CN104589368B - 基于十字轴结构的软接触关节 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及空间机器人研究和工程领域，具体是基于十字轴结构的软接触关节，包括驱动传动机构、阻尼组件和传感部件。所述的驱动传动机构主要包括电机驱动单元、控制器、内壳、外壳、滑块和滑轨等，阻尼组件主要包括直线式磁流变阻尼器、离合器、旋转式磁流变阻尼器、弹簧机构和扭簧机构等，传感部件包括编码器、直线位移传感器等。所述的机械臂关节主要利用离合器和阻尼组件中的磁流变阻尼器控制关节的总体柔性，根据操作任务可实现俯仰和偏航两自由度刚性驱动功能和空间六维动量卸载相互转换，从而实现空间操作的软接触。
Description
技术领域
本发明涉及空间机器人研究和工程领域，具体是基于十字轴结构的软接触关节。
背景技术
随着空间科学技术的发展，未来对空间能源的开发和利用成为趋势，拓展以空间交互对接技术为基础的新型航天装备已经形成共识，空间对接技术及其操作机构已经成为航天技术的一个重要研究领域，是空间在轨服务的关键技术，也是未来建设空间站的重要组成。实现空间交会对接技术，首先必须考虑两航天器的对接机构相互碰撞问题。在空间交会对接过程中，两航天器往往会发生相互接触碰撞，动量传递不对称，为避免航天器在碰撞过程中造成不必要的损伤变形，保证两对接航天器的安全，实现可靠对接，在对接机构上设计阻尼缓冲系统，实现具有动量卸载功能的软接触。
目前的空间对接技术所采用的对接机构中，主要有锥-杆式对接系统、飞网技术、电磁对接、刚性机械臂式等，以上对接机构特点是主要以柔性绳索为主要执行元件或通过在末端执行器设计相关机构捕获子系统；约束条件上要求两航天器之间相对位姿测量、跟踪、保持等方面满足高精度要求，对空间接触的瞬间位姿扰动要求也极高。
发明内容
本发明针对现有空间机器人接触操作过程中能量冲击，两航天器在各种复杂空间条件下能量阶跃式传递的难题，提供基于十字轴结构的软接触关节，不仅实现了现有空间机器人刚性关节的运动规划功能，也可实现航天器接触过程中平稳软接触，降低当前空间操作硬接触带来的各种风险，拓展空间机器人操作的应用性。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现的：
基于十字轴结构的软接触关节包括驱动传动机构、阻尼组件以及传感部件三部分。
所述的驱动传动机构主要包括由电机驱动单元一(203)、电机驱动单元二(313)、离合器一(202)、离合器二(314)、齿轮组、十字轴(107)、控制器(219)、壳体、支架一(103)、支架二(108)、支架三(105)、支架四(303)和电机基座(220)组成的机械机构；阻尼组件包括由直线式磁流变阻尼器(307)、弹簧机构(309)、滑轨一(207)、滑轨二(212)、滑轨三(213)、滑轨四(312)、电磁制动滑块一(208)、电磁制动滑块二(211)、电磁制动滑块三(210)、电磁制动滑块四(311)、滑动内壳(206)、滑动外壳(106)和支座(209)组成的直线阻尼组件，由旋转式磁流变阻尼器X(318)、旋转式磁流变阻尼器Y(214)、旋转式磁流变阻尼器Z(402)、扭簧机构X(317)、扭簧机构Y(217)、扭簧机构Z(404)、离合器X(316)、离合器Y(218)、制动器(406)、连接板一(104)、连接板二(109)、旋转轴Z(401)、旋转内壳(101)和旋转外壳(102)组成的旋转阻尼组件；传感部件由力矩传感器X(407)、力矩传感器Y(302)、线位移传感器(308)、编码器X(320)、编码器Y(215)和编码器Z(403)组成。
