可擴(kuò)展的模塊化機(jī)械臂的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及機(jī)械臂，具體地說(shuō)是一種可擴(kuò)展的模塊化機(jī)械臂。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人類對(duì)外太空的探索，空間機(jī)械臂作為輔助航天員艙外活動(dòng)和空間站的建造和維護(hù)的主要工具，伴隨著面臨的空間任務(wù)的復(fù)雜性逐漸增加，對(duì)空間機(jī)械臂的功能可擴(kuò)展性也提出了較高的要求。帶有冗余特性的空間機(jī)械臂可以用來(lái)完成躲避奇異、躲避避障、關(guān)節(jié)力矩優(yōu)化等任務(wù)，因此成為我國(guó)空間機(jī)械臂的首選。
[0003]在空間站的眾多設(shè)備中，空間機(jī)械臂作為一種多自由度艙外運(yùn)動(dòng)型設(shè)備，在其建造和運(yùn)行過(guò)程中發(fā)揮著不可替代的作用?？臻g機(jī)械臂面臨著實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展性模塊化，高度冗余性，超強(qiáng)避障能力，控制可靠穩(wěn)定的任務(wù)目標(biāo)，所以急需一種新型的可擴(kuò)展的模塊化機(jī)械臂。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]為了滿足空間機(jī)械臂的使用要求，本實(shí)用新型的目的在于提供一種可擴(kuò)展的模塊化機(jī)械臂。
[0005]本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:
[0006]本實(shí)用新型包括旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、正交關(guān)節(jié)及爪關(guān)節(jié)，其中旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)位于機(jī)械臂的底端，所述正交關(guān)節(jié)為多個(gè)、依次相連，第一個(gè)所述正交關(guān)節(jié)與旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接，最后一個(gè)所述正交關(guān)節(jié)連接有所述爪關(guān)節(jié)，所述機(jī)械臂整體通過(guò)移動(dòng)副由安裝在步進(jìn)導(dǎo)軌上的步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)運(yùn)動(dòng);所述旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)包括旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)外殼、舵機(jī)A及分別容置于該旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)外殼內(nèi)的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)齒輪、外齒圈、齒輪套筒、軸承A、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接件、軸承內(nèi)卡圈、軸承外卡圈，該舵機(jī)A與所述移動(dòng)副相連，輸出端連接有所述旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)齒輪，所述外齒圈安裝在旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)外殼的內(nèi)壁上、并與該旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)齒輪嚙合傳動(dòng)，所述旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接件安裝在舵機(jī)A上，外部套設(shè)有所述軸承A，該軸承A的一側(cè)與所述外齒圈之間設(shè)有齒輪套筒，另一側(cè)設(shè)有套設(shè)在所述旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接件上的軸承內(nèi)卡圈及安裝在所述旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)外殼內(nèi)壁上的軸承外卡圈，所述軸承A的外圈通過(guò)齒輪套筒及軸承外卡圈限位，內(nèi)圈通過(guò)所述軸承內(nèi)卡圈限位;所述旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)外殼通過(guò)舵機(jī)A驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)各所述正交關(guān)節(jié)及爪關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0007]其中:所述外齒圈、齒輪套筒及軸承A的外徑相同，該齒輪套筒的兩側(cè)分別與所述外齒圈和軸承A的外圈抵接。
