CN104743139B - 一种能够稳定抓捕的空间机械臂结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能够稳定抓捕的空间机械臂结构，包括两个结构相同、配置在所述空间机械臂首末两端的驱动装置，和一个被动装置。两个驱动装置中间的被动装置内部含有可缓冲来自轴向、径向力动能量的磁流变液阻尼器结构，可有效保证结构整体平稳精确抓住目标星。本发明的主要特点为：可以稳定可靠地依靠机械臂的结构抓捕空间中的目标星；在抓捕后，更能依靠自身的磁流变液阻尼器和弹簧阻尼缓冲抓捕目标带来的负能量，保证卫星基座的整体稳定。

Description

一种能够稳定抓捕的空间机械臂结构

技术领域

本发明涉及一种空间机器人结构，准确的说，提供了一种在抓捕目标星后的工况中，能够依靠自身结构内部的磁流变液阻尼器缓冲碰撞动量的空间机械臂结构，提高空间目标星抓捕的稳定性。

背景技术

空间机械臂是一个机、电、热、控一体化的高集成度的空间机电系统。随着我国国民经济与国防工业技术的迅速发展，对航天器的需求量日益增加，对其能力的要求日臻提高。尤其是多工况、条件苛刻的宇宙环境对于空间机械臂技术的需求越来越迫切，而且对其工作能力、性能要求其可靠性、安全性、寿命等方面也提出了越来越高的要求。此外，受国外在高技术领域的技术限制与封锁，使得我们必须坚持自力更生、坚持自主创新的思想，加速并加强空间机械臂技术的研发工作。

空间机械臂在这种大环境下，需要完成更高的既定任务，如：对目标星的捕获，缓冲来自空间中多种碰撞下的动能量。然而，目前我国在这种任务要求下依然没有太好的结构解决方案。因此，新结构、新技术的引用和研制迫在眉睫。

发明内容

本发明解决上述已有的空间机械臂存在的不足之处，提供了抓捕式空间机械臂结构，本发明作为一种应用于空间内抓捕目标性的机械臂。相较于之前发明的空间机械臂，我们在被动装置部分进行了改动，将阻尼系统中的阻尼效果由之前的轴向阻尼、径向阻尼分离，变为了耦合阻尼，从而可以有效的阻尼来自目标星的负能量。本发明采用以下方案。

一种能够稳定抓捕的空间机械臂结构，包括两个结构相同、配置在所述空间机械臂首末两端的驱动装置，和一个被动装置；所述驱动装置包括轴端盖、轴承端盖、壳体A、换向锥齿轮A、驱动电机、端部连接件、回转端、旋转式磁流变液阻尼器A、轴承A、换向锥齿轮B、轴承B、传动轴、壳体B、离合器、减速器；所述驱动电机通过外接螺栓与所述减速器连接，所述减速器与所述离合器通过内部卡槽连接，所述离合器的输出轴与所述换向锥齿轮A通过平键连接，所述换向锥齿轮A的齿面与所述换向锥齿轮B的齿面贴合，所述换向锥齿轮B通过平键与所述传动轴连接，所述轴承B与所述传动轴过盈配合，所述轴承B与所述回转端过盈配合，所述轴承A与所述传动轴过盈配合，所述旋转式磁流变液阻尼器A与所述传动轴过盈配合，所述旋转式磁流变液阻尼器A与所述壳体A间隙配合，所述传动轴与所述回转端通过平键连接，所述壳体A与所述壳体B通过螺钉连接，所述回转端与所述壳体A贴合，所述回转端与所述壳体B贴合，所述轴承端盖与所述轴承B过渡配合，所述轴承端盖与所述回转端通过螺丝连接，所述轴承端盖与所述轴端盖通过螺丝连接，所述端部连接件与所述壳体A、所述壳体B通过螺丝连接；