所述的电机驱动单元一(203)、离合器一(202)和控制器(219)固定于电机基座(220)，电机基座(220)固定在支架二(108)上，电机驱动单元二(203)和离合器二(314)固定于支架四(303)上。电机驱动单元一主要包括：电机一、编码器一、齿轮减速器一和电机齿轮一(201)。电机驱动单元二主要包括：电机二、编码器二、齿轮减速器二和电机齿轮二(305)。
所述的齿轮组包括齿轮一(204)、齿轮二(205)和齿轮三(301)、齿轮四(304)，其中，齿轮一(204)和齿轮二(205)的齿轮轴均安装于支架一(103)和支架二(108)上，齿轮三(301)和齿轮四(304)的轴均安装于支架三(105)和支架四(303)上，电机齿轮一(201)和齿轮一(204)啮合传动，齿轮一(204)和齿轮二(205)啮合，齿轮三(301)分别与电机齿轮二(305)和齿轮四(304)啮合。齿轮一(204)和齿轮三(301)的轴分别安装于支架一(103)和支架二(108)、支架三(105)和支架四(303)，齿轮二(204)和齿轮四(304)固接于十字轴(107)。十字轴(107)安装在支架一(103)、支架二(108)、支架三(105)和支架四(303)上，四个支架对称分布在十字轴(107)四个轴上。
所述力矩传感器X(407)和力矩传感器Y(302)输入轴固接于十字轴(107)，其基体固接于支架一(103)和支架三(105)。
所述的支架一(103)与旋转外壳(102)通过连接板一(104)固接。
进一步，所述的滑轨一(207)、滑轨二(212)、滑轨三(213)和滑轨四(312)对称式分布，固定于滑动内壳(206)上，对应的电磁制动滑块一(208)、电磁制动滑块二(211)、电磁制动滑块三(210)和电磁制动滑块四(311)固定于滑动外壳(106)上；通过滑轨一(207)、滑轨二(212)、滑轨三(213)、滑轨四(312)、电磁制动滑块一(208)、电磁制动滑块二(211)、电磁制动滑块三(210)、电磁制动滑块四(311)使滑动内壳(206)和滑动外壳(106)之间发生相对滑动，并通过电磁控制相对滑动处于自由滑动模式或锁定模式。
所述的直线式磁流变阻尼器(307)、线位移传感器(308)和弹簧机构(309)的基体固定于滑动外壳(106)，直线式磁流变阻尼器(307)的导向杆通过连接板三(306)固定于滑动内壳(206)。
进一步，所述的旋转式磁流变阻尼器X(318)和编码器X(320)的基体安装于支架四(303)，旋转式磁流变阻尼器Y(214)和编码器Y(215)的基体安装于支架二(108)，旋转式磁流变阻尼器X(318)、编码器X(320)、旋转式磁流变阻尼器Y(214)和编码器Y(215)的旋转轴是由十字轴(107)充当；旋转式磁流变阻尼器Z(402)、编码器Z(403)、扭簧机构Z(404)、制动器(406)的基体固定于旋转内壳(101)，旋转式磁流变阻尼器Z(402)、编码器Z(403)、扭簧机构Z(404)、制动器(406)的基体通过连接板四(405)固定于支架一(103)，旋转式磁流变阻尼器Z(402)、编码器Z(403)、扭簧机构Z(404)、制动器(406)的轴是旋转轴Z(401)。
所述的旋转阻尼组件中的离合器X(316)和离合器Y(218)的固定支座X(315)和支座Y(216)分别固定于支架四(303)和支架三(105)，主动轴分别由所述齿轮组包含的齿轮一(204)、齿轮三(301)的轴充当；扭簧机构X(317)和扭簧机构Y(217)是一端分别固定于支架一(103)和支架四(303)，另一端分别固定于离合器X(316)和离合器Y(218)的从动盘。
