很難適應工作環境和工作任務的變化，另外有些工作環境人們事先無法準確預知，空間站上許多工作需要機器人來完成，由于重量的限制，不可能將所有的機器人都發射到空間站中。因此，可重構機械人是解決這一問題的現實途徑。基于模塊化設計的可重構機械臂模塊化關節的研究尤為必要。目前國內研究所的機械臂模塊化關節都存在結構復雜，體積大，重量大，價格昂貴的問題，機械接口往往采用螺釘連接，無法靈活的完成各種復雜任務。
【發明內容】
[0003]本發明提供一種模塊化大力矩空間機械臂關節，解決現有關節體積大，重量大，價格昂貴，靈活度低的問題。
[0004]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:一種模塊化大力矩空間機械臂關節，包括關節輸入端、關節輸出端和安裝在所述關節輸出端端部的關節機械接口，所述關節輸入端包括靜塊，關節輸出端包括動塊，靜塊上安裝有可驅動動塊轉動的電機，所述電機的輸出端設有減速機構，所述減速機構包括安裝在所述電機輸出端的齒輪箱以及安裝在齒輪箱和動塊間的諧波減速器，所述諧波減速器包括與所述靜塊固定連接的鋼輪、安裝在所述鋼輪內側的波發生器以及安裝在所述鋼輪和波發生器間的柔輪，所述齒輪箱具有可驅動波發生器轉動的輸入軸，所述柔輪通過輸出軸與動塊連接。
[0005]進一步作為本發明技術方案的改進，所述輸入軸上設有軸肩，所述輸入軸上在軸肩和齒輪箱間安裝有失電制動器，所述失電制動器包括與齒輪箱固定連接的磁軛、與所述輸入軸的軸肩固定連接的法蘭、設在所述磁軛和法蘭間的銜鐵以及可將所述銜鐵向磁軛一側頂推的彈簧片，磁軛通電時，磁軛可通過磁力將銜鐵推離磁軛，銜鐵隨法蘭同步轉動；磁軛失電時，銜鐵在彈簧片的作用下與磁軛接觸并通過摩擦提供阻止法蘭轉動的制動力。
[0006]進一步作為本發明技術方案的改進，所述動塊上設有力矩傳感器，所述輸出軸通過所述力矩傳感器與動塊固定連接。
[0007]進一步作為本發明技術方案的改進，所述關節機械接口包括機座和轉動套，機座的端面設有U型槽，轉動套的一端嵌入所述U型槽內，并與U型槽的內壁螺紋連接，穿過所述轉動套的側壁設有若干周向定位銷，周向定位銷在轉動套內的一端設有限位凸臺，周向定位銷上在轉動套和限位凸臺間套裝有壓縮彈簧，所述轉動套的內部設有錐軸，所述周向定位銷端部形成球面并與所述錐軸在所述壓縮彈簧的作用下保持接觸，所述錐軸在靠近U型槽底部的一側設有轉動盤，所述轉動盤與轉動套的內壁間通過滑鍵連接，所述機座上在U型槽的底部設有驅動所述錐軸轉動的直流電機。
[0008]進一步作為本發明技術方案的改進，所述機座的端面上在轉動套的外圍形成對接平臺，所述對接平臺上設有若干軸向定位銷。
[0009]進一步作為本發明技術方案的改進，所述對接平臺上設有若干電源觸點機械限位集成機構，所述電源觸點機械限位集成機構包括外殼、設在所述外殼底部的輕觸按鍵、設在所述輕觸按鍵頂部并伸出外殼的觸桿以及設在所述觸桿和輕觸按鍵間的小彈簧。
[0010]進一步作為本發明技術方案的改進，所述靜塊包括第一靜塊和設在所述第一靜塊后端并深入所述動塊內的第二靜塊，所述第一靜塊的前端設有靜塊端蓋，所述電機設在所述靜塊端蓋上，所述第一靜塊內設有支撐所述輸入軸的第一軸承壓蓋，所述第二靜塊上設有支撐所述輸出軸的第二軸承壓蓋，所述諧波減速器位于所述第一軸承壓蓋和第二軸承壓蓋間，所述第一軸承壓蓋和輸入軸間、動塊和第二靜塊間以及第二軸承壓蓋和輸出軸間均設有角接觸球軸承。
