一种大力矩的空间机械臂模块化关节的制作方法

本发明涉及机器人技术领域，特别是一种大力矩的空间机械臂模块化关节。

背景技术：

目前，随着我国空间技术的发展，在轨空间任务越来越重，需要利用空间机器人进行一些如空间站的搭建和维护、卫星的释放、维修和回收等工作，这些操作都离不开空间机械臂。模块化关节是空间机械臂的重要组成部分，模块化关节的性能决定了整个机械臂的各项主要性能。但现有的空间机械臂关节一般将驱动装置、传动装置、控制装置都集成在一体成型的壳体内部，并通过伸出壳体的输出轴来连接其他部件，这就造成关节体积大、集成度较低、灵活度低并且可维护性较差的问题。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的上述技术问题之一。为此，本发明提出一种壳体分体式的体积小巧、集成度高、灵活度高的可重构的空间机械臂模块化关节。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种大力矩的空间机械臂模块化关节，包括壳体，和设置在壳体内的电机、通过传动机构与电机连接的输出轴、制动器及控制机构，所述传动机构包括与电机的转子连接的转轴，及连接于转轴一端的谐波减速机，转轴的另一端连接所述制动器，所述谐波减速机包括刚轮、柔轮及波发生器，所述壳体包括动块和静块，所述谐波减速机和制动器分别设置在动块和静块内，柔轮、输出轴、动块依次刚性连接作为输出部件，静块、定子套筒、刚轮固定座、刚轮依次刚性连接，所述定子套筒固定套接在电机的定子外，所述刚轮固定座套设在转轴外并与刚轮固定连接。

作为上述技术方案的改进，所述动块的外壁上设置有与转轴相垂直的用以与另一模块化关节相连接的连接座。

作为上述技术方案的进一步改进，还包括穿插设置在制动器、转轴内部延伸至输出轴的中空的走线套筒。

进一步，所述动块与静块之间设有一个交叉滚子轴承，所述交叉滚子轴承的外圈抵接动块，内圈抵接静块。

进一步，所述转轴外侧套装有用以转轴周向定位的第一轴承和第二轴承，所述第一轴承的外圈抵接静块，内圈抵接转轴，所述第二轴承的外圈抵接定子套筒，内圈抵接转轴。

进一步，所述谐波减速机的刚轮、柔轮、波发生器采用分体式结构。

进一步，所述控制机构采用伺服控制器，所述伺服控制器集成在关节内部，利用WIFI进行无线信号传输。

进一步，所述伺服控制器包括用于电流环控制的霍尔传感器，用于速度环控制的增量式编码器，用于位置环控制的绝对值编码器，用于力矩环控制的电流传感器。

进一步，所述制动器采用电磁通电型制动器，所述电磁通电型制动器包括制动部分和与制动部分相对的衔铁，所述衔铁与转轴刚性连接。

进一步，所述电机采用框架式永磁同步电机。

本发明的有益效果是：本发明通过将壳体分割成静块、动块两个部件，采用电机带动转轴转动进而通过谐波减速机带动动块转动，从而输出转矩的方式，不需将输出轴伸出壳体外，可减小关节的横向尺寸，精简了结构，增大了关节内部的集成度，减小了体积，并且其灵活度更高，可维护性更强。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明实施例的剖视图；

图2是本发明实施例的静块及其内部各部件的剖视图；

图3是本发明实施例的动块及其内部各部件的剖视图。

具体实施方式

参照图1至图3，本发明的一种大力矩的空间机械臂模块化关节，包括壳体1，和设置在壳体1内的电机2、通过传动机构3与电机2连接的输出轴4、制动器5及控制机构，所述传动机构3包括与电机2的转子21连接的转轴31，及连接于转轴31一端的谐波减速机32，转轴31的另一端连接所述制动器5，所述谐波减速机32包括刚轮32-1、柔轮32-2及波发生器32-3，所述壳体1包括动块11和静块12，所述谐波减速机32和制动器5分别设置在动块11和静块12内，柔轮32-2、输出轴4、动块11依次刚性连接作为输出部件，静块12、定子套筒6、刚轮固定座7、刚轮32-1依次刚性连接，所述定子套筒6固定套接在电机的定子22外，所述刚轮固定座7套设在转轴31外并与刚轮32-1固定连接，将壳体1分割成静块12、动块11两个部件，采用电机2带动转轴31转动，通过谐波减速机32带动动块11转动，从而输出转矩的方式，可减小关节的横向尺寸，精简了结构，增大了关节内部的集成度，减小了体积。

进一步的，所述动块11的外壁上设置有与转轴31相垂直的用以与另一模块化关节相连接的连接座11-1，便于与其它的关节实现连接、重构。

进一步的，还包括穿插设置在制动器5、转轴31内部延伸至输出轴4的中空的走线套筒8，部件之间的走向均通过走线套筒8来绕接，走线整齐、规范，便于管理。

进一步的，所述动块11与静块12之间设有一个交叉滚子轴承9，所述交叉滚子轴承9的外圈抵接动块11，内圈抵接静块12，用于承担关节的主要弯矩，保证传动的精度，交叉滚子轴承9具有出色的旋转精度，操作安装简化，能承受较大的载荷并可大幅节省安装空间。

进一步的，所述转轴31外侧套装有用以转轴31周向定位的第一轴承33和第二轴承34，所述第一轴承33的外圈抵接静块12，内圈抵接转轴31，所述第二轴承34的外圈抵接定子套筒6，内圈抵接转轴31。

进一步的，所述谐波减速机32的刚轮32-1、柔轮32-2、波发生器32-3采用分体式结构，可减小关节的横向尺寸，进一步减小体积。

进一步的，所述控制机构采用伺服控制器，所述伺服控制器集成在关节内部，利用WIFI进行无线信号传输，使关节具备无线通信功能。

进一步的，所述伺服控制器包括用于电流环控制的霍尔传感器，用于速度环控制的增量式编码器，用于位置环控制的绝对值编码器，用于力矩环控制的电流传感器，提高了关节的智能程度，增加了其精度，使其具有更好的环境适应性。

进一步的，所述制动器5采用电磁通电型制动器，所述电磁通电型制动器包括制动部分和与制动部分相对的衔铁，所述衔铁与转轴31刚性连接，电磁通电型制动器具有相应速度快，结构简单等优点，可避免失效导致关节无法使用。

进一步的，所述电机2采用框架式永磁同步电机，具有功率效率高、力矩大、结构简单、体积小、噪声小等优点。

本发明的可重构的空间机械臂模块化关节利用电机2带动转轴31的转动进而通过谐波减速机32带动动块11的转动，从而输出转矩，不需将输出轴4设置出壳体外，可减小关节的横向尺寸，精简了结构，增大了关节内部的集成度，减小了体积，并且其灵活度更高，可维护性更强。

以上具体结构和尺寸数据是对本发明的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。