CN107379002B - 一种空间机械臂的关节接头及关节连接装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空间机械臂的关节接头及关节连接装置，其中关节接头包括连接本体、机械连接组件和电气连接组件，机械连接组件和电气连接组件分别固定连接在连接本体上，连接本体的接口面上设有凸出部和凹陷部，凸出部与凹陷部相互匹配；机械连接组件包括相互匹配的第一机械连接件和第二机械连接件，第一机械连接件连接设置在凸出部处，第二机械连接件连接设置在凹陷部处；电气连接组件包括相互匹配的第一电气连接件和第二电气连接件，第一电气连接件和第二电气连接件分别连接设置在连接本体的接口面上。本发明提出的空间机械臂的关节接头不分公母，使得空间机械臂可以实现任意方向的连接，大大提高连接效率的同时还避免了安装错误等问题。

Description

一种空间机械臂的关节接头及关节连接装置
技术领域
本发明涉及机械臂应用领域，尤其涉及一种空间机械臂的关节接头及关节连接装置。
背景技术
空间机械臂是空间在轨维护的核心设备，其结构复杂、成本高。目前空间机械臂均采用可在轨更换和维护设计，且机械臂的重构变形是后期的发展趋势。关节连接装置是机械臂重构的关键，因此设计关节连接装置能够提高机械臂的变形能力，提高机械臂的应用能力。
关节连接装置要保证机械臂关节的机械刚性连接，同时能够提供可靠的电气连接；目前的机械臂关节关节连接装置结构复杂，连接时间过长，机械臂关节连接方向固定而导致连接效率低且容易安装错误。
以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种不分公母的空间机械臂的关节接头，使得空间机械臂可以实现任意方向的连接，大大提高连接效率的同时还避免了安装错误等问题。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明公开了一种空间机械臂的关节接头，包括连接本体、机械连接组件和电气连接组件，所述机械连接组件和所述电气连接组件分别固定连接在所述连接本体上，其中：所述连接本体的接口面上设有凸出部和凹陷部，所述凸出部与所述凹陷部相互匹配以使一个所述关节接头的所述连接本体的所述凸出部能够刚好连接设置于另一个所述关节接头的所述连接本体的所述凹陷部内；所述机械连接组件包括相互匹配的第一机械连接件和第二机械连接件，所述第一机械连接件连接设置在所述凸出部处，所述第二机械连接件连接设置在所述凹陷部处；所述电气连接组件包括相互匹配的第一电气连接件和第二电气连接件，所述第一电气连接件和所述第二电气连接件分别连接设置在所述连接本体的接口面上。
优选地，所述第一电气连接件包括插座，第二电气连接组件包括插头，所述插座和所述插头分别连接设置在所述连接本体的接口面上，其中所述插座固定连接在所述连接本体上，所述插头固定连接在所述第二机械连接件上。
优选地，所述第二电气连接组件还包括导向杆和套筒，所述套筒与所述第二机械连接件固定连接，所述导向杆固定连接在所述连接本体上，所述套筒套合连接在所述导向杆上。
优选地，所述连接本体上还设有盖板，所述导向杆连接设置于所述盖板和所述连接本体的接口面之间。
优选地，所述第二电气连接组件还包括弹簧，所述弹簧套合连接在所述导向杆上且设置在所述套筒和所述盖板之间。
优选地，所述套筒与所述第二机械连接件为一体成型结构。
优选地，所述第一机械连接件包括驱动单元和螺杆，所述第二机械连接件包括螺母，所述驱动单元连接并驱动所述螺杆，所述驱动单元固定连接在所述凸出部处，所述螺母连接设置于所述凹陷部处。
优选地，所述凸出部为锥形结构、半椭圆形结构或者半球形结构，所述凹陷部也相应地设置为锥形结构、半椭圆形结构或者半球形结构。
