专利名称：关键组件在轨可更换的空间机器人关节的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种空间机器人关节，具体涉及一种关键组件在轨可更换的空间机器 人关节，属于机器人技术领域。
背景技术：
目前空间机器人包括德国宇航中心研制了六自由度空间机械臂ROTEX遥操作实 验和双关节机器人R0KVIS，用于验证DLR的轻型空间机器人关节技术。加拿大为国际空间 站研制的遥操作臂系统SSRMS，该臂主要用来组装和维护国际空间站，并协助宇航员进行 舱外活动，该臂的末端还装有可进行空间操作的特殊用途灵巧操作器SPDM，类似功能的还 有欧洲空间局的ERA以及日本的JEMRMS。日本国家空间局NASDA还研制了应用于卫星的 ETS-VII空间机械臂。美国的空气推进实验室火星漫游车上的机械臂和欧洲空间局猎兔犬 上的机械臂也是空间机械臂研制的另一个重要方向。空间机械臂造价昂贵，并且会在将来承担更多更重要的在轨执行任务。某些情况 下还会需要长期甚至永久的在太空工作。关键组件只有在轨更换，才能保证整个机械臂的 可靠性以及高寿命。作为关节来说，其关键组件包括关节驱动组件、关节传动组件、关节电 路板组件，甚至某块电路板、这些组件各自的可靠性及寿命都不尽相同，如果保证关节可在 轨更换的同时，又实现各组件的在轨更换，将最大程度上降低维护成本及提高机械臂寿命。 目前的空间机器人并没有所有功能组件都可快换的关节，这将是未来空间机器人关节发展 的趋势。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的空间机器人关节无法实现在轨更换关键组件的 问题，进而提供一种关键组件在轨可更换的空间机器人关节。本发明的技术方案是关键组件在轨可更换的空间机器人关节包括关节驱动组 件、关节传动组件、快换连接部件和两个关节电气组件；所述关节驱动组件包括电机转子、 电机定子、电机壳体、制动器壳体、电磁线圈、制动器盖、轴向制动盘、转动制动盘、第一轴 承、轴套、调整套筒、轴承挡圈、第一测角元件、卡圈、传动轴、第二轴承、轴承压盖、锁紧螺 母、电机键、第一连接键、测角元件键、多个弹簧导杆、多个制动弹簧和多个紧固螺母；所述传动轴上由左到右套装有电机壳体和制动器壳体，传动轴与电机壳体之间设 有第二轴承，所述电机壳体上固定安装有轴承压盖，轴承压盖用于封装第二轴承，所述电机 转子设置在电机壳体内，且电机转子通过电机键固定安装在传动轴上，所述电机定子设置 在电机壳体内，且电机定子套装在电机转子的外部，传动轴与制动器壳体之间设有第一轴 承，所述轴套套装在传动轴上，所述轴承挡圈固定安装在制动器壳体的内壁上，轴套连同轴 承挡圈用于限定第一轴承的轴向位置，所述电磁线圈设置在制动器壳体内，所述调整套筒 套装在传动轴上，且调整套筒位于轴承挡圈的内部，转动制动盘通过第一连接键固定安装 在传动轴上，且转动制动盘位于调整套筒的右端，转动制动盘通过锁紧螺母和连接件固定安装在传动轴上，所述转动制动盘与制动器壳体之间设置有轴向制动盘，所述轴向制动盘 通过多个弹簧导杆和紧固螺母与制动器壳体连接，每个弹簧导杆上均套装有一个制动弹 簧，且制动弹簧位于制动器壳体与轴向制动盘之间，所述制动器壳体的右端面上盖装有制 动器盖，第一测角元件设置在制动器壳体与传动轴之间，且第一测角元件通过测角元件键 与传动轴固定连接，第一测角元件通过卡圈与制动器壳体固定连接，所述电机壳体的外圆 上加工有第一外花键，传动轴的左端外壁上加工有第二外花键；所述关节传动组件包括关节外壳、力矩传感器、连接件、轴承端盖、谐波减速器、关 节驱动组件安装套筒、轴承压圈、轴系压紧螺母、关节前盖、驱动单元压紧螺母、测角元件压 环、关节内壳、空心轴、第四轴承、轴承盖、关节后盖、第二测角元件、机械限位块、第二连接 键、多个快换接头紧固销部件、多个销孔座、多个紧固销及两组第三轴承；所述关节内壳设置在关节外壳内，关节内壳与关节外壳之间安装有两组第三轴 承，空心轴设置在关节内壳内，且空心轴与关节内壳以及关节外壳同轴线设置，关节内壳的 左端面上固定安装有轴承端盖，轴承端盖用于限定左端的一组第三轴承的轴向位置，关节 