[实用新型]一种四自由度巡检机械臂及其控制系统

说明书

本实用新型涉及一种四自由度巡检机械臂及其控制系统，该巡检机械臂安装在载荷中心框架顶端；包括图像采集装置、伸缩臂、第一转动关节、第二转动关节和直线驱动臂，伸缩臂水平布置且其一端通过第一转动关节转动连接在载荷中心框架顶端，伸缩臂的另一端通过第二转动关节与直线驱动臂的上端垂直转动连接；图像采集装置滑动连接在直线驱动臂上并在直线驱动臂的驱动下上下移动。本实用新型提供的四自由度巡检机械臂及其控制系统，将周向转动和直线运行结合起来，可以实现巡检运动空间遍历无死角，并使之在其工作范围内快速、准确的到达预设位置，并能够稳定的保持在目标位置，再通过末端携带的图像采集装置进行拍照或录像。

技术领域

本实用新型涉及空间机器人控制领域，具体涉及一种四自由度巡检机械臂及其控制系统。

背景技术

随着我国航天事业的快速发展，对空间机械臂的需求不断增多。根据安装位置的不同，可将空间机械臂分为舱内机械臂和舱外机械臂两类。舱内机械臂大多服务于航天器内部装备的抓取、维护和更换等任务，工作范围和形体尺寸都比较小，操作灵活。舱外机械臂主要用于航天器的组装、维修和燃料补给，以及空间探测和空间实验等工作，根据作用对象和任务需求的不同，其构型也有较大的差异，自由度数从五、六个到数十个不等，臂长跨越几米至十几米。

空间机械臂是涉及多个学科、多种技术的复杂系统，在其可靠性、寿命等工作性能方面的要求越来越高，根据实验目的的不同，需要的控制精度也日臻提高。空间机械臂在工作过程中，需要大量时间来抑制振动，特别是在太空条件下，无空气阻尼，其结构的扰动难以控制。因此，空间机械臂各个关节的精确位置和力矩控制是一个具有挑战性的问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种四自由度巡检机械臂及其控制系统。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种四自由度巡检机械臂，安装在载荷中心框架顶端；包括图像采集装置、伸缩臂、第一转动关节、第二转动关节和直线驱动臂，所述伸缩臂水平布置且其一端通过第一转动关节转动连接在所述载荷中心框架顶端，所述伸缩臂的另一端通过第二转动关节与所述直线驱动臂的上端垂直转动连接；所述图像采集装置滑动连接在所述直线驱动臂上并在所述直线驱动臂的驱动下上下移动。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的巡航机械臂，将周向转动和直线运行结合起来，可以实现巡检运动空间遍历无死角，并使之在其工作范围内快速、准确的到达预设位置，并能够稳定的保持在目标位置，再通过末端携带的图像采集装置进行拍照或录像。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，所述第一转动关节包括第一电机、减速器、转接盘和记录减速器末端速度和位置的第一圆光栅编码器，所述第一电机固定安装在所述载荷中心框架顶端，所述第一电机的电机轴与所述减速器同轴固定连接，所述减速器的输出轴与所述转接盘同轴固定连接，所述第一圆光栅编码器固定在所述转接盘的下端。

采用上述进一步方案的有益效果是：可通过圆光栅编码器实现转接盘速度和位置反馈，采用电机和减速器配合的结构，可提高旋转精度并增大输出力矩。

进一步，所述第一转动关节还包括外壳和基座，所述基座水平套设在所述第一电机上方并固定在所述载荷中心框架顶端，所述第一电机的电机轴从所述基座上方穿出；所述外壳呈筒状并同轴套设在所述减速器外，所述外壳的下端固定在所述基座上，所述外壳上端形成一用于容纳所述转接盘的台阶；所述第一圆光栅编码器的圆光栅尺固定在所述转接盘的下端，其光栅读数头固定在所述台阶上。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置外壳和基座，使减速器和电机的连接更加紧密稳定。

进一步，所述第一转动关节还包括第一轴承，所述第一轴承的外圈同轴固定在所述外壳内的内壁上，所述第一轴承的内圈同轴固定在所述减速器的输出轴上；所述减速器的输出轴通过所述第一轴承与所述外壳同轴转动连接。