所述被动装置包括端部连接件A、套筒壳、套筒底盖、阻尼器底座、阻尼器腔体、复位弹簧、滑轮架、滑轮、防尘罩、运动盘、活动套筒、阻尼器伸缩杆辅助固定件、阻尼器制动杆；所述端部连接件A与所述驱动装置中的所述回转端通过螺栓连接，所述端部连接件A与所述套筒壳通过螺栓连接，所述端部连接件A与所述活动套筒的末端通过螺丝紧固，所述套筒底盖通过螺丝与所述套筒壳的内壁底部连接、形成过渡配合，所述阻尼器底座与所述套筒底盖通过螺丝连接，所述阻尼器底座与所述套筒壳形成间隙配合，所述阻尼器腔体与所述前端阻尼器制动杆过渡配合，所述阻尼器腔体与所述阻尼器底座中间的通孔过渡配合，所述复位弹簧与所述阻尼器底座周围均匀分布的三个连接口通过螺丝紧固，所述复位弹簧与所述滑轮架周围均匀分布的三个连接口通过螺丝紧固，所述阻尼器制动杆与所述阻尼器复位弹簧中间的通孔间隙配合，所述滑轮架的末端与所述运动盘贴合，所述滑轮架末端均匀分布的三个阶梯轴与所述滑轮过渡配合，所述滑轮与所述运动盘前端均匀分布的三个滑道贴合、形成相互滚动，所述运动盘后端与所述活动套筒的内部阶梯壁通过螺丝紧固，所述活动套筒外部的卡槽与所述套筒壳内部的卡槽配合、形成相互滑动，所述活动套筒的内部通孔与所述阻尼器伸缩杆辅助固定件的中心通孔轴向贴合，所述活动套筒外部的卡槽通过粘合剂与所述防尘罩的后端连接，所述防尘罩的前段与所述套筒壳的后端通过粘合剂连接，所述阻尼器伸缩杆辅助固定件的中心通孔与所述阻尼器制动杆的轴通过顶丝配合。

本发明具有以下优点：

1.结构紧凑。整个空间机械臂结构内部排布规整，功能明确，在较小的空间内实现了电机驱动和缓冲卸载碰撞动量的功能。

2.功能可靠。空间机械臂结构在抓捕目标前由电机驱动；在抓捕目标后，可以依靠被动装置中的缓冲结构缓冲来自抓捕目标后带来的碰撞动量。

3.符合标准。空间机械臂结构的整体尺寸及功能满足当今机空间械臂结构技术领域中的基本要求，符合工程设计的准则。

附图说明

图1为空间机械臂结构整体装配示意图；

图2为图1空间机械臂结构中驱动装置的装配示意图；

图3为图1空间机械臂结构中驱动装置的零件爆炸图；

图4为图1空间机械臂结构中被动装置的装配示意图；

图5为图1空间机械臂结构中被动装置的零件爆炸图。

主要元件符号说明

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步详细说明。

如图1所示，一种能够稳定抓捕的空间机械臂结构，包括两个结构相同、配置在所述空间机械臂结构首末两端的驱动装置，和一个被动装置；如图2、图3所示，所述驱动装置包括轴端盖101、轴承端盖102、壳体A103、换向锥齿轮A104、驱动电机105、端部连接件106、回转端107、旋转式磁流变液阻尼器A108、轴承A109、换向锥齿轮B110、轴承B111、传动轴112、壳体B113、离合器114、减速器115；所述驱动电机105通过螺栓与所述减速器115连接，所述减速器115与所述离合器114通过卡槽连接，所述离合器114的输出轴与所述换向锥齿轮A104通过平键连接，所述换向锥齿轮A104的齿面与所述换向锥齿轮B110的齿面贴合，所述换向锥齿轮B110通过平键与所述传动轴112连接，所述轴承B111与所述传动轴112过盈配合，所述轴承B111与所述回转端107过盈配合，所述轴承A109与所述传动轴112过盈配合，所述旋转式磁流变液阻尼器A108与所述传动轴112过盈配合，所述旋转式磁流变液阻尼器A108与所述壳体A103间隙配合，所述传动轴112与所述回转端107通过平键连接，所述壳体A103与所述壳体B113通过螺钉连接，所述回转端107与所述壳体A103贴合，所述回转端107与所述壳体B113贴合，所述轴承端盖102与所述轴承B111过渡配合，所述轴承端盖102与所述回转端107通过螺丝连接，所述轴承端盖102与所述轴端盖101通过螺丝连接，所述端部连接件106与所述壳体A103、所述壳体B113通过螺丝连接。

当空间机械臂结构抓捕目标星的时候，驱动装置内部由驱动电机105输出扭矩，经上端的减速器115、离合器114等设备，传递扭矩至换向锥齿轮A104，经锥齿轮系的传动，换向锥齿轮A104将动力传递给换向锥齿轮B110，换向锥齿轮B110带动传动轴112转动，传动轴112与回转端107固性连接，从而带动回转端107在相对于壳体A103、壳体B113做俯仰方向的运动。两个驱动装置装配在被动装置的两端，从而使得整个空间机械臂可以实现抓捕卫星换向的功能。当空间机械臂抓捕目标后，驱动装置内部的离合器114工作，切断电机的输出扭矩，从而保护电机等设备，其内部的旋转式磁流变液阻尼器A108开始工作，缓冲来自抓捕的目标星带来的动能量。