[0008]所述爪關(guān)節(jié)位于機(jī)械臂的末端、作為機(jī)械臂的末端執(zhí)行器，該爪關(guān)節(jié)包括舵機(jī)D、爪關(guān)節(jié)外殼、爪關(guān)節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、指部A、指部B及雙向螺桿，所述舵機(jī)D與最后一個(gè)所述正交關(guān)節(jié)相連，輸出端通過(guò)所述爪關(guān)節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在爪關(guān)節(jié)外殼上的雙向螺桿相連，驅(qū)動(dòng)所述雙向螺桿旋轉(zhuǎn)，所述指部A及指部B的一端為執(zhí)行端，另一端分別與所述雙向螺桿兩端的螺紋段螺紋連接，通過(guò)所述雙向螺桿的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)指部A及指部B夾持或放松;所述雙向螺桿兩端螺紋段的螺紋旋向相反，所述指部A和指部B分別通過(guò)逆時(shí)針螺母和順時(shí)針螺母連接在雙向螺桿兩端的螺紋段上;所述雙向螺桿兩端各連接一個(gè)軸承B，該軸承B分別固定在兩端的軸承支座內(nèi)，兩端的所述軸承支座固定在爪關(guān)節(jié)外殼上;所述指關(guān)節(jié)小齒輪的外部罩有齒輪殼，該齒輪殼安裝在爪關(guān)節(jié)外殼上，該爪關(guān)節(jié)外殼通過(guò)支架連接在所述舵機(jī)D上；所述爪關(guān)節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括指關(guān)節(jié)大齒輪及指關(guān)節(jié)小齒輪，該指關(guān)節(jié)小齒輪通過(guò)聯(lián)軸器與所述舵機(jī)D的輸出端相連，所述指關(guān)節(jié)大齒輪安裝在雙向螺桿上、隨所述雙向螺桿旋轉(zhuǎn)，并與所述指關(guān)節(jié)小齒輪嚙合傳動(dòng);所述舵機(jī)D通過(guò)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)雙向螺桿旋轉(zhuǎn)從而實(shí)現(xiàn)指部A與指部B的開(kāi)合;所述指部A及指部B另一端的兩側(cè)均設(shè)有滑塊B，該指部A及指部B另一端兩側(cè)的爪關(guān)節(jié)外殼上均設(shè)有導(dǎo)軌，所述指部A及指部B另一端兩側(cè)的滑塊B分別與兩側(cè)的所述導(dǎo)軌滑動(dòng)連接，實(shí)現(xiàn)所述指部A及指部B沿導(dǎo)軌往復(fù)運(yùn)動(dòng)；
[0009]各所述正交關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)相同，作為所述機(jī)械臂的臂身也即該機(jī)械臂的可擴(kuò)展模塊；每個(gè)所述正交關(guān)節(jié)均包括一個(gè)舵機(jī)及一個(gè)正交連接件，該舵機(jī)的電機(jī)本體上設(shè)有電機(jī)外法蘭，第一個(gè)所述正交關(guān)節(jié)中舵機(jī)的電機(jī)本體通過(guò)正交關(guān)節(jié)連接件安裝在所述旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)外殼上，第一個(gè)所述正交關(guān)節(jié)中正交連接件的一端與第一個(gè)所述正交關(guān)節(jié)中舵機(jī)上的電機(jī)外法蘭連接，另一端與相鄰正交關(guān)節(jié)中舵機(jī)的電機(jī)本體相連;最后一個(gè)所述正交關(guān)節(jié)中舵機(jī)的電機(jī)本體與相鄰正交關(guān)節(jié)中的正交連接件連接，最后一個(gè)所述正交關(guān)節(jié)中的正交連接件一端與最后一個(gè)所述正交關(guān)節(jié)中舵機(jī)的電機(jī)外法蘭連接，另一端與所述爪關(guān)節(jié)連接;各所述正交關(guān)節(jié)作為機(jī)械臂的可擴(kuò)展模塊，每個(gè)所述正交關(guān)節(jié)具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，相鄰兩所述正交關(guān)節(jié)之間可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng);相鄰兩所述正交關(guān)節(jié)中舵機(jī)的輸出軸相垂直；
[0010]所述步進(jìn)導(dǎo)軌作為底部移動(dòng)平臺(tái)，其上設(shè)有所述移動(dòng)副，該移動(dòng)副包括滑塊A及絲桿，所述旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)中的舵機(jī)A安裝在滑塊A上，所述絲桿的兩端轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在步進(jìn)導(dǎo)軌上，任一端與所述步進(jìn)電機(jī)的輸出端相連，所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)所述滑塊A前進(jìn)或后退，進(jìn)而帶動(dòng)所述機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)。
[0011 ]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)與積極效果為:
[0012]1.本實(shí)用新型具有很好的可擴(kuò)展性，可以通過(guò)增加正交關(guān)節(jié)模塊的數(shù)量來(lái)增加機(jī)械臂的長(zhǎng)度和自由度。從而使系統(tǒng)具有高冗余性。
