CN114918973A - 一种应用于空间机械臂末端执行器的在轨服务装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种应用于空间机械臂末端执行器的在轨服务装置，快接模块用于快速连接驱动电机和齿轮传动模块，齿轮传动模块的啮合至机械臂末端执行器的传动齿轮，且机械臂末端执行器的外壁设置扶手，齿轮传动模块外围通过定位传动模块可拆卸连接至扶手上。本发明所述的一种应用于空间机械臂末端执行器的在轨服务装置，将机械臂末端执行器齿轮盖板拆卸，利用在轨服务模块对传动齿轮进行施力反驱，其中工具定位锁紧模块与机械臂末端执行器的扶手固定，在轨服务模块反驱齿轮与机械臂末端执行器传动齿轮啮合，利用手驱工具实现动力传动，实现传动齿轮的反向转动，从而实现末端执行器与适配器脱离的功能，其操作简单，易于实现，维护成本低。

Description

一种应用于空间机械臂末端执行器的在轨服务装置

技术领域

本发明属于空间机械臂故障维修领域，尤其是涉及一种应用于空间机械臂末端执行器的在轨服务装置。

背景技术

空间机械臂在各国空间站及航天器在轨服务过程中发挥着重要作用，它将完成空间站的辅助对接、目标搬运、在轨建设等重要任务。空间机械臂末端执行器的锁紧模块能够保证空间机械臂末端完全固定在空间站表面，为空间机械臂在轨服务提供支撑。倘若空间机械臂末端执行器的锁紧模块发生故障，无法脱离适配器，将导致空间机械臂失去爬行能力，将会极大的削弱空间机械臂的在轨服务能力。

空间机械臂末端执行器上设计有4组锁紧机构，通过锁紧电机带动小齿轮转动，安装在末端执行器本体上的大直齿轮受齿轮啮合同步转动，带动四组锁紧机构同步动作。当空间机械臂末端执行器的锁紧模块发生故障，机械臂末端无法与适配器脱离，同时末端执行器锁紧机构与目标适配器锁紧卡爪为刚性连接状态，二者之间界面作用力为20000N，且锁爪配合位置在适配器内部，无法在锁紧机构前端进行相应的解锁维修作业，若想解决此故障，就需要对末端执行器传动齿轮进行反驱，带动四组锁紧机构同步解锁，使末端执行器释放目标适配器。此方案可不拆卸适配器，原适配器通过加电测试后仍可继续使用。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种应用于空间机械臂末端执行器的在轨服务装置，以实现不拆卸适配器，原适配器通过加电测试后仍可继续使用。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种应用于空间机械臂末端执行器的在轨服务装置，包括快接模块、定位固定模块和齿轮传动模块，快接模块包括快接公头和快接母头，快接母头的一端固定连接至驱动电机的驱动端，快接母头的一端固定连接至齿轮传动模块的一端，快接母头的另一端可拆卸连接至快接公头的另一端，齿轮传动模块的另一端啮合至机械臂末端执行器的传动齿轮，且机械臂末端执行器的外壁设置扶手，齿轮传动模块外围通过定位传动模块可拆卸连接至扶手上。

进一步的，所述齿轮传动模块包括传动箱、连接管、第一传动轴、第二传动轴和反驱齿轮，第二传动轴的两端外围转动套接至传动箱的内圈，传动箱上设置连接管，第一传动轴的外围转动套接至连接管的内圈，且第一传动轴的上端通过快接模块与驱动电机同步转动，第一传动轴的下端设置第一锥齿轮，第二传动轴的外围设置第二锥齿轮，第一锥齿轮与第二锥齿轮相啮合，第二传动轴的外围固定套接反驱齿轮，反驱齿轮的外围啮合至机械臂末端执行器的传动齿轮。

进一步的，所述定位固定模块包括第一连接板，第一连接板固定连接至传动箱的一侧，第一连接板上固定安装连接件，连接件中部设有第一通孔，压紧轴的一端铰接至压紧把手，压紧轴的另一端穿过第一通孔后固定安装压紧块，扶手的外围位于压紧块和第一连接板之间，压紧把手外围通过连杆铰接至连接件的外围。

进一步的，所述第一连接板的一侧固定连接至第二连接板的一侧，第二连接板的上端安装导向方管，连接杆的一端设置操作把手，连接杆的另一端穿过导向方管、第二连接板后固定连接至传动箱的外围，且连接杆能够在导向方管内滑动，第二连接板的一侧设有螺纹孔，调节压杆外围螺纹连接至螺纹孔内，且调节压杆的一端接触连接至连接杆的外围，调节压杆的另一端安装摇杆。

