[发明专利]一种空间机械臂模块化驱动关节

说明书

一种空间机械臂模块化驱动关节，包括电机驱动组件、机械传动组件、传感控制组件和结构支撑组件；所述电机驱动组件包括无刷直流电机，所述机械传动组件包括谐波减速器和行星减速装置；所述传感控制组件包括绝对位置编码器和驱动控制器，所述结构支撑部件包括输入法兰、电机支座，轴承内座、轴承外座、输出法兰、谐波输出轴、轴承端盖、机械限位块、控制器支架与控制器外壳。本发明解决了现有空间机械臂技术中驱动关节精度低，关节的体积和重量较大的问题，采用模块化设计，关节之间的互换性好，具有提高空间机械臂精细化程度和负载能力的有益效果。

技术领域

本发明涉及空间站机械臂灵巧操作技术领域，具体涉及一种空间机械臂模块化驱动关节。

背景技术

空间机械臂模块化驱动关节是空间机械臂的运动部件，空间机械臂通过驱动关节的转动及位置控制，在整个工作空间内，实现对任务目标的寻址、定位，同时可辅助末端执行工具完成抓取、插拔、旋转等操作。

目前，模块化驱动关节是国内外现有的空间机械臂的关键单机，是空间站建造、运营阶段不可或缺的关键设备，在国际空间站上的加拿大II机械臂、日本机械臂、欧空局机械臂上得到了广泛应用。在国际空间站的几种机械臂中，根据操作对象的重量及完成操作任务的不同，机械臂关节可分为大型驱动关节和中型驱动关节两大类。最典型的大型驱动关节是国际空间站加拿大II机械臂（SSRMS）模块化驱动关节，SSRMS用于空间站各舱段的临时停泊、转位等工作，要求驱动关节的负载能力大。SSRMS驱动关节的模块化，使得各关节间可以互换。驱动关节的电机驱动组件、传感控制组件均采用冗余设计。三级行星减速的传动方式，在提高其负载能力的同时，也增加了关节的体积和重量，这对我国现有的运载能力是一个挑战。

最典型的中型驱动关节是空间站欧空局机械臂（ERA）驱动关节，其驱动器外置，采用了局部模块化设计。ERA可用于更换中、小型ORU，辅助航天员进行EVA活动，对舱段表面进行在轨检测等，需要的承载能力和末端操作精度都不高。ERA驱动关节采用单电机驱动，行星减速方式，减速比不高，关节的体积和重量相对于SSRMS驱动关节也下降很多。

针对空间载荷精细化操作的要求，机械臂应具有较高的末端定位精度，一定的承载能力。因此，需要设计一种机构简单、连接可靠、结构轻小的空间机械臂模块化驱动关节，同时需要关节具有较高的定位精度及一定的输出力矩，以满足空间机械臂灵巧操作的需求。

发明内容

为满足对空间轻、小型设备灵巧操作的需求，本发明提出一种空间机械臂模块化驱动关节。

本发明提供的一种空间机械臂模块化驱动关节，包括电机驱动组件、机械传动组件、传感控制组件和相应的结构支撑组件。

所述电机驱动组件包括无刷直流电机，其包括定子组件、转子组件、Hall换向元件及增量式编码器。电机组件采用Hall换向方式，增量式编码器提供电机组件相对位置信息，进行关节速度反馈控制。

所述机械传动组件包括谐波减速器、刚轮、柔轮及一级行星减速装置，行星减速装置与谐波减速器采用一体化设计，行星减速装置安装于谐波减速器空腔中，充分利用了谐波减速器的剩余空间。机械传动组件采用油脂与固体混合润滑方式，其全部齿轮、轴承和摩擦部位均具有固体润滑镀层。谐波减速器齿轮采用小侧隙设计，使得传动组件回差小，输出精度高，其输入端采用联轴器直接与电机输出轴（转子）相连，其刚轮通过结构支撑组件固定在电机定子壳体上。、

所述传感控制组件包括绝对位置编码器及其组件、驱动控制器。绝对位置编码器由编码器定子、编码器转子、压紧蝶簧、压紧环组成。绝对位置编码器转子通过压紧蝶簧、压紧环固定在谐波输出轴上，绝对位置编码器定子通过相应的结构支撑部件连接于谐波减速器刚体上。

所述的结构支撑部件，包括输入法兰、电机支座，轴承内座、轴承外座、输出法兰、谐波输出轴、轴承端盖、机械限位块、控制器支架与控制器外壳。