[0013]2.本實(shí)用新型各個(gè)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有很強(qiáng)的靈活性，可以適應(yīng)復(fù)雜的環(huán)境從而完成給定的任務(wù)。
[0014]3.本實(shí)用新型具有多個(gè)自由度，位置和姿態(tài)靈活多變，具有很高的活動(dòng)能力，大大增加了活動(dòng)空間。
[0015]4.本實(shí)用新型具有很強(qiáng)的冗余性，可以大大提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本實(shí)用新型安裝完畢狀態(tài)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為本實(shí)用新型旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的爆炸圖；
[0018]圖3為本實(shí)用新型正交關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖4為本實(shí)用新型爪關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖5為本實(shí)用新型爪關(guān)節(jié)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不意圖；
[0021 ]圖6為本實(shí)用新型避障功能示意圖；
[0022]其中:I為爪關(guān)節(jié)，2為正交關(guān)節(jié)，3為步進(jìn)導(dǎo)軌，4為旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，5為滑塊A，6為絲桿，7為步進(jìn)電機(jī)，8為旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)外殼，9為旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)小齒輪，10為外齒圈，11為連接軸，12為齒輪套筒，13為軸承A，14為旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接件，15為軸承內(nèi)卡圈，16為軸承外卡圈，17為舵機(jī)A，18為舵機(jī)B，19為正交連接件，20為舵機(jī)C，21為爪關(guān)節(jié)外殼，22為齒輪殼，23為舵機(jī)D，24為軸承B，25為指部A，26為逆時(shí)針螺母，27為指部B，28為順時(shí)針螺母，29為雙向螺桿，30為軸承支座，31為導(dǎo)軌，32為指關(guān)節(jié)大齒輪，33為聯(lián)軸器，34為指關(guān)節(jié)小齒輪，35為正交關(guān)節(jié)連接件，36為支架，37為滑塊B。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳述。
[0024]如圖1、圖2所示，本實(shí)用新型包括包括旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)4、正交關(guān)節(jié)32及爪關(guān)節(jié)I，其中旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)4位于機(jī)械臂的底端、作為整個(gè)機(jī)械臂的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，正交關(guān)節(jié)2為多個(gè)、依次相連，一端的正交關(guān)節(jié)2與旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接，另一端的正交關(guān)節(jié)2連接有爪關(guān)節(jié)I。機(jī)械臂整體通過(guò)移動(dòng)副由安裝在步進(jìn)導(dǎo)軌3上的步進(jìn)電機(jī)7帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)導(dǎo)軌3作為底部移動(dòng)平臺(tái)，其上設(shè)有移動(dòng)副，該移動(dòng)副包括滑塊A5及絲桿6，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)4中的舵機(jī)A17安裝在滑塊A5上，絲桿6的兩端轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在步進(jìn)導(dǎo)軌3上，任一端與步進(jìn)電機(jī)7的輸出端相連，步進(jìn)電機(jī)7驅(qū)動(dòng)絲桿6轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)不同的轉(zhuǎn)動(dòng)方向帶動(dòng)滑塊A5前進(jìn)或后退，進(jìn)而帶動(dòng)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)。