本发明还公开了一种空间机械臂的关节连接装置，包括两个相互匹配固定连接的上述的关节接头。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明的空间机械臂的关节接头在连接本体的接口面上设置可以相互匹配的凸出部和凹陷部，使得该关节接头不分公母，能够满足机械臂关节任意方向的连接，从而解决机械臂重构存在一定局限性的问题，对机械臂的重构没有多余约束，从而减少了机械臂重构变形的约束，提高了机械臂的重构变形能力，还简化了机械臂关节接头的结构，提高了连接可靠性；此外，由于在连接空间机械臂的过程中不再需要区分公母，只需两个完全相同的关节接头即可实现机械连接和电气连接，大大提高机械臂的连接效率的同时还避免了安装错误等问题；并且，通过本发明的关节接头连接的两个空间机械臂之间的关节连接装置同时设置两组电气连接组件，进一步提高了两个空间机械臂之间的电气连接的可靠性。
附图说明
图1是本发明优选实施例的空间机械臂的关节接头的结构示意图；
图2是图1中的内部结构示意图；
图3是图1的剖面示意图；
图4是本发明优选实施例的空间机械臂的关节连接装置的结构示意图；
图5是图4的剖面示意图之一；
图6是图4的剖面示意图之二。
具体实施方式
下面对照附图并结合优选的实施方式对本发明作进一步说明。
如图1至图6所示，本发明优选实施例的空间机械臂的关节接头A包括连接本体A-1、机械连接组件和电气连接组件，其中连接本体A-1的接口面上上设有凸出部A-11和凹陷部A-12，凸出部A-11与凹陷部A-12相互匹配以使一个关节接头A的连接本体A-1的凸出部A-11能够刚好连接设置于另一个关节接头B的连接本体B-1的凹陷部B-11内。机械连接组件包括相互匹配的第一机械连接件和第二机械连接件，第一机械连接件连接在凸出部A-11处，第二机械连接件连接在凹陷部A-12处；电气连接组件包括相互匹配的第一电气连接件和第二电气连接件，第一电气连接件和第二电气连接件分别设置连接在连接本体A-1的接口面上，以使得一个关节接头的凸出部连接设置于另一个关节接头的凹陷部内时(其中两个关节接头连接时，各自的连接本体的凸出部分别连接设置于另外一个连接本体的凹陷部)，两个关节接头的第一机械连接件和第二机械连接件相互匹配实现机械连接，且两个所述关节接头的第一电气连接件和第二电气连接件相互匹配实现电气连接。
其中凸出部A-11可以为锥形结构、半椭圆形结构或者半球形结构，与之相对应的，凹陷部A-12也同样对应可以为锥形结构、半椭圆形结构或者半球形结构。
机械连接组件包括电机A-21、螺杆A-22和螺母A-23，其中电机A-21和螺杆A-22组成第一机械连接件，固定连接在凸出部A-11处，电机A-21连接并驱动螺杆A-22；螺母A-23组成第二机械连接件，连接设置在凹陷部A-12处。
电气连接组件包括插座A-31、插头A-32、导向杆A-33、套筒A-34和弹簧A-35，插座A-31和插头A-32分别设置于连接本体A-1的接口面上，以实现两个关节接头之间的电气连接；其中插座A-31组成第一电气连接件，插座A-31固定连接在连接本体A-1的接口面上；插头A-32、导向杆A-33、套筒A-34和弹簧A-35组成第二电气连接件，其中套筒A-34与螺母A-23固定连接(两者也可以是一体成型结构)，导向杆A-33套合连接在套筒A-34内，导向杆A-33的一端固定连接在连接本体A-1的接口面上，另一端顶在连接本体A-1的盖板A-13上，弹簧A-35套合连接在导向杆A-33上且设置于套筒A-34和盖板A-13之间以始终为螺母A-23提供压紧力，插头A-32固定连接在螺母A-23上且穿设于连接本体A-1的接口面上。
如图4所示，可以将一个空间机械臂的关节接头A和另一个空间机械臂的关节接头B实现任意方向的连接，其中关节接头B的结构与关节接头A的结构一模一样，各个结构相互对应；结合图5和图6，关节接头A的凸出部A-11与关节接头B的凹陷部B-12相互匹配，关节接头A的凹陷部A-12与关节接头B的凸出部B-11相互匹配，构成容差对位结构，使得关节接头A与关节接头B的接口面完好接触。然后，连接在凸出部A-11处的电机A-21驱动螺杆A-22转动，与安装在凹陷部B-12的螺母B-23锁紧连接，实现两个关节接头之间的机械连接，与此同时，套筒B-34和螺母B-23一起沿着导向杆B-33向关节接头A的方向移动，带动插头B-32向插座A-31方向移动直至插头A-32插入到插座A-31内，实现两个关节接头之间的电气连接；另外，连接在凸出部B-11处的电机B-21驱动螺杆B-22转动，与安装在凹陷部A-12的螺母A-23锁紧连接，螺母A-23的锁紧过程中和套筒A-34一起沿着导向杆A-33向关节接头B的方向移动，带动插头A-32向插座B-31的方向移动直至插头A-32插入到插座B-31内，实现两个关节接头之间的备用电气连接。