所述的旋转外壳(102)通过连接板一(104)和连接板二(109)分别与支架一(103)和支架二(108)固定，旋转内壳(101)和旋转外壳(102)之间通过轴承连接，实现相对转动。
与现有技术相比本发明有以下特点：
1.关节具有实现空间刚性关节操作的能力，具备俯仰和偏航两自由度的运动规划功能，同时具备接触操作的柔性特征。本发明由驱动传动机构组成，具有一般关节的驱动传动装置，采用行星齿轮减速机构，齿轮组转换方向，且关节运动角度范围为±90度，使关节实现两自由度运动，为机构提供末端操作负载驱动能力。本发明通过在刚性传动机构和阻尼组件之间设计的耦合部件—离合器一(202)、离合器二(314)、离合器X(316)、离合器Y(218)、制动器(406)和电磁制动滑块一(208)、电磁制动滑块二(211)、电磁制动滑块三(210)和电磁制动滑块四(311)，实现阻尼组件对接触过程中动量进行卸载。将本发明关节放置于空间笛卡尔坐标系中，关节的俯仰和偏航两个方向分别作为X和Y轴；接触过程中，X、Y、Z旋转方向的动量被旋转阻尼组件卸载，Z轴直线的动量被直线阻尼组件卸载，X、Y轴直线方向的动量通过机械机构的传递与转换，被旋转阻尼组件卸载，因此关节可实现空间六维的动量卸载。
2.本发明中采用具有柔性可控阻尼系数的磁流变阻尼器，从而实现对关节的半主动控制。磁流变阻尼器具有能量消耗低、结构简单、阻尼力连续逆顺可调并且可调范围大、响应快、良好的温度稳定性以及可与微机控制结合等优良特性，因此可用于空间软接触关节中，从而减小冲击振动载荷、动量卸载、吸收碰撞动能。
附图说明
图1是本发明具体实施方式的整体外观结构示意图。
图2是本发明具体实施方式的内部结构示意图。
图3、4是本发明具体实施方式的局部内部结构示意图。
附图中的标号说明如下：
旋转内壳(101)、旋转外壳(102)、支架一(103)、连接板一(104)、支架三(105)、滑动外壳(106)、十字轴(107)、支架二(108)、连接板二(109)、电机齿轮一(201)、离合器一(202)、电机驱动单元一(203)、齿轮一(204)、齿轮二(205)、滑动内壳(206)、滑轨一(207)、电磁制动滑块一(208)、支座(209)、电磁制动滑块三(210)、电磁制动滑块二(211)、滑轨二(212)、滑轨三(213)、旋转式磁流变阻尼器Y(214)、编码器Y(215)、支座Y(216)、扭簧机构Y(217)、离合器Y(218)、控制器(219)、电机基座(220)、齿轮三(301)、力矩传感器Y(302)、支架四(303)、齿轮四(304)、电机齿轮二(305)、连接板三(306)、直线式磁流变阻尼器(307)、线位移传感器(308)、弹簧机构(309)、电磁制动滑块四(311)、滑轨四(312)、电机驱动单元二(313)、离合器二(314)、支座X(315)、离合器X(316)、扭簧机构X(317)、旋转式磁流变阻尼器X(318)、编码器X(320)、旋转轴Z(401)、旋转式磁流变阻尼器Z(402)、编码器Z(403)、扭簧机构Z(404)、连接板四(405)、制动器(406)、力矩传感器X(407)。
具体实施方式
下面结合附图1～4对本发明做进一步详细说明：
本发明节包括驱动传动机构、阻尼组件以及传感部件三部分。