所述被动装置包括端部连接件A201、套筒壳202、套筒底盖203、阻尼器底座204、阻尼器腔体205、复位弹簧206、滑轮架207、滑轮208、防尘罩209、运动盘210、活动套筒211、阻尼器伸缩杆辅助固定件212、阻尼器制动杆213；所述端部连接件A201与驱动装置中的回转端107由螺栓连接，在驱动装置的带动下，被动装置两端的端部连接件A201在驱动装置中的端部连接件106、回转端107的带动下，可以形成动力传递，从而形成相对运动。端部连接件A201与套筒壳由螺栓连接，端部连接件A201与活动套筒211末端依靠螺丝紧固，所述套筒底盖203依靠螺丝与套筒壳202内壁底部连接、形成过渡配合，阻尼器底座204与套筒壳202形成间隙配合，所述阻尼器底座205与套筒底盖203依靠螺丝连接，套筒底盖203紧固于套筒211底部，与阻尼器底座205紧固连接，为阻尼器工作的时候提供保障，套筒壳202将套筒底盖203、阻尼器108(阻尼器腔体205内)、复位弹簧206、滑轮架207、滑轮208等零件保护在其内部，为被动装置工作提供保障。所述阻尼器腔体205与阻尼器制动杆213过渡配合、阻尼器腔体205与阻尼器底座204中间的通孔过渡配合，阻尼器腔体205受阻尼器底座204的约束，可以有效可靠的进行工作。所述复位弹簧206与阻尼器底座204周围均匀分布的三个连接口依靠螺丝紧固、复位弹簧206与滑轮架207周围均匀分布的三个连接口依靠螺丝紧固，所述阻尼器制动杆213与阻尼器复位弹簧206中间的通孔间隙配合，所述滑轮架207末端与运动盘210贴合、滑轮架207末端均匀分布的三个阶梯轴与滑轮208过渡配合，所述滑轮208与运动盘210前端均匀分布的三个滑道贴合、形成相互滚动。

当被动装置受到外部负能量的影响的时候，其内部复位弹簧206将会发生形变，于此同时由于滑轮208与运动盘210的作用，可以将不定方向的负能量传递到轴向，轴向阻尼器开始工作，缓冲来自被动装置末端的负能量。当阻尼器工作完毕后，复位弹簧206自身的形变将会产生反向的弹簧压力，促使滑轮架207、运动盘210、活动套筒211等零件恢复原位。所述运动盘210后端与活动套筒211内的内部阶梯壁依靠螺丝紧固，所述活动套筒211外部的卡槽与套筒壳202内部的卡槽配合、形成相互滑动，活动套筒211内部通孔与阻尼器伸缩杆辅助固定件213中心通孔轴向贴合，活动套筒211外部卡槽依靠粘合剂与防尘罩209后端连接，所述防尘罩209前段与套筒壳202后端依靠粘合剂连接，由于被动装置工作的时候，其内部的复位弹簧206会发生形变，于是会带动阻尼器底座204和滑轮架207之间的轴向位移变小，因此带动活动套筒211与套筒壳202之间发生相应的轴向位移，与此同时，与该两个零件(活动套筒211与套筒壳202)相连接的防尘罩209也会发生相应的形变，从而促使被动装置的正常工作。所述阻尼器伸缩杆辅助固定件212中心通孔与阻尼器制动杆213的轴依靠顶丝配合，阻尼器伸缩杆辅助固定件212与阻尼器上的轴紧固后，在复位弹簧206以阻尼器底座204为基座进行复位运动的时候，进行位置约束，防止复位弹簧发生轴向的往复运动。整个被动装置介于两个驱动装置的中间，其两端与两个驱动装置连接。

当抓取目标星后，驱动装置失电，被动装置开始工作，其所需要抵消的负能量由其末端的段部连接件A，经过活动套筒211、防尘罩209等以套筒底盖203为基座发生的相对运动的零件，传递给其内部的运动盘210、滑轮架207。运动盘210自身的滑道与滑轮架207上的滑轮208发生滑动后，将各方向的负能量转换为轴向负能量。传递给复位弹簧206、和阻尼器。在此刻，阻尼器开始工作，在复位弹簧发生形变的同时抵消负能量。在复位弹簧发生一定的形变后，负能量抵消殆尽。之后复位弹簧在形变力的驱使下以阻尼器底座为基座、阻尼器伸缩杆辅助固定件为轴向位移约束。将整个被动装置内部零件复位。此时，被动装置工作周期结束。