内壳的右端螺纹连接有轴承压紧螺母，关节外壳的右端固定连接有轴承压圈，轴承压圈协 同轴承压紧螺母用于限定右端一组第三轴承的轴向位置，机械限位块固定安装在关节内壳 上，机械限位块协同轴承压圈用于限定关节内壳与关节外壳的周向回转位置，所述关节内 壳的右端面上固定安装有关节前盖，关节后盖固定安装在关节外壳的左端面上，所述谐波 减速器安装在关节内壳内，谐波减速器上加工有第二内花键，所述第二测角元件通过其转 子固定安装在空心轴上，力矩传感器固定安装在关节外壳的左台肩端面上，力矩传感器与 空心轴之间安装有第四轴承，第四轴承通过轴承压盖限定其在空心轴上的轴向位置，连接 件设置在第二测角元件的外部，连接件固定安装在力矩传感器上，测角元件压环固定安装 在连接件上，用于限定第二测角元件的定子的轴向位置，所述关节内壳的内壁上加工有第 一内花键，所述关节内壳的内壁上设置有套筒，驱动单元压紧螺母与套筒的右端面相抵，驱 动单元压紧螺母与关节内壳的内壁螺纹连接，所述关节外壳上设有电气组件卡槽，两个关 节电路板组件分布在关节外壳的外圆周上，每个关节电路板组件通过紧固销固定安装在电 气组件卡槽内；所述快换连接部件包括快换下接头电气接口连接板组件、快换下接头连接法兰 盘、三个连接导引块、三个第一紧固螺钉和多个第二紧固螺钉，三个连接引导块环形阵列在 快换下接头连接法兰盘的外圈上，每个连接导引块通过一个第一紧固螺钉与快换下接头连 接法兰盘连接，快换下接头电气接口连接板组件通过多个第二紧固螺钉紧固在连接法兰盘 的第一单层凸缘上；所述关节电路板组件包括电路板上盖、隔板、第一母板、第一连接器、电路板后盖、 第二母板、电路板前盖、电路板下盖、两个电路板侧盖板、多个第二连接器、多个压紧螺栓 组、多个电路板、多个电路板散热铝板和多个电气插头；所述电路板上盖、电路板下盖、两个 电路板侧盖板、电路板前盖及隔板围合形成壳体，第一母板安装于隔板内表面上，多个电路 板由上至下布置在壳体内，每个电路板的后端通过第一连接器与第一母板固定连接，电路 板的左右两端安装在相应的电路板侧盖板上，每个电路板上均通过压紧螺栓组与电路板散 热铝板连接，第二母板固定安装在电路板后盖的内表面上，第一母板与第二母板通过多个 第二连接器连接，多个电气插头穿过电路板后盖焊装在第二母板上，电路板后盖固定连接在壳体的后侧；关节驱动组件置于关节内壳的内部，谐波减速器上的第二内花键与传动轴上的第 二外花键啮合，关节内壳上的第一内花键与电机壳体上的第一外花键啮合，空心轴通过第 二连接键与制动器盖连接；快换连接部件置于关节传动组件的下方，关节外壳的下端面上设有双层下凸缘， 连接法兰盘的第一单层凸缘插装在双层下凸缘内，关节外壳的双层下凸缘的内圆周面上设 置有多个销孔座，每个快换接头紧固销部件穿过双层下凸缘及连接法兰盘的第一单层凸缘 与销孔座连接，关节外壳的双层下凸缘加工有三个导向槽，连接导引块插装在导向槽内。本发明与现有技术相比具有以下效果一、本发明的驱动组件可以轻易的传动组 件在轨拆卸；二、本发明的传动组件装有快换连接部件，可以保证关节层面的快换；三、本 发明的关节电路板组件也设计有机械电气的快换接口，方便在轨更换；四、关节电路板组件 中的电路板也可以轻易的从该组件中拆卸。
图1是关键组件在轨可更换的空间机器人关节的三维立体图，图2是关键组件在 轨可更换的空间机器人关节的主剖视图，图3是本发明的关节驱动组件1的主剖视图，图4 本发明的关节传动组件2的主剖视图，图5是本发明的关节传动组件2的局部向视图，图6 是图5的I处放大图，图7是本发明的快换连接部件3的主视图，图8是图7的A-A剖视 图，图9是关节传动组件2与快换连接部件3连接关系局部放大图，图10是关节传动组件 2与快换连接部件3的位置关系的分解图，图11是图10的II处放大图，图12是图10的 III处放大图，图13是本发明的快换接头紧固销部件2-15的四分之一剖视三维立体图，图 14是本发明的快换接头紧固销部件2-15主剖视图，图15是本发明的关节电气组件4的三 维立体图，图16是本发明的关节电气组件4的侧剖视图，图17是本发明的关节电气组件4 的主剖视图，图18是本发明的关节电气组件4的俯视剖视图，图19是本发明的销孔座2-16 和快换接头紧固销部件2-15在关节外壳2-1的双层下凸缘2-1-1上的布置图，图20是本 发明的轴向制动盘1-7、转动制动盘1-8、弹簧导杆1-24、制动弹簧1-25和紧固螺母1_27的 连接关系图，图21是图2的IV局部放大图。
