一种基于动静块的软接触关节的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及空间机器人研宄和工程领域，具体是一种基于动静块的软接触关节。
【背景技术】
[0002]随着空间科学技术的发展，未来对空间能源的开发和利用成为趋势，拓展以空间交会对接技术为基础的新型航天装备已经形成共识，空间对接技术及其操作机构已经成为航天技术的一个重要研宄领域，是空间在轨服务的关键技术，也是未来建设空间站的重要组成。实现空间交会对接技术，首先必须考虑两航天器的对接机构相互碰撞问题。在空间交会对接过程中，两航天器往往会发生相互接触碰撞，动量传递不对称，为避免航天器在碰撞过程中造成不必要的损伤变形，保证两对接航天器的安全，实现可靠对接，在对接机构上设计阻尼缓冲系统，实现具有动量卸载功能的软接触。
[0003]目前的空间对接技术所采用的对接机构中，主要有锥-杆式对接系统、飞网技术、电磁对接、刚性机械臂式等，以上对接机构特点是主要以柔性绳索为主要执行元件或通过在末端执行器设计相关机构捕获子系统；在约束条件上要求两航天器之间相对位姿测量、跟踪、保持等方面满足高精度要求，对空间接触的瞬间位姿扰动要求也极高。
【发明内容】
[0004]本发明针对现有空间机器人接触操作过程中能量冲击，两航天器在各种复杂空间条件下能量阶跃式传递的难题，提供一种基于动静块的软接触关节。本发明不仅实现了现有空间机器人刚性关节的运动规划功能，也可实现航天器接触过程中平稳软接触，降低当前空间操作硬接触带来的各种风险，拓展空间机器人操作的应用性。
[0005]为达到上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0006]一种基于动静块的软接触关节，包括驱动传动机构、阻尼组件以及传感部件三部分。
[0007]所述的驱动传动机构主要由电机驱动单元一 202、电机驱动单元二 408、制动器X204、制动器Y404、制动器一 212、制动器二 412、电机轴一 207、电机轴二 410、谐波减速器一
201、谐波减速器二 409、动块外壳一 101、动块外壳二 106、静块外壳一 103、静块外壳二 105、动块外壳端盖一 102、动块外壳端盖二 107、支架一 205、支架二 406、制动器支架一(213)、制动器支架二(413)组成；
[0008]所述的阻尼组件包括直线阻尼组件和旋转阻尼组件；其中，
[0009]所述的直线阻尼组件由直线式磁流变阻尼器502、弹簧机构513、滑轨一 505、滑轨二 506、滑轨三507、滑轨四508、电磁制动滑块一 509、滑块二 510、滑块三511、滑块四512、滑动内壳108和支座501组成，
[0010]所述的旋转阻尼组件由旋转式磁流变阻尼器X208、旋转式磁流变阻尼器Y402、旋转式磁流变阻尼器Z301、扭簧机构X211、扭簧机构Y411、扭簧机构Z304、旋转轴X209、旋转轴Y405、连接轴Z305、离合器X206、离合器Y403、制动器Z303、连接板X210、连接板Y401、连接外壳Z104、连接外壳端盖Z109组成；
[0011]所述的传感部件由线位移传感器503、编码器X203、编码器Y407和编码器Z302组成。
[0012]所述的制动器X204固定于支架一 205 ;所述的电机驱动单元一 202、支架一 205固定在静块外壳一 103上；所述的制动器一 212固定于制动器支架一 213上，该制动器支架一213固定于动块外壳一 101上；所述的谐波减速器一 201、制动器一 212、电机驱动单兀一
