CN104677388A - 一种用于中空结构的空间机械臂旋转关节的多圈式绝对位置检测装置 - Google Patents

Abstract

一种用于中空结构的空间机械臂旋转关节的多圈式绝对位置检测装置，其采用偏置内齿轮传动和具备独立防护的小型轴式多圈电位计，减小了体积和重量、提高了可靠性并能实现中空走线结构和对关节连续多圈运动的绝对位置检测。

Description

一种用于中空结构的空间机械臂旋转关节的多圈式绝对位置检测装置

技术领域

本发明涉及一种机械臂旋转关节的多圈式绝对位置检测装置，并且特别地涉及一种用于中空结构的轻型空间机械臂旋转关节的、具备独立防护可测量关节连续旋转的绝对位置的多圈式绝对位置检测装置。

背景技术

空间机器机械臂可以认为是一种在航天器或空间站上作业的具有智能的特种机器人。其具备精确操作能力和视觉识别能力，既具有自主分析能力也可由航天员进行遥控，是集机械、视觉、动力学、电子和控制等学科为一体的高端航天装备。宇航空间机械臂可代替人在空间从事空间建筑装配、航天器维修、空间生产和科学实验等工作。

空间机械臂的空间运动由旋转关节驱动完成，因而如何对旋转关节的状态进行监测并分析监测结果以控制机械臂的运动是操作空间机械臂完成空间作业的关键。

对于模块化机械臂的旋转关节，需要通过为止闭环反馈制实现高精度的位置伺服控制，而对于空间机械臂的模块化旋转关节尤其需要通过绝对位置检测装置进行位置限制，并且能够在控制器意外断电重启后重新读取机械臂当前的姿态。

对于空间机械臂的旋转关节而言，采用中空走线结构可以减轻关节重量并提高可靠性，而通常安装于旋转关节输出末端的绝对位置检测装置无法满足中空结构的要求。受电位计、绝对式磁编码器、光电式绝对位置编码器等常用于检测绝对位置的传感器原理限制，绝对位置检测装置会对旋转关节的旋转角度范围产生很大限制，通常无法超过正负180°，即不超过一周，极大的影响了机械臂的灵活性。传感器属于环境敏感元件，安装于空间机械臂旋转关节输出末端的绝对位置传感器要么直接暴露于空间环境中，要么付出很大的体积和重量成本进行防护，对空间机械臂的可靠性和质量控制不利

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于中空结构的空间机械臂旋转关节的、具有独立防护的、体积小重量轻的、能够检测旋转关节连续多圈运动的高可靠性绝对位置检测装置。

本申请的绝对位置检测装置由与旋转关节的旋转壳体连接的偏置内齿轮传动和安装于旋转关节内某固定安装面的轴式电位计组成。旋转壳体是旋转关节的运动输出部件，其内侧连接的内齿轮传动将旋转运动传递至轴式电位计，从而通过电位计轴的旋转检测到旋转关节的绝对位置。

用于中空结构的空间机械臂旋转关节的多圈式绝对位置检测装置采用轴式电位计作为传感器，体积小重量轻，拥有独立的防护，提高了旋转关节的可靠性并降低了总质量。通过内齿轮偏置传动检测旋转外壳体的绝对位置，使整个装置得到旋转关节外壳体的保护并与中轴线偏心，适应空间机械臂旋转关节的中空走线结构并进一步提高了可靠性。由于轴式电位计容易实现很大的机械旋转范围，而内齿轮传动比可以较小，从而可以实现对旋转关节连续多圈运动的绝对位置检测，降低了检测装置对旋转关节的旋转角度限制，提高了机械臂的灵活性。

目前国内无此类型用于中空结构的空间机械臂旋转关节的多圈式绝对位置检测装置。

附图说明

附图1为绝对位置检测装置的结构图；

附图2为绝对位置检测装置在旋转关节中的安装位置图。

具体实施方式

绝对位置检测装置由偏置内齿轮传动和轴式电位计组成。

如附图1、2所示，空间机械臂的旋转关节由壳体、关节驱动器、无刷伺服电机、传动系统和传感系统组成。

其中旋转关节的壳体包括轴线互相垂直设置的旋转壳体1和固定壳体6。旋转壳体1内固定有环形内齿轮5，电位计齿轮3与内齿轮5接合，从而将旋转壳体输出的关节旋转运动通过偏置内齿轮3传递给轴式电位计4。所述轴式电位计4为小型轴式多圈精密电位计，其安装在关节主安装板2上。关节中空主轴，驱动电机，谐波减速器等主要传动系部件均安装在关节主安装板上。关节主安装板2与固定壳体6固定连接。其在旋转关节壳体内具有独立的空间环境防护，从而整个绝对位置检测装置置于旋转关节外壳的保护内，并且适应中空走线结构，从而使旋转关节的电源母线和数据总线在中空主轴中布置，不会随着关节的转动而扭转，且能够得到关节壳体本身的保护，因此有利于节约整个关节的质量并提高了关节的可靠性。此外该小型轴式多圈精密电位计能够容易地实现较大的机械连续旋转运动范围，同时由于内齿轮传动比较小，从而可以实现对旋转关节连续多圈运动的绝对位置检测，降低了检测装置对旋转关节的旋转角度限制，提高了机械臂的灵活性。

本发明的有益效果是用于中空结构的空间机械臂旋转关节的多圈式绝对位置检测装置采用偏置内齿轮传动和具备独立防护的小型轴式多圈电位计，减小了体积和重量、提高了可靠性并能实现中空走线结构和对关节连续多圈运动的绝对位置检测。

采用这种绝对位置检测装置的空间机械臂，极大地提高了运动灵活性，并提高了可靠性并降低了质量，促进了空间机械臂在空间攻防，在轨服务等领域的广泛应用。

本发明除了用于中空结构的空间机械臂旋转关节的绝对位置检测外，还可用于其他要求高可靠性，具备连续旋转能力的模块化机械臂的绝对位置检测。

Claims (3)

1.一种用于中空结构的空间机械臂旋转关节的多圈式绝对位置检测装置，其中：

所述空间机械臂的旋转关节为中空结构，其由壳体、关节驱动器、无刷伺服电机、传动系统和传感系统组成，所述传感系统中包括绝对位置检测装置；

所述关节的电源母线和数据总线在关节的中空结构中走线；

所述旋转关节的壳体包括轴线互相垂直设置的旋转壳体1和固定壳体6；

所述旋转壳体1内固定有环形内齿轮5，电位计齿轮3与环形齿轮5啮合，从而将旋转壳体输出的关节旋转运动通过电位计齿轮3传递给轴式电位计4。

2.根据权利要求1所述的一种用于中空结构的空间机械臂旋转关节的多圈式绝对位置检测装置，其中所述轴式电位计4为小型轴式多圈精密电位计。

3.根据权利要求1所述的一种用于中空结构的空间机械臂旋转关节的多圈式绝对位置检测装置，所述轴式电位计4固定安装在旋转关节的主安装板2上，所述固定面板通过螺栓安装在关节固定壳体6上。