进一步的，所述调节压杆的一端安装尼龙块，尼龙块外围接触连接至连接杆的外围。

进一步的，所述快接母头包括连接法兰、电机传动轴、外连接套筒、复位弹簧、限位压盖和压紧端盖，外连接套筒的下端通过连接法兰固定连接至驱动电机的外围，电机传动轴位于外连接套筒的内圈，且外连接套筒内设置限位压盖，限位压盖的一端固定连接至复位弹簧的一端，复位弹簧的另一端固定连接至外连接套筒的内侧壁，限位压盖的另一端抵接至压紧端盖的一端，压紧端盖的外围固定连接至外连接套筒的上端；

进一步的，所述快接公头包括第三传动轴、外导向阶梯座和第一轴承，第三传动轴的外围通过第一轴承转动连接至外导向阶梯座的内圈，梯形连接座的一端固定连接至连接管的一端，第三传动轴的一端可拆卸连接至电机传动轴，第三传动轴的另一端固定连接至第一传动轴；

进一步的，所述外导向阶梯座的一端外围沿周向均布若干定位块，压紧端盖内圈沿径向设有若干滑槽，且定位块和滑槽一一对应，在快接母头和快接公头连接状态下，定位块位于压紧端盖和限位压盖之间。

相对于现有技术，本发明所述的一种应用于空间机械臂末端执行器的在轨服务装置具有以下有益效果：

(1)本发明所述的一种应用于空间机械臂末端执行器的在轨服务装置，将机械臂末端执行器齿轮盖板拆卸，利用在轨服务模块对传动齿轮进行施力反驱，其中工具定位锁紧模块与机械臂末端执行器的扶手固定，在轨服务模块反驱齿轮与机械臂末端执行器传动齿轮啮合，利用手驱工具实现动力传动，实现传动齿轮的反向转动，从而实现末端执行器与适配器脱离的功能，实现了在空间机械臂末端执行器锁紧模块与适配器无法脱开故障状态下进行空间机械臂故障维修，使其恢复活动能力，其操作简单，易于实现，维护成本低。

(2)本发明所述的一种应用于空间机械臂末端执行器的在轨服务装置，可以搭配多种外太空应用的手驱工具使用，同时操作过程的各抓握位置均满足人机工效学要求，而且满足外太空操作者单手操作、无反向作用力矩的空间环境要求。

(3)本发明所述的一种应用于空间机械臂末端执行器的在轨服务装置，满足人机工效学要求，整个操作过程均满足单手操作的空间作业需求；通过定位调节压杆调节竖直连接杆的高度，从而调节齿轮传动模块的高度，调节小齿轮与大齿轮的啮合间隙，实现齿轮传动，定位固定完成后连接手驱装置即可实现齿轮反驱动作，操作过程简单，适应能力强，降低了外太空航天员的操作难度。

(4)本发明所述的一种应用于空间机械臂末端执行器的在轨服务装置，本发明在操作实施过程中实现了力闭环，对操作者无反作用力，降低了外太空舱外维修的难度。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的一种应用于空间机械臂末端执行器的在轨服务装置实施的结构示意图；