所述的驱动传动机构主要包括由电机驱动单元一(203)、电机驱动单元二(313)、离合器一(202)、离合器二(314)、齿轮组、十字轴(107)、控制器(219)、壳体、支架一(103)、支架二(108)、支架三(105)、支架四(303)和电机基座(220)组成的机械机构；阻尼组件包括由直线式磁流变阻尼器(307)、弹簧机构(309)、滑轨一(207)、滑轨二(212)、滑轨三(213)、滑轨四(312)、电磁制动滑块一(208)、电磁制动滑块二(211)、电磁制动滑块三(210)、电磁制动滑块四(311)、滑动内壳(206)、滑动外壳(106)和支座(209)组成的直线阻尼组件，由旋转式磁流变阻尼器X(318)、旋转式磁流变阻尼器Y(214)、旋转式磁流变阻尼器Z(402)、扭簧机构X(317)、扭簧机构Y(217)、扭簧机构Z(404)、离合器X(316)、离合器Y(218)、制动器(406)、连接板一(104)、连接板二(109)、旋转轴Z(401)、旋转内壳(101)和旋转外壳(102)组成的旋转阻尼组件；传感部件由力矩传感器X(407)、力矩传感器Y(302)、线位移传感器(308)、编码器X(320)、编码器Y(215)和编码器Z(403)组成。
所述的电机驱动单元一(203)、离合器一(202)和控制器(219)固定于电机基座(220)，电机基座(220)固定在支架二(108)上，电机驱动单元二(203)和离合器二(314)固定于支架四(303)上。电机驱动单元包括：电机、编码器、齿轮减速器，电机齿轮一(201)和电机齿轮二(305)。所述的齿轮组包括齿轮一(204)、齿轮二(205)和齿轮三(301)、齿轮四(304)，其中，齿轮一(204)和齿轮二(205)的齿轮轴均安装于支架一(103)和支架二(108)上，齿轮三(301)和齿轮四(304)的轴均安装于支架三(105)和支架四(303)上，电机齿轮一(201)和齿轮一(204)啮合传动，齿轮一(204)和齿轮二(205)啮合，齿轮三(301)分别与电机齿轮二(305)和齿轮四(304)啮合。齿轮一(204)和齿轮三(301)的轴分别安装于支架一(103)和支架二(108)、支架三(105)和支架四(303)，齿轮二(205)和齿轮四(304)固接于十字轴(107)。十字轴(107)安装在支架一(103)、支架二(108)、支架三(105)和支架四(303)上，四个支架对称分布在十字轴(107)四个轴上。所述力矩传感器X(407)和力矩传感器Y(302)输入轴固接于十字轴(107)，其基体固接于支架一(103)和支架三(105)。所述的支架一(103)与旋转外壳(102)通过连接板一(104)固接。所述的滑轨一(207)、滑轨二(212)、滑轨三(213)和滑轨四(312)对称式分布，固定于滑动内壳(206)上，对应的电磁制动滑块一(208)、电磁制动滑块二(211)、电磁制动滑块三(210)和电磁制动滑块四(311)固定于滑动外壳(106)上；通过滑轨一(207)、滑轨二(212)、滑轨三(213)、滑轨四(312)、电磁制动滑块一(208)、电磁制动滑块二(211)、电磁制动滑块三(210)、电磁制动滑块四(311)使滑动内壳(206)和滑动外壳(106)之间发生相对滑动，并通过电磁控制相对滑动处于自由滑动模式或锁定模式。
所述的直线式磁流变阻尼器(307)、线位移传感器(308)和弹簧机构(309)的基体固定于滑动外壳(106)，阻尼器的导向杆通过连接板三(306)固定于滑动内壳(206)。所述的旋转式磁流变阻尼器X(318)和编码器X(320)的基体安装于支架四(303)，旋转式磁流变阻尼器Y(214)和编码器Y(215)的基体安装于支架二(108)，旋转式磁流变阻尼器X(318)、编码器X(320)、旋转式磁流变阻尼器Y(214)和编码器Y(215)的旋转轴是由十字轴(107)充当；旋转式磁流变阻尼器Z(402)、编码器Z(403)、扭簧机构Z(404)、制动器(406)的基体固定于旋转旋转内壳(101)，通过连接板四(405)固定于支架一(103)，旋转式磁流变阻尼器Z(402)、编码器Z(403)、扭簧机构Z(404)和制动器(406)的轴是旋转轴Z(401)。