具体实施例方式具体实施方式
一结合图1-图12和图15-图21说明本实施方式，本实施方式的 关键组件在轨可更换的空间机器人关节包括关节驱动组件1、关节传动组件2、快换连接部 件3和两个关节电气组件4 ；所述关节驱动组件1包括电机转子1-1、电机定子1-2、电机壳 体1-3、制动器壳体1-4、电磁线圈1-5、制动器盖1-6、轴向制动盘1-7、转动制动盘1_8、第 一轴承1-9、轴套1-11、调整套筒1-12、轴承挡圈1-13、第一测角元件1_15、卡圈1_17、传动 轴1-20、第二轴承1-21、轴承压盖1-22、锁紧螺母1-14、电机键1_19、第一连接键1_10、测 角元件键1-18、多个弹簧导杆1-24、多个制动弹簧1-25和多个紧固螺母1_27 ；所述传动轴1-20上由左到右套装有电机壳体1-3和制动器壳体1-4，传动轴1_20 与电机壳体1-3之间设有第二轴承1-21，所述电机壳体1-3上固定安装有轴承压盖1-22， 轴承压盖1-22用于封装第二轴承1-21，所述电机转子1-1设置在电机壳体1-3内，且电机转子1-1通过电机键1-19固定安装在传动轴1-20上，所述电机定子1-2设置在电机壳体 1-3内，且电机定子1-2套装在电机转子1-1的外部，传动轴1-20与制动器壳体1-4之间 设有第一轴承1-9，所述轴套1-11套装在传动轴1-20上，所述轴承挡圈1-13固定安装在 制动器壳体1-4的内壁上，轴套1-11连同轴承挡圈1-13用于限定第一轴承1-9的轴向位 置，所述电磁线圈1-5设置在制动器壳体1-4内，所述调整套筒1-12套装在传动轴1-20上， 且调整套筒1-12位于轴承挡圈1-13的内部，转动制动盘1-8通过第一连接键1-10固定安 装在传动轴1-20上，且转动制动盘1-8位于调整套筒1-12的右端，转动制动盘1-8通过锁 紧螺母1-14和连接件1-10固定安装在传动轴1-20上，所述转动制动盘1-8与制动器壳体 1-4之间设置有轴向制动盘1-7，所述轴向制动盘1-7通过多个弹簧导杆I-M和紧固螺母 1-27与制动器壳体1-4连接，每个弹簧导杆I-M上均套装有一个制动弹簧1-25，且制动弹 簧1-25位于制动器壳体1-4与轴向制动盘1-7之间，所述制动器壳体1-4的右端面上盖装 有制动器盖1-6，第一测角元件1-15设置在制动器壳体1-4与传动轴1-20之间，且第一测 角元件1-15通过测角元件键1-18与传动轴1-20固定连接，第一测角元件1-15通过卡圈
1-17与制动器壳体1-4固定连接，所述电机壳体1-3的外圆上加工有第一外花键1-16，传 动轴1-20的左端外壁上加工有第二外花键1-23 ；所述关节传动组件2包括关节外壳2-1、力矩传感器2-2、连接件2_3、轴承端盖
2-4、谐波减速器2-8、关节驱动组件安装套筒2-9、轴承压圈2-11、轴系压紧螺母2-12、关节 前盖2-13、驱动单元压紧螺母2-14、测角元件压环2-18、关节内壳2_19、空心轴2_20、第四 轴承2-21、轴承盖2-22、关节后盖2-23、第二测角元件2- 、机械限位块2_25、第二连接键 2-29、多个快换接头紧固销部件2-15、多个销孔座2-16、多个紧固销2_27及两组第三轴承 2-5 ；所述关节内壳2-19设置在关节外壳2-1内，关节内壳2-19与关节外壳2_1之间 安装有两组第三轴承2-5，空心轴2-20设置在关节内壳2-19内，且空心轴2_20与关节内壳 2-19以及关节外壳2-1同轴线设置，关节内壳2-19的左端面上固定安装有轴承端盖2-4， 轴承端盖2-4用于限定左端的一组第三轴承2-5的轴向位置，关节内壳2-19的右端螺纹连 接有轴承压紧螺母2-12，关节外壳2-1的右端固定连接有轴承压圈2-11，轴承压圈2-11协 同轴承压紧螺母2-12用于限定右端一组第三轴承2-5的轴向位置，机械限位块2-25固定 