本发明的主要特点为：除了满足空间机械臂抓捕目标星的基本功能，还能够在抓捕任务目标星的同时，被动装置中的结构能将不同方向上的负能量引导为轴向方向上的能量，从而进行能量抵消。能够保证空间中抓捕目标的稳定可靠。

本发明不限于以上对实施例的描述，本领域技术人员根据本发明揭示的内容，在本发明基础上不必经过创造性劳动所进行的改进和修改，都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种能够稳定抓捕的空间机械臂结构，包括两个结构相同、配置在所述空间机械臂结构首末两端的驱动装置，和一个被动装置；其特征在于：

所述驱动装置包括轴端盖(101)、轴承端盖(102)、壳体A(103)、换向锥齿轮A(104)、驱动电机(105)、端部连接件(106)、回转端(107)、旋转式磁流变液阻尼器A(108)、轴承A(109)、换向锥齿轮B(110)、轴承B(111)、传动轴(112)、壳体B(113)、离合器(114)、减速器(115)；所述驱动电机(105)通过螺栓与所述减速器(115)连接，所述减速器(115)与所述离合器(114)通过卡槽连接，所述离合器(114)的输出轴与所述换向锥齿轮A(104)通过平键连接，所述换向锥齿轮A(104)的齿面与所述换向锥齿轮B(110)的齿面贴合，所述换向锥齿轮B(110)通过平键与所述传动轴(112)连接，所述轴承B(111)与所述传动轴(112)过盈配合，所述轴承B(111)与所述回转端(107)过盈配合，所述轴承A(109)与所述传动轴(112)过盈配合，所述旋转式磁流变液阻尼器A(108)与所述传动轴(112)过盈配合，所述旋转式磁流变液阻尼器A(108)与所述壳体A(103)间隙配合，所述传动轴(112)与所述回转端(107)通过平键连接，所述壳体A(103)与所述壳体B(113)通过螺钉连接，所述回转端(107)与所述壳体A(103)贴合，所述回转端(107)与所述壳体B(113)贴合，所述轴承端盖(102)与所述轴承B(111)过渡配合，所述轴承端盖(102)与所述回转端(107)通过螺丝连接，所述轴承端盖(102)与所述轴端盖(101)通过螺丝连接，所述端部连接件(106)与所述壳体A(103)、所述壳体B(113)通过螺丝连接；

所述被动装置包括端部连接件A(201)、套筒壳(202)、套筒底盖(203)、阻尼器底座(204)、阻尼器腔体(205)、复位弹簧(206)、滑轮架(207)、滑轮(208)、防尘罩(209)、运动盘(210)、活动套筒(211)、阻尼器伸缩杆辅助固定件(212)、阻尼器制动杆(213)；所述端部连接件A(201)与所述驱动装置中的所述回转端(107)通过螺栓连接，所述端部连接件A(201)与所述套筒壳(202)通过螺栓连接，所述端部连接件A(201)与所述活动套筒(211)的末端通过螺丝紧固，所述套筒底盖(203)通过螺丝与所述套筒壳(202)的内壁底部连接、形成过渡配合，所述阻尼器底座(204)与所述套筒底盖(203)通过螺丝连接，所述阻尼器底座(204)与所述套筒壳(202)形成间隙配合，所述阻尼器腔体(205)与所述阻尼器制动杆(213)过渡配合，所述阻尼器腔体(205)与所述阻尼器底座(204)中间的通孔过渡配合，所述复位弹簧(206)一端与所述阻尼器底座(204)周围均匀分布的三个连接口通过螺丝紧固，所述复位弹簧(206)另一端与所述滑轮架(207)周围均匀分布的三个连接口通过螺丝紧固，所述阻尼器制动杆(213)与所述复位弹簧(206)中间的通孔间隙配合，所述滑轮架(207)末端与所述运动盘(210)贴合，所述滑轮架(207)末端均匀分布的三个阶梯轴与所述滑轮(208)过渡配合，所述滑轮(208)与所述运动盘(210)前端均匀分布的三个滑道贴合、形成相互滚动，所述运动盘(210)后端与所述活动套筒(211)内的内部阶梯壁通过螺丝紧固，所述活动套筒(211)外部的卡槽与所述套筒壳(202)内部的卡槽配合、形成相互滑动，所述活动套筒(211)的内部通孔与所述阻尼器伸缩杆辅助固定件(212)的中心通孔轴向贴合，所述活动套筒(211)的外部卡槽通过粘合剂与所述防尘罩(209)的后端连接，所述防尘罩(209)的前段与所述套筒壳(202)的后端通过粘合剂连接，所述阻尼器伸缩杆辅助固定件(212)的中心通孔与所述阻尼器制动杆(213)的轴通过顶丝配合。