CN108015798B - 一种可释放和锁紧的空间机械臂关节 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可释放和锁紧的空间机械臂关节，机械臂中固定有驱动机构，驱动机构包括一输出齿轮，其特征在于，该关节包括：一转动架，转动架为框架结构，其一端通过轴承支撑于机械臂一端；一齿圈，齿圈套接于轴承上，并与输出齿轮啮合，齿圈上开设一槽口；一传动机构，传动机构可拆卸连接在转动架内部，其包括一开合键，关节需要转动时，开合键闭合并与槽口匹配对接，由输出齿轮带动齿圈转动，齿圈通过槽口将动力传递至传动机构，从而驱动转动架转动，当驱动机构故障，需要释放关节时，开合键打开，从槽口中滑脱，使得传动机构与槽口分离，解除齿圈对传动机构的约束，进而实现转动架的自由转动。与现有技术相比，本发明使用灵活。

Description

一种可释放和锁紧的空间机械臂关节

技术领域

本发明涉及一种空间机械臂关节，尤其是涉及一种可释放和锁紧的空间机械臂关节。

背景技术

目前，公知的航天领域的空间机械臂用于执行诸多舱外任务，由多个关节构成。空间机械臂一般采用铰接式关节型式，关节由内置的驱动机构驱动来完成旋转运动，关节一般具有自锁功能。因此在关节驱动机构故障情况下，关节将无法转动，关节将保持在故障位置，会影响其他任务的执行。由于关节结构复杂，采用宇航员在太空拆卸关节来消除故障的影响难以实现。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可释放和锁紧的空间机械臂关节，解决了现有技术中空间机械臂在关节驱动机构故障情况下因位置保持而影响任务执行，以及采用拆卸关节来消除故障影响方法难以实现的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种可释放和锁紧的空间机械臂关节，所述机械臂中固定有驱动机构，所述驱动机构包括一输出齿轮，该关节包括：

一转动架，所述转动架为框架结构，其一端通过轴承连接于机械臂一端；

一齿圈，所述齿圈空套于所述转动架上，并与所述输出齿轮啮合，所述齿圈上开设一槽口；

一传动机构，所述传动机构连接在所述转动架内部，其包括一开合键，关节需要转动时，所述开合键闭合并与所述槽口匹配对接，由所述输出齿轮带动齿圈转动，齿圈通过槽口将动力传递至传动机构，从而驱动转动架转动，当驱动机构故障，需要释放关节时，所述开合键打开，从槽口中滑脱，使得传动机构与所述槽口分离，解除齿圈对传动机构的约束，进而实现转动架的自由转动。

所述传动机构还包括壳体、螺杆、分离螺母、螺杆套和弹簧，

所述壳体为环形框架结构，设置在所述转动架内部，所述分离螺母可拆卸连接在所述壳体的后端，所述螺杆位于所述壳体的轴线处，且其一端与所述分离螺母连接，另一端位于壳体中，所述螺杆套套接在所述螺杆上并由一螺母固定，所述开合键铰接在所述螺杆套上，且部分露出壳体的前端，所述弹簧套接在所述螺杆上并位于所述分离螺母和螺杆套之间，至少一对滚轮通过滚轮轴与所述壳体连接，并位于所述开合键的两侧，

关节需要转动时，所述分离螺母拉动螺杆向壳体后端运动，使所述开合键由于壳体前端限制处于闭合并与所述槽口匹配对接，由所述输出齿轮带动齿圈转动，齿圈通过槽口将动力传递至开合键，开合键向其一侧的滚轮贴紧，带动滚轮旋转，进而驱动转动架旋转；当驱动机构故障，需要释放关节时，所述分离螺母释放螺杆，在弹簧的作用下，螺杆带动开合键向壳体前端运动，开合键打开，从槽口中滑脱，使得传动机构与所述槽口分离，解除齿圈对传动机构的约束，进而实现转动架的自由转动。这里壳体前端是指壳体靠近齿圈的一端，壳体后端是指壳体远离齿圈的一端。

当所述开合键闭合时，所述壳体上与所述开合键接触的部分设有凹槽，相应的，所述开合键上设有与所述凹槽适配的凸起，当所述开合键闭合与所述槽口对接时，所述凸起位于所述凹槽中。

所述开合键包括相对设置并铰接的第一构件和第二构件，闭合时，所述第一构件和第二构件形成封闭环。

所述壳体可拆卸连接在所述转动架内部，当壳体内部有部件故障时，可将壳体从转动架上拆下下来，便于检查维修。

所述开合键的开合方向与所述齿圈的轴线平行，当齿圈转动时，可将最大的动力传递给开合键。

所述齿圈包括一封闭的环形基体，所述环形基体的外圆周上成形有齿部，所述槽口开设在所述外圆周上。

一底面和与所述底面垂直的两个相对的侧面构成横截面为“凵”形的槽口，所述侧面所处的平面与所述齿圈的轴线平行。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明通过开合键与齿圈上的槽口配合，可以在机械臂关节驱动机构故障情况下，通过张开开合键，释放关节，从而不会因关节位置保持而影响其他任务执行，避免了采用拆卸关节的方法来释放关节，释放快速可靠，结构简单、质量轻。