安装在关节内壳2-19上，机械限位块2-25协同轴承压圈2-11用于限定关节内壳2_19与 关节外壳2-1的周向回转位置，所述关节内壳2-19的右端面上固定安装有关节前盖2-13， 关节后盖2-23固定安装在关节外壳2-1的左端面上，所述谐波减速器2-8安装在关节内壳 2-19内，谐波减速器2-8上加工有第二内花键2-10，所述第二测角元件2-M通过其转子 2-24-1固定安装在空心轴2-20上，力矩传感器2-2固定安装在关节外壳2_1的左台肩端面 上，力矩传感器2-2与空心轴2-20之间安装有第四轴承2-21，第四轴承2_21通过轴承压盖 2-22限定其在空心轴2-20上的轴向位置，连接件2-3设置在第二测角元件2- 的外部，连 接件2-3固定安装在力矩传感器2-2上，测角元件压环2-18固定安装在连接件2-3上，用 于限定第二测角元件2-M的定子2-M-2的轴向位置，所述关节内壳2-19的内壁上加工有 第一内花键2- ，所述关节内壳2-19的内壁上设置有套筒2-9，驱动单元压紧螺母2-14与 套筒2-9的右端面相抵，驱动单元压紧螺母2-14与关节内壳2-19的内壁螺纹连接，所述关 节外壳2-1上设有电气组件卡槽216，两个关节电路板组件4分布在关节外壳2-1的外圆周上，每个关节电路板组件4通过紧固销2-27固定安装在电气组件卡槽216内；所述快换连接部件3包括快换下接头电气接口连接板组件3-1、快换下接头连接 法兰盘3-5、三个连接导引块3-2、三个第一紧固螺钉3-3和多个第二紧固螺钉3-4，三个连 接引导块3-2环形阵列在快换下接头连接法兰盘3-5的外圈上，每个连接导引块3-2通过 一个第一紧固螺钉3-3与快换下接头连接法兰盘3-5连接，快换下接头电气接口连接板组 件3-1通过多个第二紧固螺钉3-4紧固在连接法兰盘3-5的第一单层凸缘3-5-1上；所述关节电路板组件4包括电路板上盖4-1、隔板4-2、第一母板4_3、第一连接器 4-4、电路板后盖4-9、第二母板4-10、电路板前盖4-11、电路板下盖4_14、两个电路板侧盖 板4-15、多个第二连接器4-12、多个压紧螺栓组4-6、多个电路板4-7、多个电路板散热铝 板4-8和多个电气插头4-17 ；所述电路板上盖4-1、电路板下盖4-14、两个电路板侧盖板 4-15、电路板前盖4-11及隔板4-2围合形成壳体，第一母板4-3安装于隔板4_2内表面上， 多个电路板4-7由上至下布置在壳体内，每个电路板4-7的后端通过第一连接器4-4与第 一母板4-3固定连接，电路板4-7的左右两端安装在相应的电路板侧盖板4-15上，每个电 路板4-7上均通过压紧螺栓组4-6与电路板散热铝板4-8连接，第二母板4-10固定安装在 电路板后盖4-9的内表面上，第一母板4-3与第二母板4-10通过多个第二连接器4-12连 接，多个电气插头4-17穿过电路板后盖4-9焊装在第二母板4-10上，电路板后盖4-9固定 连接在壳体的后侧；关节驱动组件1置于关节内壳2-19的内部，谐波减速器2-8上的第二内花键2-10 与传动轴1-20上的第二外花键1-23啮合，关节内壳2-19上的第一内花键2- 与电机壳体 1-3上的第一外花键1-16啮合，空心轴2-20通过第二连接键2- 与制动器盖1_6连接；快换连接部件3置于关节传动组件2的下方，关节外壳2-1的下端面上设有双层 下凸缘2-1-1，连接法兰盘3-5的第一单层凸缘3-5-1插装在双层下凸缘2-1-1内，关节外 壳2-1的双层下凸缘2-1-1的内圆周面上设置有多个销孔座2-16，每个快换接头紧固销部 件2-15穿过双层下凸缘2-1-1及连接法兰盘3-5的第一单层凸缘3-5-1与销孔座2_16连 接，关节外壳2-1的双层下凸缘2-1-1加工有三个导向槽，连接导引块3-2插装在导向槽 内。本实施方式的关节内壳2-19的右端面上设置有第二单层凸缘2-19-1，所述关节 内壳2-19上的第二单层凸缘2-19-1与连接法兰盘3-5的第一单层凸缘3_5_1具有相同的 结构尺寸，用于实现关节的串联。本实施方式的传动轴1-20上部件的间隙由轴套1-11与调整套筒1-12调节。在 关节驱动部件1中第一测角元件1-15用于检测传动轴的输出角度。