[发明专利]一种用于空间站载荷在轨维修的机械臂

说明书

本发明涉及载人航天空间站科学实验操作设备，特别涉及一种用于空间站载荷在轨维修的机械臂。包括维修箱及倒挂于维修箱内的载荷维修机械臂；载荷维修机械臂具有七自由度，且执行末端设有快锁机构和相机模块，其中快锁机构用于连接维修工具，相机模块用于采集待维修载荷的图像信息。本发明能实现尺寸、重量与能耗的最小化设计，满足在空间站上进行载荷维修的功能要求，自主或辅助航天员完成载荷在轨就位维修。

技术领域

本发明涉及载人航天空间站科学实验操作设备，特别涉及一种用于空间站载荷在轨维修的机械臂。

背景技术

为了探索太空领域，我国即将建成空间站，空间站将能有力推动空间科学的研究活动。受天地运输能力的限制，我国和其他国家一样面临着空间站后勤补给的困难，每一次货运飞船的上、下行都需要投入大量的人力和物力，因此很有必要为空间站建立一个操作平台，用于支持科学应用载荷的在轨维修。

为满足在轨进行载荷维修的操作需求，我国空间站中布置了载荷维修箱，为在轨维修操作提供工作空间和基础资源，自主或辅助航天员进行载荷的拆卸和组装、清洁、消毒以及调试等操作，并代替航天员完成操作精度要求高、操作时间长、操作环境恶劣的工作。在轨维修操作技术面向空间站应用系统的载荷，提供维修功能和实时观察功能，能够实现高效快速、准确可靠的维护操作任务，一方面提高在轨设备的可维修性，有效减少应用系统对维修保障备件数量的需求，显著提高设备的利用率，降低天地运输成本；另一方面提高了航天员操作时的安全性和高效性，大大地减轻了航天员的工作强度，有效地缓解了航天员因长时间操作而引发的疲劳，让航天员有更多的时间投入科学研究和空间站的运营管理。

为完成在轨维修操作任务，需要在维修箱中布置一套机械臂，用于灵巧与精细操作。维修箱内属于狭小、非规则空间，目前工业中普遍使用的机器人，重量、体积与构型等特征，均不能直接搬用到维修箱内使用，因此，需要设计一种能适应维修箱内特殊空间与任务要求的机械臂，以满足在轨载荷维修需求。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种用于空间站载荷在轨维修的机械臂，以满足在空间站上进行载荷维修的功能要求，自主或辅助航天员完成载荷在轨就位维修。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于空间站载荷在轨维修的机械臂，包括维修箱及倒挂于所述维修箱内的载荷维修机械臂；所述载荷维修机械臂具有七自由度，且执行末端设有快锁机构和相机模块，其中快锁机构用于连接维修工具，所述相机模块用于采集待维修载荷的图像信息。

所述载荷维修机械臂包括依次连接的关节Ⅰ、关节Ⅱ、关节Ⅲ、关节Ⅳ、关节Ⅴ、关节Ⅵ及关节Ⅶ，其中关节Ⅰ为直线运动关节，所述关节Ⅱ、关节Ⅲ、关节Ⅳ、关节Ⅴ、关节Ⅵ及关节Ⅶ均为模块化旋转运动关节；所述相机模块设置于所述关节Ⅶ的外侧；所述快锁机构设置于所述关节Ⅶ的输出端。

所述关节Ⅱ的旋转轴线与所述关节Ⅰ的移动方向垂直；

所述关节Ⅲ和所述关节Ⅱ的旋转轴线相互垂直；

所述关节Ⅲ的输出端通过连杆与所述关节Ⅳ连接，且所述关节Ⅲ和所述关节Ⅳ的旋转轴线相互平行；

所述关节Ⅴ的旋转轴线与所述关节Ⅳ和所述关节Ⅵ的旋转轴线垂直；

所述关节Ⅶ和所述关节Ⅵ的旋转轴线相互垂直。

所述关节Ⅰ包括安装架、导轨A、导轨B、丝杠组件、丝母转接板及驱动组件，其中导轨A、导轨B和丝杠组件相互平行地设置于安装架上，且丝杠组件可转动；丝母转接板与所述丝杠组件中的丝母连接，且两端分别与导轨A和导轨B滑动连接；所述驱动组件设置于所述安装架的一端，且输出端与所述丝杠组件连接，用于驱动所述丝杠组件转动；

所述关节Ⅱ设置于所述丝母转接板上。