所述的旋转阻尼组件中的离合器X(316)和离合器Y(218)的固定支座X(315)和支座Y(216)分别固定于支架四(303)和支架二(108)，主动轴分别由所述齿轮一(204)、齿轮三(301)的轴充当；扭簧机构X(317)和扭簧机构Y(217)是一端分别固定于支架一(103)和支架四(303)，另一端分别固定于离合器X(316)和离合器Y(218)的从动盘。所述的旋转外壳(102)通过连接板一(104)和连接板二(109)分别与支架一(103)和支架二(108)固定，旋转内壳(101)和旋转外壳(102)之间通过轴承连接，实现相对转动。
在执行运动规划任务时，电磁制动滑块一(208)、电磁制动滑块二(211)、电磁制动滑块三(210)、电磁制动滑块四(311)和制动器(406)均处于锁定状态，使得滑动内壳(206)和滑动外壳(106)、旋转内壳(101)和旋转外壳(102)之间保持相对固定；各磁流变阻尼器处于掉电自由状态；离合器X(320)和离合器Y(215)处于分离状态；电机驱动单元一(203)转动经行星轮减速的输出轴连接结合状态的离合器一(202)，离合器一(202)的输出轴通过电机齿轮一(201)和齿轮一(204)啮合传动，齿轮一(204)和齿轮二(205)啮合，齿轮一(204)的轴安装于支架一(103)，齿轮二(205)固接于十字轴(107)，各啮合齿轮形成传动机构，十字轴(107)安装在四个支架上，四个支架对称分布在十字轴(107)四个轴上，支架三(105)和支架四(303)固定在滑动内壳(206)上，因此关节整体可随电机一转动发生俯仰运动，且此运动范围为±90°；同理，电机驱动单元二(313)转动经行星轮减速的输出轴连接闭合状态的离合器二(314)输入轴，离合器二(314)输出轴通过电机齿轮二(305)，电机齿轮二(305)和齿轮四(304)啮合传动，齿轮三(301)和齿轮四(304)啮合，齿轮四(304)轴安装于支架四(303)，齿轮三(301)固接于十字轴(107)，各啮合齿轮形成传动机构，支架一(103)和支架二(108)四固定在旋转外壳(102)上，因此关节整体可随电机一转动发生偏航运动，且此运动范围为±90°。
在执行接触任务时，本发明通过在刚性传动机构和阻尼组件之间设计的耦合部件—离合器一(202)、离合器二(314)、离合器X(316)、离合器Y(218)、制动器(406)和电磁制动滑块一(208)、电磁制动滑块二(211)、电磁制动滑块三(210)和电磁制动滑块四(311)，实现阻尼组件对接触过程中动量进行卸载。将本发明关节放置于空间笛卡尔坐标系中，关节的俯仰和偏航两个方向分别作为X和Y轴；接触过程中，X、Y、Z旋转方向的动量被旋转阻尼组件卸载，Z轴直线的动量被直线阻尼组件卸载，X、Y轴直线方向的动量通过机械机构的传递，被旋转阻尼组件卸载，因此关节实现空间六维的动量卸载。具体到每一个方向的动量卸载实施原理如下：关节末端受到X轴旋转方向的动量冲击时，离合器一(202)处于分离状态，角动量使支架一(103)和十字轴(107)发生相对转动，同时由于齿轮的啮合运动扭簧机构X(317)对冲击转动起到被动缓冲作用，编码器X(320)监测运动变量，并将变量传输给控制器(219)，由设计的目标控制算法和旋转式磁流变阻尼器X(318)构成半主动控制器，目标控制算法根据运动变量计算出缓冲碰撞的期望阻尼力矩，再由旋转式磁流变阻尼器X(318)通过电磁控制输出相应阻尼力矩，从而实现X轴旋转方向对冲击角动量的卸载控制。