(2)本发明将螺杆、开合键、弹簧等部件设置在壳体中，构成传动机构，壳体与转动架可拆卸连接，分离螺母与壳体可拆卸连接，便于故障时，拆卸检修；

(3)壳体上与开合键接触的部分设有凹槽，相应的，开合键上设有与凹槽适配的凸起，当开合键闭合与槽口对接时，凸起位于凹槽中，保证齿圈在转动过程中，开合键的第一构件和第二构件的闭合端不会错位，同时，约束开合键的运动，稳定性好。

(4)槽口的横截面为“凵”形，且其侧面所处的平面与齿圈的轴线平行，当齿圈转动时，可将最大的动力传递给开合键。

附图说明

图1为本发明关节释放前，驱动机构正常工作时的结构示意图；

图2是沿图1中A-A线的剖视图；

图3是本发明对关节释放后的结构示意图；

图4是本发明中开合键闭合时的壳体的轴测图；

图5是本发明中开合键打开时的壳体的轴测图。

图中标识为：1、驱动机构，100、输出齿轮，2、机械臂，3、齿圈，30、槽口，4、转动架，5、轴承，6、开合键，7、凸起，70、凹槽，8、壳体，10、螺杆套，11、螺母，12、弹簧，13、螺杆，14、分离螺母，15、滚轮轴，16、滚轮。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

参见图1，配合参见图2和图3，本发明实施例提供的可释放和锁紧的空间机械臂2关节，机械臂2中固定有驱动机构1，驱动机构1包括一输出齿轮100，该关节包括：转动架4，转动架4为框架结构，其一端通过轴承5连接于机械臂2一端；齿圈3，齿圈3空套于转动架4上，并与输出齿轮100啮合，齿圈3上开设一槽口30；传动机构，传动机构连接在转动架4内部，其包括一开合键6，关节需要转动时，开合键6闭合并与槽口30匹配对接，由输出齿轮100带动齿圈3转动，齿圈3通过槽口30将动力传递至传动机构，从而驱动转动架4转动，当驱动机构1故障，需要释放关节时，开合键6打开，从槽口30中滑脱，使得传动机构与槽口30分离，解除齿圈3对传动机构的约束，进而实现转动架4的自由转动。

本发明通过开合键6与齿圈3上的槽口30配合，可以在机械臂2关节驱动机构1故障情况下，通过张开开合键6，释放关节，从而不会因关节位置保持而影响其他任务执行，避免了采用拆卸关节的方法来释放关节，释放快速可靠，结构简单、质量轻。

具体的，开合键6包括相对设置并铰接的第一构件和第二构件，闭合时，第一构件和第二构件形成封闭环。齿圈3包括一封闭的环形基体，环形基体的外圆周上成形有齿部，槽口30开设在外圆周上。

进一步的，传动机构还包括壳体8、螺杆13、分离螺母14、螺杆套10和弹簧12，壳体8为环形框架结构，可拆卸设置在转动架4内部，分离螺母14可拆卸连接在壳体8的后端，螺杆13位于壳体8的轴线处，且其一端与分离螺母14连接，另一端位于壳体8中，螺杆套10套接在螺杆13上并由一螺母11固定，开合键6铰接在螺杆套10上，且部分露出壳体8的前端，弹簧12套接在螺杆13上并位于分离螺母14和螺杆套10之间，至少一对滚轮16通过滚轮16轴15与壳体8连接，并位于开合键6的两侧，

参见图4，关节需要转动时，分离螺母14拉动螺杆13向壳体8后端运动，使开合键6由于壳体8前端限制处于闭合并与槽口30匹配对接，由输出齿轮100带动齿圈3转动，齿圈3通过槽口30将动力传递至开合键6，开合键6向其一侧的滚轮16贴紧，带动滚轮16旋转，进而驱动转动架4旋转；参见图5，当驱动机构1故障，需要释放关节时，分离螺母14释放螺杆13，在弹簧12的作用下，螺杆13带动开合键6向壳体8前端运动，开合键6打开，从槽口30中滑脱，使得传动机构与槽口30分离，解除齿圈3对传动机构的约束，进而实现转动架4的自由转动。这里壳体8前端是指壳体8靠近齿圈3的一端，壳体8后端是指壳体8远离齿圈3的一端。