本实施方式的谐波减速器2-8上的第二内花键2-10与传动轴1_20上的第二外花 键1-23啮合，实现了关节驱动组件与关节传动组件的动力连接，将电机的运动通过花键传 递到外部；关节内壳2-19上的第一内花键2- 与电机壳体1-3上的第一外花键1-16啮 合，实现关节驱动组件的周向定位。本实施方式的驱动单元压紧螺母2-14将关节驱动组件1压紧，实现了关节驱动组 件的安装与紧固，使得关节驱动组件1实现了快速更换，并且可靠连接。本实施方式的三个连接导引块3-2用于导引及定向，防止出现安装错误。连接法 兰盘3-5的第一单层凸缘3-5-1插入关节外壳2-1的双层下凸缘2-1-1中，实现定位，便于两接头快速准确的实现对接。本实施方式的电路板散热铝板4-8不仅实现了电路板的散热功能，而且电路板散 热铝板4-8通过压紧螺栓组4-6与电路板4-7连接，提高了电路板4-7的强度与刚度，并且 方便了电路板4-7与第一母板4-3的安装。本实施方式的电路板4-7和电路板散热铝板4-8的左右两端通过压紧条4_16实 现了固定，这样省去了使用螺栓连接的空间，并且达到了快速更换的目的。本实施方式的第二母板4-10与电路板后盖4-9构成一个组件，该组件既能作为关 节电路板组件4的盖子，又能提供与外界的接口。本实施方式的电气插座4-17安装在电路板后盖4-9上，不仅方便了与外界的交 互，而且电气插座4-17对第二母板4-10的作用力可以通过电路板后盖4-9作用于整个关 节电路板组件的外壳上，保证了电路板组件4的可靠性，并且电气插座4-17、电路板后盖 4-9及第二母板4-10构成的组件也实现了一个快换的功能。本实施方式的关节电路板组件4是一个由诸多可快换部件通过快换接口(如连接 器、压紧条等)连接起来的部件，实现了部件的快换功能与整体的快换功能。
具体实施方式
二 结合图13和图14说明本实施方式，本实施方式的快换接头紧 固销部件2-15包括预紧螺栓2-15-1、一组楔块组件、销轴2-15-5、销胀套2_15_6、销定位 板2-15-7、销盖板2-15-8和多个连接钢丝2_15_9，销轴2_15_5的一端设有凸台，销盖板 2-15-8的端面上设有凸起座，销盖板2-15-8的凸起座装在销定位板2_15_7的内孔中，销 胀套2-15-6的一端装在销定位板2-15-7的内孔中，且套在销盖板2_15_8的凸起座上，销 胀套2-15-6的另一端与销轴2-15-5的凸台的上端面接触，销轴2_15_5的轴端装在销胀套 2-15-6内，且二者之间设有一组楔块组件，预紧螺栓2-15-1穿过销盖板2-15-8的中心孔与 销轴2-15-5旋接，销定位板2-15-7和销盖板2_15_8之间通过多个连接钢丝2_15_9连接。
具体实施方式
三结合图14说明本实施方式，本实施方式的每个楔块组件由端楔 块2-15-2、凸楔块2-15-3和凹楔块2_15_4构成，凸楔块2_15_3设置在端楔块2_15_2和凹 楔块2-15-4之间。本发明的工作原理(参见图1-图21)电机定子1-1、电机转子1-2将力矩和动力 通过电机键1-19传递给传动轴1-20作为关节驱动组件1的力矩输出。该传动轴1-20由 第二轴承1-21与第一轴承1-9支撑。通过轴承压盖1-22压紧传动轴1-20上的部件。传 动轴1-20不仅实现了动力的传递，还实现了电机测角与制动功能。测角元件键1-18将第 一测角元件的1-15的转子1-15-1实现周向定位。调整套筒1-12用于调整制动器转动制 动盘1-8的位置，从而实现制动器气隙的调整。传动轴1-20上装有第一连接键1-10，实现 制动器转动制动盘1-8的周向定位。制动器中有电磁线圈1-5，在失电情况下弹簧将释放。 轴向制动盘1-7将与转动制动盘1-8接触，实现制动效果。整个关节驱动部件1由锁紧螺母 1-14固定。谐波减速器2-8上的第二内花键2-10与传动轴1-20上的第二外花键1_23啮 合，实现了关节驱动组件与关节传动组件的动力连接，将电机的运动通过花键传递到外部； 关节内壳2-19上的第一内花键2- 与电机壳体1-3上的第一外花键1-16啮合，实现关节 驱动组件的周向定位。