图2为本发明实施例所述的一种应用于空间机械臂末端执行器的在轨服务装置的结构示意图；

图3为本发明实施例所述的一种应用于空间机械臂末端执行器的在轨服务装置的正视结构示意图；

图4为本发明实施例所述的齿轮传动模块的剖面示意图；

图5为本发明实施例所述的定位固定模块的结构示意图；

图6为本发明实施例所述的定位固定模块的第一剖面示意图；

图7为本发明实施例所述的定位固定模块的第二剖面示意图；

图8为本发明实施例所述的快接模块的结构示意图；

图9为本发明实施例所述的快接模块的剖面示意图。

附图标记说明：

1-快接模块；11-快接母头；111-连接法兰；112-电机传动轴；113-外连接套筒；114-复位弹簧；115-限位压盖；116-压紧端盖；12-快接公头；121-第三传动轴；122-外导向阶梯座；123-第一轴承；13-定位块；14-滑槽；2-定位固定模块；21-第一连接板；22-连接件；23-压紧轴；24-压紧把手；25-压紧块；26-第二连接板；27-导向方管；28-连接杆；29-调节压杆；210-尼龙块；3-齿轮传动模块；31-传动箱；32-连接管；33-第一传动轴；34-第二传动轴；35-反驱齿轮；4-扶手；5-机械臂末端执行器。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1-9所示，一种应用于空间机械臂末端执行器的在轨服务装置，包括快接模块1、定位固定模块2和齿轮传动模块3，快接模块1包括快接公头12和快接母头11，快接母头11的一端固定连接至驱动电机的驱动端，快接母头11的一端固定连接至齿轮传动模块3的一端，快接母头11的另一端可拆卸连接至快接公头12的另一端，齿轮传动模块3的另一端啮合至机械臂末端执行器5的传动齿轮，且机械臂末端执行器5的外壁设置扶手4，齿轮传动模块3外围通过定位传动模块可拆卸连接至扶手4上，将机械臂末端执行器5齿轮盖板拆卸，利用在轨服务模块对传动齿轮进行施力反驱，其中工具定位锁紧模块与机械臂末端执行器5的扶手4固定，在轨服务模块反驱齿轮35与机械臂末端执行器5传动齿轮啮合，利用手驱工具实现动力传动，实现传动齿轮的反向转动，从而实现末端执行器与适配器脱离的功能，实现了在空间机械臂末端执行器5锁紧模块与适配器无法脱开故障状态下进行空间机械臂故障维修，使其恢复活动能力，其操作简单，易于实现，维护成本低。

齿轮传动模块3包括传动箱31、连接管32、第一传动轴33、第二传动轴34和反驱齿轮35，第二传动轴34的两端外围转动套接至传动箱31的内圈，传动箱31上设置连接管32，第一传动轴33的外围转动套接至连接管32的内圈，且第一传动轴33的上端通过快接模块1与驱动电机同步转动，第一传动轴33的下端设置第一锥齿轮，第二传动轴34的外围设置第二锥齿轮，第一锥齿轮与第二锥齿轮相啮合，第二传动轴34的外围固定套接反驱齿轮35，反驱齿轮35的外围啮合至机械臂末端执行器5的传动齿轮。

传动箱31与连接管32连接，第一传动轴33在连接管32内部利用推力球轴承实现定位与连接，第一传动轴33末端安装有第一锥齿轮,传动箱31内部水平安装有第二传动轴34，传动轴中部安装有第二锥齿轮，在水平传动轴右侧安装有反驱齿轮35，第二传动轴34两端均安装有轴承及端盖，该装置的动力经过快接接口传递到竖向的第一传动轴33，经过锥齿轮实现传动系统的换向，将竖直传动力矩转换为水平传动力矩，实现反驱齿轮35的回转运动，从而实现空间机械臂的传动齿轮反驱动作。

定位固定模块2包括第一连接板21，第一连接板21固定连接至传动箱31的一侧，第一连接板21上固定安装连接件22，连接件22中部设有第一通孔，压紧轴23的一端铰接至压紧把手24，压紧轴23的另一端穿过第一通孔后固定安装压紧块25，扶手4的外围位于压紧块25和第一连接板21之间，压紧把手24外围通过连杆铰接至连接件22的外围。

第一连接板21的一侧固定连接至第二连接板26的一侧，第二连接板26的上端安装导向方管27，连接杆28的一端设置操作把手，连接杆28的另一端穿过导向方管27、第二连接板26后固定连接至传动箱31的外围，且连接杆28能够在导向方管27内滑动，第二连接板26的一侧设有螺纹孔，调节压杆29外围螺纹连接至螺纹孔内，且调节压杆29的一端接触连接至连接杆28的外围，调节压杆29的另一端安装摇杆，同时调节压杆29的一端安装尼龙块210，尼龙块210外围接触连接至连接杆28的外围，工作人员在对竖直连接杆28进行上下高度调节完成后，通过定位调节压杆29压紧尼龙块210从而压紧竖直连接杆28，实现竖直连接杆28的定位与固定，尼龙块210的设计可以降低压紧过程对竖直连接杆28的划伤，有利于延长定位固定模块2的使用寿命。

第一连接板21与第二连接板26垂直连接固定，通过调节锁紧螺母的锁紧位置可以调节压紧模块的压紧程度，内压紧轴23一端与压紧模块连接，另一端与压紧块25连接，压紧块25可以将定位固定模块2与空间站扶手4的进行固定压紧，通过推拉压紧模块可以实现压紧块25的压紧动作，通过旋转压紧模块可以实现压紧块25的压紧方位。