本发明将螺杆13、开合键6、弹簧12等部件设置在壳体8中，构成传动机构，壳体8与转动架4可拆卸连接，分离螺母14与壳体8可拆卸连接，便于故障时，拆卸检修；

在本发明一实施例中，当开合键6闭合时，壳体8上与开合键6接触的部分设有凹槽70，相应的，开合键6上设有与凹槽70适配的凸起7，当开合键6闭合与槽口30对接时，凸起7位于凹槽70中，保证齿圈3在转动过程中，开合键6的第一构件和第二构件的闭合端不会错位，同时，约束开合键6的运动，稳定性好。

在本发明一实施例中，开合键6的开合方向与齿圈3的轴线平行，当齿圈3转动时，可将最大的动力传递给开合键6。

在本发明一实施例中，一底面和与底面垂直的两个相对的侧面构成横截面为“凵”形的槽口30，侧面所处的平面与齿圈3的轴线平行，当齿圈3转动时，可将最大的动力传递给开合键6。

最后要说明的是，本申请的分离螺母14对于本领域的技术人员来说是公知的。

虽然本发明对以上实施例进行说明，但是应当理解，这并不意味着本发明将局限于以上实施例。相反，本发明将包括可以包含在由所附的权利要求书所限定的本发明的精神和范围内的所有替代，变更和等同方案。

Claims (7)

1.一种可释放和锁紧的空间机械臂关节，所述机械臂中固定有驱动机构，所述驱动机构包括一输出齿轮，其特征在于，该关节包括：

一转动架，所述转动架为框架结构，其一端通过轴承连接于机械臂一端；

一齿圈，所述齿圈空套于所述转动架上，并与所述输出齿轮啮合，所述齿圈上开设一槽口；

一传动机构，所述传动机构连接在所述转动架内部，其包括一开合键，关节需要转动时，所述开合键闭合并与所述槽口匹配对接，由所述输出齿轮带动齿圈转动，齿圈通过槽口将动力传递至传动机构，从而驱动转动架转动，当驱动机构故障，需要释放关节时，所述开合键打开，从槽口中滑脱，使得传动机构与所述槽口分离，解除齿圈对传动机构的约束，进而实现转动架的自由转动；

其中，所述传动机构还包括壳体、螺杆、分离螺母、螺杆套和弹簧，

所述壳体为环形框架结构，设置在所述转动架内部，所述分离螺母可拆卸连接在所述壳体的后端，所述螺杆位于所述壳体的轴线处，且其一端与所述分离螺母连接，另一端位于壳体中，所述螺杆套套接在所述螺杆上并由一螺母固定，所述开合键铰接在所述螺杆套上，且部分露出壳体的前端，所述弹簧套接在所述螺杆上并位于所述分离螺母和螺杆套之间，至少一对滚轮通过滚轮轴与所述壳体连接，并位于所述开合键的两侧，

关节需要转动时，所述分离螺母拉动螺杆向壳体后端运动，使所述开合键由于壳体前端限制处于闭合并与所述槽口匹配对接，由所述输出齿轮带动齿圈转动，齿圈通过槽口将动力传递至开合键，开合键向其一侧的滚轮贴紧，带动滚轮旋转，进而驱动转动架旋转；当驱动机构故障，需要释放关节时，所述分离螺母释放螺杆，在弹簧的作用下，螺杆带动开合键向壳体前端运动，开合键打开，从槽口中滑脱，使得传动机构与所述槽口分离，解除齿圈对传动机构的约束，进而实现转动架的自由转动。

2.根据权利要求1所述的一种可释放和锁紧的空间机械臂关节，其特征在于，当所述开合键闭合时，所述壳体上与所述开合键接触的部分设有凹槽，相应的，所述开合键上设有与所述凹槽适配的凸起，当所述开合键闭合与所述槽口对接时，所述凸起位于所述凹槽中。

3.根据权利要求1或2所述的一种可释放和锁紧的空间机械臂关节，其特征在于，所述开合键包括相对设置并铰接的第一构件和第二构件，闭合时，所述第一构件和第二构件形成封闭环。

4.根据权利要求1所述的一种可释放和锁紧的空间机械臂关节，其特征在于，所述壳体可拆卸连接在所述转动架内部。

5.根据权利要求1所述的一种可释放和锁紧的空间机械臂关节，其特征在于，所述开合键的开合方向与所述齿圈的轴线平行。

6.根据权利要求1所述的一种可释放和锁紧的空间机械臂关节，其特征在于，所述齿圈包括一封闭的环形基体，所述环形基体的外圆周上成形有齿部，所述槽口开设在所述外圆周上。

7.根据权利要求1所述的一种可释放和锁紧的空间机械臂关节，其特征在于，一底面和与所述底面垂直的两个相对的侧面构成横截面为“凵”形的槽口，所述侧面所处的平面与所述齿圈的轴线平行。

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