本发明优选实施例的关节接头中由两组电气连接组件组成，两组电气连接组件相互独立，互为备份，进一步提高了两个空间机械臂之间的电气连接的可靠性。
本发明优选实施例的空间机械臂的关节连接装置，即为通过上述的任意两个相同的关节接头相互匹配固定连接而成的。
现有技术中的空间机械臂的关节接头均有公母接头之分，只有相互对应的接头才能连接。而本发明的空间机械臂的关节接头突破了现有的关节接头，无公母之分，通过任意两个完全相同的关节接头即可实现机械连接和电气连接组成关节连接装置，能够满足机械臂关节任意方向的连接，从而解决机械臂重构存在一定局限性的问题，对机械臂的重构没有多余约束，从而减少了机械臂重构变形的约束，提高了机械臂的重构变形能力，提高了航天器的环境适应性和可靠性，还简化了机械臂关节接头的结构，提高了连接可靠性；此外，还大大提高机械臂的连接效率且避免了安装错误等问题。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种空间机械臂的关节接头，其特征在于，包括连接本体、机械连接组件和电气连接组件，所述机械连接组件和所述电气连接组件分别固定连接在所述连接本体上，其中：
所述连接本体的接口面上设有凸出部和凹陷部，所述凸出部与所述凹陷部相互匹配以使一个所述关节接头的所述连接本体的所述凸出部能够刚好连接设置于另一个所述关节接头的所述连接本体的所述凹陷部内；且两个一模一样的所述关节接头连接时，各自的所述连接本体的凸出部分别连接设置于另外一个所述连接本体的凹陷部以构成容差对位结构使得两个所述关节接头的接口面完好接触；
所述机械连接组件包括相互匹配的第一机械连接件和第二机械连接件，所述第一机械连接件连接设置在所述凸出部处，所述第二机械连接件连接设置在所述凹陷部处，其中所述第一机械连接件包括驱动单元和螺杆，所述第二机械连接件包括螺母，所述驱动单元连接并驱动所述螺杆，所述驱动单元固定连接在所述凸出部处，所述螺母连接设置于所述凹陷部处；
所述电气连接组件包括相互匹配的第一电气连接件和第二电气连接件，所述第一电气连接件和所述第二电气连接件分别连接设置在所述连接本体的接口面上。
2.根据权利要求1所述的关节接头，其特征在于，所述第一电气连接件包括插座，第二电气连接组件包括插头，所述插座和所述插头分别连接设置在所述连接本体的接口面上，其中所述插座固定连接在所述连接本体上，所述插头固定连接在所述第二机械连接件上。
3.根据权利要求2所述的关节接头，其特征在于，所述第二电气连接组件还包括导向杆和套筒，所述套筒与所述第二机械连接件固定连接，所述导向杆固定连接在所述连接本体上，所述套筒套合连接在所述导向杆上。
4.根据权利要求3所述的关节接头，其特征在于，所述连接本体上还设有盖板，所述导向杆连接设置于所述盖板和所述连接本体的接口面之间。
5.根据权利要求4所述的关节接头，其特征在于，所述第二电气连接组件还包括弹簧，所述弹簧套合连接在所述导向杆上且设置在所述套筒和所述盖板之间。
6.根据权利要求3所述的关节接头，其特征在于，所述套筒与所述第二机械连接件为一体成型结构。
7.根据权利要求1至6任一项所述的关节接头，其特征在于，所述凸出部为锥形结构、半椭圆形结构或者半球形结构，所述凹陷部也相应地设置为锥形结构、半椭圆形结构或者半球形结构。
8.一种空间机械臂的关节连接装置，其特征在于，包括两个相互匹配固定连接的如权利要求1至7任一项所述的关节接头。
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