[0025]旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)4包括旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)外殼8、舵機(jī)A17及分別容置于該旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)外殼8內(nèi)的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)齒輪9、外齒圈10、齒輪套筒12、軸承A13、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接件14、軸承內(nèi)卡圈15、軸承外卡圈16，該舵機(jī)A17輸出端兩側(cè)開(kāi)有相應(yīng)的連接孔，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)4整體通過(guò)舵機(jī)A17上的連接孔連接到滑塊A5上。舵機(jī)Al7的輸出端開(kāi)有相應(yīng)的連接孔，輸出端上通過(guò)連接軸11連接有旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)齒輪9，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)齒輪9與外齒圈10內(nèi)嚙合在一起，外齒圈10與軸承A13之間設(shè)有齒輪套筒12，并且外齒圈10通過(guò)外側(cè)的連接孔與旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)外殼8的內(nèi)壁連接在一起，舵機(jī)A17通過(guò)輸出端、連接軸11和旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)齒輪9傳遞給外齒圈10從而帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)外殼8旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接件14通過(guò)連接孔連接在舵機(jī)A17上，外部套設(shè)有軸承A13，本實(shí)施例的軸承A13為6812ZZ軸承。軸承A13的一側(cè)與外齒圈10之間為齒輪套筒12，另一側(cè)設(shè)有套設(shè)在旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接件14上的軸承內(nèi)卡圈15及安裝在旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)外殼8內(nèi)壁上的軸承外卡圈16，外齒圈10、齒輪套筒12及軸承A13的外徑相同，齒輪套筒12的兩側(cè)分別與外齒圈10和軸承A13的外圈抵接;軸承A13的外圈通過(guò)齒輪套筒12及軸承外卡圈16限位，內(nèi)圈通過(guò)軸承內(nèi)卡圈15限位。旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)外殼8通過(guò)舵機(jī)A17驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)各正交關(guān)節(jié)2及爪關(guān)節(jié)I轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0026]正交關(guān)節(jié)2結(jié)構(gòu)相同，作為機(jī)械臂的臂身也即該機(jī)械臂的可擴(kuò)展模塊;每個(gè)正交關(guān)節(jié)2均包括一個(gè)舵機(jī)及一個(gè)正交連接件19，該舵機(jī)的電機(jī)本體上設(shè)有電機(jī)外法蘭，第一個(gè)正交關(guān)節(jié)2中舵機(jī)的電機(jī)本體通過(guò)正交關(guān)節(jié)連接件35安裝在旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)外殼8上，第一個(gè)正交關(guān)節(jié)2中正交連接件19的一端與第一個(gè)正交關(guān)節(jié)2中舵機(jī)上的電機(jī)外法蘭連接，另一端與相鄰正交關(guān)節(jié)2中舵機(jī)的電機(jī)本體相連;最后一個(gè)正交關(guān)節(jié)2中舵機(jī)的電機(jī)本體與相鄰正交關(guān)節(jié)2中的正交連接件19連接，最后一個(gè)正交關(guān)節(jié)2中的正交連接件19 一端與最后一個(gè)正交關(guān)節(jié)2中舵機(jī)的電機(jī)外法蘭連接，另一端與爪關(guān)節(jié)I連接。各正交關(guān)節(jié)2作為機(jī)械臂的可擴(kuò)展模塊，每個(gè)所述正交關(guān)節(jié)2具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，相鄰兩正交關(guān)節(jié)2之間可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，相鄰兩正交關(guān)節(jié)2中舵機(jī)的輸出軸相垂直。如圖3所示，以兩個(gè)正交關(guān)節(jié)2為例，第一個(gè)正交關(guān)節(jié)2的舵機(jī)為舵機(jī)B18，第二個(gè)正交關(guān)節(jié)2的舵機(jī)為舵機(jī)C20，舵機(jī)C20的電機(jī)本體安裝在旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)外殼8上，第二個(gè)正交關(guān)節(jié)2中的正交連接件19的一端與舵機(jī)C20的電機(jī)外法蘭連接，另一端與舵機(jī)B18的