关节内壳2-19由两组第三轴承2-5支撑。每组轴承力由轴承内环挡圈2_6与外环 挡圈2-7来进行预紧力的调节。第三轴承2-5由轴承端盖2-4实现预紧。另外一侧的第三轴承2-5由轴系压紧螺母2-12实现内圈的轴向定位。轴承压圈2-11实现外圈的压紧。在 关节传动组件2中设置了空心轴2-20，其由第四轴承2-21支撑，通过轴承压盖2-22压紧， 并通过第二连接键2- 与制动器盖1-6连接。而制动器壳体1-4通过电机壳体1-3与关 节内壳2-19连接。因此，空心轴2-20的转动位置与关节的输出位置是一致的。第二测角 元件2-M的转子2-M-1与空心轴2-20连接，其定子2-M-2与连接件2_3连接。由此可 以检测关节的输出角度。最终的动力输出由关节内壳2-19实现。关节内壳2-19的右端面 上设置有第二单层凸缘2-19-1，用于实现关节之间或者与其他空间设备之间的快换连接。
权利要求
1. 一种关键组件在轨可更换的空间机器人关节，它包括关节驱动组件(1)、关节传动 组件O)、快换连接部件C3)和两个关节电气组件；其热证在于所述关节驱动组件(1) 包括电机转子(1-1)、电机定子(1-2)、电机壳体(1-3)、制动器壳体(1-4)、电磁线圈(1-5)、 制动器盖(1-6)、轴向制动盘(1-7)、转动制动盘(1-8)、第一轴承(1-9)、轴套(1-11)、调整 套筒(1-12)、轴承挡圈(1-13)、第一测角元件(1-15)、卡圈(1-17)、传动轴(1-20)、第二轴 承(1-21)、轴承压盖(1-22)、锁紧螺母(1-14)、电机键(1-19)、第一连接键(1_10)、测角元 件键(1-18)、多个弹簧导杆(I-M)、多个制动弹簧(1-25)和多个紧固螺母(1-27)；所述传动轴(1-20)上由左到右套装有电机壳体(1- 和制动器壳体(1-4)，传动轴 (1-20)与电机壳体(1-3)之间设有第二轴承(1-21)，所述电机壳体(1-3)上固定安装有轴 承压盖(1-22)，轴承压盖(1-22)用于封装第二轴承(1-21)，所述电机转子(1_1)设置在 电机壳体(1-3)内，且电机转子(1-1)通过电机键(1-19)固定安装在传动轴(1-20)上， 所述电机定子(1-2)设置在电机壳体(1-3)内，且电机定子(1-2)套装在电机转子(1-1) 的外部，传动轴(1-20)与制动器壳体(1-4)之间设有第一轴承(1-9)，所述轴套(1-11) 套装在传动轴(1-20)上，所述轴承挡圈(1-13)固定安装在制动器壳体(1-4)的内壁上， 轴套(1-11)连同轴承挡圈(1-13)用于限定第一轴承(1-9)的轴向位置，所述电磁线圈 (1-5)设置在制动器壳体(1-4)内，所述调整套筒(1-1 套装在传动轴(1-20)上，且调整 套筒(1-12)位于轴承挡圈(1-13)的内部，转动制动盘(1-8)通过第一连接键(1-10)固定 安装在传动轴(1-20)上，且转动制动盘(1-8)位于调整套筒(1-12)的右端，转动制动盘 (1-8)通过锁紧螺母(1-14)和连接件(1-10)固定安装在传动轴(1-20)上，所述转动制动 盘(1-80与制动器壳体(1-4)之间设置有轴向制动盘(1-7)，所述轴向制动盘(1-7)通过 多个弹簧导杆(1-24)和紧固螺母(1-27)与制动器壳体(1-4)连接，每个弹簧导杆(1-24) 上均套装有一个制动弹簧(1-25)，且制动弹簧(1-2 位于制动器壳体(1-4)与轴向制动 盘(1-7)之间，所述制动器壳体(1-4)的右端面上盖装有制动器盖(1-6)，第一测角元件 (1-15)设置在制动器壳体(1-4)与传动轴(1-20)之间，且第一测角元件(1-15)通过测角 元件键(1-18)与传动轴(1-20)固定连接，第一测角元件(1-15)通过卡圈(1-17)与制动 器壳体(1-4)固定连接，所述电机壳体(1-3)的外圆上加工有第一外花键(1-16)，传动轴 (1-20)的左端外壁上加工有第二外花键(1-23)；所述关节传动组件( 包括关节外壳0-1)、力矩传感器0-2)、连接件0-3)、轴承端 盖0-4)、谐波减速器0-8)、关节驱动组件安装套筒0-9)、轴承压圈(2-11)、轴系压紧螺 