202、制动器X204通过电机轴一 207串联组合；所述的制动器Y404固定于支架二 406上；所述的电机驱动单元二 408、支架二 406固定在静块外壳一 103上；所述的制动器二 412固定于制动器支架二 413上，该制动器支架二 413固定于动块外壳二 106上；所述的谐波减速器二409、制动器二 412、电机驱动单元二 408、制动器Y404通过电机轴二 410串联组合。
[0013]进一步，所述的滑轨一 505、滑轨二 506、滑轨三507和滑轨四508对称式分布且固定于动块外壳二 106上；与各所述滑轨对应的电磁制动滑块一 509、滑块二 510、滑块三511和滑块四512设置于滑动内壳108上；通过滑轨一 505、滑轨二 506、滑轨三507和滑轨四508、电磁制动滑块一 509、滑块二 510、滑块三511和滑块四512使滑动内壳108和动块外壳二 106之间发生相对滑动，并通过电磁控制该相对滑动处于自由滑动模式或锁定模式。
[0014]所述的直线式磁流变阻尼器502、线位移传感器503的基体固定于支座501上，所述的支座501固定于动块外壳二 106上；所述的直线式磁流变阻尼器502的导向杆504、线位移传感器的导杆固定于滑动内壳108上。
[0015]进一步，所述的旋转式磁流变阻尼器X208的基体安装在一连接板X210上，旋转式磁流变阻尼器X的轴为旋转轴X209，编码器X203的基体固定在静块外壳一 103的端部上，旋转式磁流变阻尼器Y402的基体固定在连接板Y401上，旋转式磁流变阻尼器Y的轴为旋转轴Y405，编码器Y407的基体固定在静块外壳二 105的端部上；旋转式磁流变阻尼器Z301的基体固定在连接板X210上，编码器Z302、制动器Z303的基体固定在静块外壳一 103上，旋转式磁流变阻尼器Z301的轴是连接轴Z305。
[0016]所述的旋转阻尼组件中的离合器X206的基体固定在支架一 205上，支架一 205固定在静块外壳一 103上，离合器Y403的基体固定在支架二 406上，支架二 406固定在静块外壳二 105上；所述的连接外壳Z104与静块外壳一 103固定，连接轴Z302与静块外壳二 105固定，连接轴Z302和连接外壳Z104之间通过角接触轴承连接，实现相对转动。
[0017]与现有技术相比本发明有以下特点:
[0018]1.关节具有实现空间刚性关节操作的能力，具备俯仰和偏航两自由度的运动规划功能，同时具备接触操作的柔性特征。本发明由驱动传动机构组成，具有一般关节的驱动传动装置，采用谐波减速器减速机构，关节运动角度范围为土 180度，使关节实现两自由度运动，为机构提供末端操作负载驱动能力。本发明通过在刚性传动机构和阻尼组件之间设计的耦合部件一离合器、制动器和电磁制动滑块，实现四个阻尼组件对接触过程中动量进行卸载。将本发明关节放置于空间笛卡尔坐标系中，关节的俯仰和偏航两个方向分别作为X和Y轴；接触过程中，X、Y、Z旋转方向的动量被三个旋转阻尼组件卸载，Z轴直线的动量被直线阻尼组件卸载，x、Y轴直线方向的动量通过机械机构的传递与转换，被旋转阻尼组件卸载，因此关节可实现空间六维的动量卸载。
[0019]2.本发明中采用具有柔性可控阻尼系数的磁流变阻尼器，从而实现对关节的半主动控制。磁流变阻尼器具有能量消耗低、结构简单、阻尼力连续逆顺可调并且可调范围大、响应快、良好的温度稳定性以及可与微机控制结合等优良特性，因此可用于空间软接触关节中，从而减小冲击振动载荷、吸收碰撞动能。
【附图说明】
[0020]图1是本发明【具体实施方式】的整体外观结构示意图。
[0021]图2是本发明【具体实施方式】的X轴部分内部结构示意图。
[0022]图3是本发明【具体实施方式】的Z轴部分内部结构示意图。
[0023]图4是本发明【具体实施方式】的Y轴部分内部结构示意图。
[0024]图5是本发明【具体实施方式】的Z轴直线部分内部结构示意图。
[0025]附图中的标号说明如下:
[0026]动块外壳一 101、动块外壳端盖一 102、静块外壳一