[0011]進一步作為本發明技術方案的改進，所述動塊套接在所述第一靜塊末端，動塊和第一靜塊間設有O型密封圈。
[0012]進一步作為本發明技術方案的改進，所述輸入軸與波發生器間通過鍵連接，輸入軸的端部在波發生器的外側設有軸端擋板。
[0013]進一步作為本發明技術方案的改進，所述第一靜塊、第一軸承壓蓋、鋼輪和第二靜塊通過螺釘緊固連接。
[0014]本發明的有益效果:本模塊化大力矩空間機械臂關節，采用齒輪箱和諧波減速器的減速機構實現關節輸入端和關節輸出端的動力傳動，方便安裝、精度高、質量輕、體積小、扭矩大。集成度高，結構簡單緊湊，較少采用定制產品，開發裝配周期短，關節末端有易于重構的機械接口，能夠適應未來空間機械臂的需求。
【附圖說明】
[0015]下面結合附圖對本發明作進一步說明:
圖1是本發明整體結構示意圖；
圖2是本發明內部結構示意圖；
圖3是本發明諧波減速器結構示意圖；
圖4是本發明失電制動器結構示意圖；
圖5是本發明關節機械接口截面圖；
圖6是本發明關節機械接口整體結構示意圖；
圖7是本發明電源觸點機械限位集成機構示意圖。
【具體實施方式】
[0016]參照圖1至圖7，其顯示出了本發明之較佳實施例的具體結構。以下將詳細說明本發明各元件的結構特點，而如果有描述到方向(上、下、左、右、前及后)時，是以圖2所示的結構為參考描述，但本發明的實際使用方向并不局限于此。
[0017]本發明提供了一種模塊化大力矩空間機械臂關節，包括關節輸入端1、關節輸出端2和設在所述關節輸出端2端部的關節機械接口 3，所述關節輸入端I包括靜塊，關節輸出端2包括動塊21，靜塊上設有可驅動動塊轉動的電機11，電機11為直流無刷電機，優選maxon電機，所述電機11的輸出端設有減速機構，所述減速機構包括設在所述電機11輸出端的齒輪箱12以及設在齒輪箱12和動塊間的諧波減速器13，所述諧波減速器13包括與所述靜塊固定連接的鋼輪131、設在所述鋼輪131內側的波發生器132以及設在所述鋼輪131和波發生器132間的柔輪133，諧波減速器13采用本領域常規設計，在此不再贅述，所述齒輪箱12具有可驅動波發生器132轉動的輸入軸14，所述輸入軸14與波發生器132間通過鍵連接，輸入軸14的端部在波發生器132的外側設有軸端擋板141。所述柔輪133通過輸出軸16與動塊21固定連接。
[0018]所述靜塊包括第一靜塊151和設在所述第一靜塊151后端并深入所述動塊21內的第二靜塊152，所述第一靜塊151的前端設有靜塊端蓋153，所述電機11設在所述靜塊端蓋153上，所述第一靜塊151內設有支撐所述輸入軸14的第一軸承壓蓋154，所述第一靜塊151、第一軸承壓蓋154、鋼輪131和第二靜塊152通過螺釘緊固連接。所述第二靜塊152上設有支撐所述輸出軸16的第二軸承壓蓋155，所述諧波減速器13位于所述第一軸承壓蓋154和第二軸承壓蓋155間，所述第一軸承壓蓋154和輸入軸14間、動塊21和第二靜塊152間以及第二軸承壓蓋155和輸出軸16間均設有角接觸球軸承，輸入軸14和輸出軸16全部采用角接觸球軸承定位，能夠承受諧波減速器13加減速帶來的軸向力。
[0019]所述動塊21套接在所述第一靜塊151末端，動塊21和第一靜塊151間設有O型圈，在動塊21的前端內部安裝有機械限位擋塊，在第一靜塊151內部安裝有霍爾開關，本發明中關節限位裝置包括機械限位擋塊和霍爾開關，避免了純機械限位可能帶來的碰撞，比純電氣限位的可靠性要高。
[0020]本模塊化大力矩空間機械臂關節