母(2-12)、关节前盖(2-13)、驱动单元压紧螺母(2-14)、测角元件压环(2_18)、关节内壳 (2-19)、空心轴(2-20)、第四轴承(2-21)、轴承盖(2-22)、关节后盖(2-23)、第二测角元件 (2-M)、机械限位块(2-25)、第二连接键(2- )、多个快换接头紧固销部件(2-15)、多个销 孔座(2-16)、多个紧固销(2-27)及两组第三轴承(2-5)；所述关节内壳0-19)设置在关节外壳(2-1)内，关节内壳0-19)与关节外壳(2-10之 间安装有两组第三轴承0-5)，空心轴O-20)设置在关节内壳(2-19)内，且空心轴O-20) 与关节内壳0-19)以及关节外壳同轴线设置，关节内壳0-19)的左端面上固定安 装有轴承端盖0-4)，轴承端盖(2-4)用于限定左端的一组第三轴承0-5)的轴向位置，关 节内壳0-19)的右端螺纹连接有轴承压紧螺母(2-12)，关节外壳(2-1)的右端固定连接有 轴承压圈(2-11)，轴承压圈0-11)协同轴承压紧螺母0-12)用于限定右端一组第三轴承(2-5)的轴向位置，机械限位块0-25)固定安装在关节内壳0-19)上，机械限位块0-25) 协同轴承压圈0-11)用于限定关节内壳0-19)与关节外壳的周向回转位置，所述 关节内壳0-19)的右端面上固定安装有关节前盖(2-13)，关节后盖0-23)固定安装在关 节外壳的左端面上，所述谐波减速器(2-8)安装在关节内壳0-19)内，谐波减速器 (2-8)加工有第二内花键(2-10)，所述第二测角元件0-24)通过其转子0-24-1)固定安 装在空心轴(2-20)，力矩传感器(2- 固定安装在关节外壳(2-1)的左台肩端面上，力矩传 感器(2- 与空心轴O-20)之间安装有第四轴承(2-21)，第四轴承0-21)通过轴承压盖 (2-22)限定其在空心轴O-20)的轴向位置，连接件0-3)设置在第二测角元件0-24)的 外部，连接件(2- 固定安装在力矩传感器0-2)，测角元件压环0-18)固定安装在连接件 0-3)，用于限定第二测角元件0-24)的定子0-24-2)的轴向位置，所述关节内壳0-19) 的内壁上加工有第一内花键(2- )，所述关节内壳0-19)的内壁上设置有套筒0-9)，驱 动单元压紧螺母0-14)与套筒0-9)的右端面相抵，驱动单元压紧螺母0-14)与关节内 壳0-19)的内壁螺纹连接，所述关节外壳上设有电气组件卡槽(216)，两个关节 电路板组件(4)分布在关节外壳的外圆周上，每个关节电路板组件(4)通过紧固销 (2-27)固定安装在电气组件卡槽0-26)内；所述快换连接部件C3)包括快换下接头电气接口连接板组件(3-1)、快换下接头连 接法兰盘(3-5)、三个连接导引块(3-2)、三个第一紧固螺钉(3- 和多个第二紧固螺钉 (3-4)，三个连接引导块(3- 环形阵列在快换下接头连接法兰盘(3-5)的外圈上，每个连 接导引块(3- 通过一个第一紧固螺钉(3- 与快换下接头连接法兰盘(3- 连接，快换 下接头电气接口连接板组件(3-1)通过多个第二紧固螺钉(3-4)紧固在连接法兰盘(3-5) 的第一单层凸缘(3-5-1)上；所述关节电路板组件(4)包括电路板上盖G-1)、隔板G-2)、第一母板0-3)、第一连 接器(4-4)、电路板后盖(4-9)、第二母板(4-10)、电路板前盖(4-11)、电路板下盖(4-14), 两个电路板侧盖板(4-15)、多个第二连接器(4-12)、多个压紧螺栓组G-6)、多个电路板 (4-7)、多个电路板散热铝板(4-8)和多个电气插头G-17)；所述电路板上盖(4-1)、电路板 下盖(4-14)、两个电路板侧盖板G-15)、电路板前盖G-11)及隔板G-2)围合形成壳体， 第一母板(4- 安装于隔板G-2)内表面上，多个电路板G-7)由上至下布置在壳体内，每 个电路板G-7)的后端通过第一连接器(4-4)与第一母板G-3)固定连接，电路板(4-7) 的左右两端安装在相应的电路板侧盖板0-1 上，每个电路板(4-7)上均通过压紧螺栓组 (4-6)与电路板散热铝板(4-8)连接，第二母板G-10)固定安装在电路板后盖G-9)的内 