关节末端受到Y轴旋转方向的动量冲击时，和X轴旋转方向完成角动量的卸载控制相同的原理，离合器二(214)处于分离状态，角动量使支架四(303)和十字轴(107)发生相对转动，同时由于齿轮的啮合运动扭簧机构Y(217)对冲击转动起到被动缓冲作用，编码器Y(215)监测运动变量，并将变量传输给控制器，由设计的目标控制算法和旋转式磁流变阻尼器Y(214)构成半主动控制器，目标控制算法根据运动变量计算出缓冲碰撞的期望阻尼力矩，再由旋转式磁流变阻尼器Y(214)通过电磁控制输出相应阻尼力矩，从而实现偏航方向对冲击角动量的卸载控制。关节末端受到Z轴旋转方向的动量冲击时，制动器(406)处于分离状态，角动量使旋转内壳(101)和旋转外壳(102)发生相对转动，旋转轴Z(401)运动，扭簧机构Z(404)对此冲击转动起到被动缓冲作用，编码器Z(403)监测运动变量，并将变量传输给控制器(219)，由设计的目标控制算法和旋转式磁流变阻尼器Z(402)构成半主动控制器，目标控制算法根据运动变量计算出缓冲碰撞的期望阻尼力矩，再由旋转式磁流变阻尼器Z(402)通过电磁控制输出相应阻尼力矩，从而实现对关节轴向旋转冲击角动量的缓冲与卸载控制；关节末端受到X轴直线方向的动量冲击时，由关节驱动结构特点可知，此方向的动量将传递到Y轴旋转方向，动量被转换卸载；关节末端受到Y轴直线方向的动量冲击时，由关节驱动结构特点可知，此方向的动量将传递到X轴旋转方向，动量被转换卸载；关节末端受到Z轴直线方向的动量冲击时，电磁制动滑块一(208)、电磁制动滑块二(211)、电磁制动滑块三(210)、电磁制动滑块四(311)处于分离状态，电磁制动滑块与滑轨一(207)和滑轨二(212)和滑轨三(213)和滑轨四(312)可相对平动，关节的滑动外壳(106)受到冲击，线性冲量使滑动内壳(206)和滑动外壳(106)发生相对平动，线位移传感器(308)监测运动变量，并将变量传输给控制器(219)，由设计的目标控制算法和磁流变阻尼器构成半主动控制器，目标控制算法根据运动变量计算出缓冲碰撞的期望阻尼力，再由磁流变阻尼器通过电磁控制输出相应阻尼力，从而实现关节对Z轴直线方向向线动量的卸载控制。
Claims (5)
1.基于十字轴结构的软接触关节，所述的软接触关节包括驱动传动机构、阻尼组件和传感部件，三部分集成一体；驱动传动机构主要包括由电机驱动单元一(203)、电机驱动单元二(313)、离合器一(202)、离合器二(314)、齿轮组、十字轴(107)、控制器(219)、壳体、支架一(103)、支架二(108)、支架三(105)、支架四(303)和电机基座(220)组成的机械机构；阻尼组件包括由直线式磁流变阻尼器(307)、弹簧机构(309)、滑轨一(207)、滑轨二(212)、滑轨三(213)、滑轨四(312)、电磁制动滑块一(208)、电磁制动滑块二(211)、电磁制动滑块三(210)、电磁制动滑块四(311)、滑动内壳(206)、滑动外壳(106)和支座(209)组成的直线阻尼组件，由旋转式磁流变阻尼器X(318)、旋转式磁流变阻尼器Y(214)、旋转式磁流变阻尼器Z(402)、扭簧机构X(317)、扭簧机构Y(217)、扭簧机构Z(404)、离合器X(316)、离合器Y(218)、制动器(406)、连接板一(104)、连接板二(109)、旋转轴Z(401)、旋转内壳(101)和旋转外壳(102)组成的旋转阻尼组件；传感部件由力矩传感器X(407)、力矩传感器Y(302)、线位移传感器(308)、编码器X(320)、编码器Y(215)和编码器Z(403)组成。
2.根据权利要求1所述的基于十字轴结构的软接触关节，其特征在于：电机驱动单元一(203)、离合器一(202)和控制器(219)固定于电机基座(220)，电机基座(220)固定在支架二(108)上，电机驱动单元二(313)和离合器二(314)固定于支架四(303)上；电机驱动单元一包括：电机一、编码器一、齿轮减速器一和电机齿轮一(201)，电机驱动单元二包括：电机二、编码器二、齿轮减速器二和电机齿轮二(305)。