表面上，第一母板(4- 与第二母板G-10)通过多个第二连接器0-1 连接，多个电气插 头G-17)穿过电路板后盖(4-9)焊装在第二母板G-10)上，电路板后盖G-9)固定连接 在壳体的后侧；关节驱动组件(1)置于关节内壳0-19)的内部，谐波减速器0-8)的第二内花键 (2-10)与传动轴(1-20)上的第二外花键(1-2 啮合，关节内壳0-19)上的第一内花键 (2-28)与电机壳体(1-3)上的第一外花键(1-16)啮合，空心轴O-20)通过第二连接键 (2-29)与制动器盖(1-6)连接；快换连接部件C3)置于关节传动组件的下方，关节外壳的下端面上设有双 层下凸缘0-1-1)，连接法兰盘(3- 的第一单层凸缘(3-5-1)插装在双层下凸缘(2-1-1)内，关节外壳的双层下凸缘0-1-1)的内圆周面上设置有多个销孔座(2-16)，每个 快换接头紧固销部件0-15)穿过双层下凸缘(2-1-1)及连接法兰盘(3-5)的第一单层凸 缘(3-5-1)与销孔座0-16)连接，关节外壳的双层下凸缘(2-1-1)加工有三个导向 槽，连接导引块(3- 插装在导向槽内。
2.根据权利要求1所述的关键组件在轨可更换的空间机器人关节，其特征在于快换 接头紧固销部件0-15)包括预紧螺栓(2-15-1)、一组楔块组件、销轴(2-15-5)、销胀套 (2-15-6)、销定位板(2-15-7)、销盖板(2-15-8)和多个连接钢丝(2-15-9)，销轴(2-15-5) 的一端设有凸台，销盖板0-15-8)的端面上设有凸起座，销盖板0-15-8)的凸起座装在 销定位板0-15-7)的内孔中，销胀套0-15-6)的一端装在销定位板0-15-7)的内孔中， 且套在销盖板0-15-8)的凸起座上，销胀套0-15-6)的另一端与销轴0-15-5)的凸台 的上端面接触，销轴0-15-5)的轴端装在销胀套0-15-6)内，且二者之间设有一组楔块 组件，预紧螺栓0-15-1)穿过销盖板0-15-8)的中心孔与销轴0-15-5)旋接，销定位板 (2-15-7)和销盖板0-15-8)之间通过多个连接钢丝0-15-9)连接。
3.根据权利要求2所述的关键组件在轨可更换的空间机器人关节，其特征在于每个 楔块组件由端楔块(2-15-2)、凸楔块0-15-3)和凹楔块0-15-4)构成，凸楔块Q-15-3) 设置在端楔块0-15-2)和凹楔块0-15-4)之间。
4.根据权利要求1、2或3所述的关键组件在轨可更换的空间机器人关节，其特征在于 关节内壳0-19)的右端面上设置有第二单层凸缘(2-19-1)，所述关节内壳0-19)上的第 二单层凸缘0-19-1)与连接法兰盘(3-5)的第一单层凸缘(3-5-1)具有相同的结构尺寸。
5.根据权利要求1、2或3所述的关键组件在轨可更换的空间机器人关节，其特征在于 所述关节电路板组件(4)还包括多个电路板压紧条(4-16)，每个电路板(4-7)和电路板散 热铝板G-8)的左右两端通过电路板压紧条G-16)压紧在相应的电路板侧盖板G-15) 上。
全文摘要
关键组件在轨可更换的空间机器人关节，它涉及一种空间机器人关节。本发明为了解决现有的空间机器人关节无法实现在轨更换关键组件的问题。关节驱动组件置于关节内壳的内部，谐波减速器上的第二内花键与传动轴上的第二外花键啮合，关节内壳上的第一内花键与电机壳体上的第一外花键啮合，空心轴通过第二连接键与制动器盖连接，快换连接部件置于关节传动组件的下方，关节外壳的下端面上设有双层下凸缘，连接法兰盘的第一单层凸缘插装在双层下凸缘内，快换接头紧固销部件穿过双层下凸缘及连接法兰盘的第一单层凸缘与销孔座连接，关节电路板组件分布在关节外壳的外圆周上，关节电路板组件通过紧固销安装在电气组件卡槽内。本发明适用于空间机器人中。
文档编号B25J17/00GK102107433SQ20101061610
公开日2011年6月29日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年12月31日
发明者倪风雷, 刘宏, 史士财, 孙奎, 孙敬颋, 朱映远, 谢宗武, 陈泓 申请人:哈尔滨工业大学