3.根据权利要求1所述的基于十字轴结构的软接触关节，其特征在于：所述的滑轨一(207)、滑轨二(212)、滑轨三(213)和滑轨四(312)对称式分布，固定于滑动内壳(206)上，对应的电磁制动滑块一(208)、电磁制动滑块二(211)、电磁制动滑块三(210)和电磁制动滑块四(311)固定于滑动外壳(106)上；通过滑轨一(207)、滑轨二(212)、滑轨三(213)、滑轨四(312)、电磁制动滑块一(208)、电磁制动滑块二(211)、电磁制动滑块三(210)和电磁制动滑块四(311)使滑动内壳(206)和滑动外壳(106)之间发生相对滑动，并通过电磁控制相对滑动处于自由滑动模式或锁定模式；所述的直线式磁流变阻尼器(307)、线位移传感器(308)和弹簧机构(309)的基体固定于滑动外壳(106)，直线式磁流变阻尼器(307)的导向杆通过连接板三(306)固定于滑动内壳(206)。
4.根据权利要求1所述的基于十字轴结构的软接触关节，其特征在于：所述的旋转式磁流变阻尼器X(318)和编码器X(320)的基体安装于支架四(303)，旋转式磁流变阻尼器Y(214)和编码器Y(215)的基体安装于支架二(108)，旋转式磁流变阻尼器X(318)、编码器X(320)、旋转式磁流变阻尼器Y(214)和编码器Y(215)的旋转轴是由十字轴(107)充当；旋转式磁流变阻尼器Z(402)、编码器Z(403)、扭簧机构Z(404)、制动器(406)的基体固定于旋转内壳(101)，旋转式磁流变阻尼器Z(402)、编码器Z(403)、扭簧机构Z(404)、制动器(406)的基体通过连接板四(405)固定于支架一(103)，旋转式磁流变阻尼器Z(402)、编码器Z(403)、扭簧机构Z(404)、制动器(406)的轴是旋转轴Z(401)；所述的旋转阻尼组件中的离合器X(316)和离合器Y(218)的固定支座X(315)和支座Y(216)分别固定于支架四(303)和支架二(108)，主动轴分别由所述齿轮组包含的齿轮一(204)、齿轮三(301)的轴充当；扭簧机构X(317)一端固定于支架四(319)，另一端固定于离合器X(316)的从动盘；扭簧机构Y(217)一端固定于支架二(108)，另一端固定于离合器Y(218)的从动盘；所述的旋转外壳(102)通过连接板一(104)和连接板二(109)分别与支架一(103)和支架二(108)固定，旋转内壳(101)和旋转外壳(102)之间通过轴承连接，实现相对转动。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的基于十字轴结构的软接触关节，其特征在于：关节具有实现空间刚性驱动的功能，具备俯仰和偏航方向两自由度的运动规划功能，单自由度关节范围是±90°；同时关节具有耦合部件——离合器一(202)、离合器二(314)、离合器X(316)、离合器Y(218)、制动器(406)、电磁制动滑块一(208)、电磁制动滑块二(211)、电磁制动滑块三(210)和电磁制动滑块四(311)，在关节中加入直线阻尼组件和旋转阻尼组件，实现关节对接触过程中动量进行卸载；将所述关节放置于空间笛卡尔坐标系中，关节的俯仰和偏航两个方向分别作为X和Y轴，接触过程中，X、Y、Z旋转方向的动量被旋转阻尼组件卸载，Z轴直线的动量被直线阻尼组件卸载，X、Y轴直线方向的动量通过机械机构的传递与转换，被旋转阻尼组件卸载，因此关节实现了空间六维的动量卸载。
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