快接母头11包括连接法兰111、电机传动轴112、外连接套筒113、复位弹簧114、限位压盖115和压紧端盖116，外连接套筒113的下端通过连接法兰111固定连接至驱动电机的外围，电机传动轴112位于外连接套筒113的内圈，且外连接套筒113内设置限位压盖115，限位压盖115的一端固定连接至复位弹簧114的一端，复位弹簧114的另一端固定连接至外连接套筒113的内侧壁，限位压盖115的另一端抵接至压紧端盖116的一端，压紧端盖116的外围固定连接至外连接套筒113的上端；

快接公头12包括第三传动轴121、外导向阶梯座122和第一轴承123，第三传动轴121的外围通过第一轴承123转动连接至外导向阶梯座122的内圈，梯形连接座的一端固定连接至连接管32的一端，第三传动轴121的一端可拆卸连接至电机传动轴112，第三传动轴121的另一端固定连接至第一传动轴33。

外导向阶梯座122的一端外围沿周向均布若干定位块13，压紧端盖116内圈沿径向设有若干滑槽14，且定位块13和滑槽14一一对应，在快接母头11和快接公头12连接状态下，定位块13位于压紧端盖116和限位压盖115之间。

如图8和9所示，快接母头11通过驱动端连接法兰111与驱动电机固定，电机端内传动轴与电机输出轴连接传递动力，在需要进行快接公头12与快接母头11的快速连接时，首先将快接公头12外导向阶梯座122对准快接母头11中间孔位，对准过程中主要保证电机端内传动轴的方轴部分对准工具端内传动轴的方形孔，然后将快接母头11靠近快接公头12直至公头端三个定位块13贴至母头端面，随后手持驱动电机进行旋转,直到快接公头12的三个限位凸台对准快接母头11压紧端盖116的三个通槽，此时外导向阶梯座122会挤压限位压盖115从而压缩复位弹簧114，待限位压盖115到达极限位置时将带有快接母头11的驱动电机旋转90度，此时在复位弹簧114的作用下，快接公头12部分的三个定位块13会卡入快接母头11压紧端盖116的另一侧的盲槽内，从而完成公头端与母头端的连接，同时保证了内部的动力传动。

一种应用于空间机械臂末端执行器5的在轨服务装置的工作过程：

该实施方案利用常用驱动电机作为动力源对机械臂末端执行器5上的传动齿轮进行反驱从而实现锁紧模块解锁，空间机械臂末端执行器5上设计有4组锁紧机构，通过锁紧电机带动小齿轮转动，安装在末端执行器本体上的大直齿轮受齿轮啮合同步转动，带动四组锁紧机构同步动作，因此当锁紧电机发生故障后，想要完成解锁就需要从外部驱动传动齿轮从而带动四组锁紧结构动作完成解锁。整个解锁过程为：首先手持在轨服务模块的压紧模块，将压紧块25调节至与扶手4平行，将定位固定模块2的压紧块25塞入机械臂末端执行器5扶手4的加工孔内，然后旋转压紧把手24，使压紧块25和第一连板压实机械臂末端执行器5扶手4，从而实现在轨服务模块的定位及固定。

固定完成后旋松定位调节压杆29，手持操作把手调节齿轮传动模块3的竖直高度从而调节小齿轮与传动齿轮的中心距，调节完成后，旋紧定位调节压杆29完成垂直方向位置固定。最后将安装有快接接口母头的手驱工具与齿轮反驱工具的公头对接，按动手驱工具开关，开展齿轮反驱动作，完成解锁工作。待解锁完成，将手驱工具与在轨服务模块分离，将定位固定模块2松开，将在轨服务模块取下，完成故障解锁动作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种应用于空间机械臂末端执行器的在轨服务装置，其特征在于：包括快接模块(1)、定位固定模块(2)和齿轮传动模块(3)，快接模块(1)包括快接公头(12)和快接母头(11)，快接母头(11)的一端固定连接至驱动电机的驱动端，快接母头(11)的一端固定连接至齿轮传动模块(3)的一端，快接母头(11)的另一端可拆卸连接至快接公头(12)的另一端，齿轮传动模块(3)的另一端啮合至机械臂末端执行器(5)的传动齿轮，且机械臂末端执行器(5)的外壁设置扶手(4)，齿轮传动模块(3)外围通过定位传动模块可拆卸连接至扶手(4)上。

2.根据权利要求1所述的一种应用于空间机械臂末端执行器的在轨服务装置，其特征在于：齿轮传动模块(3)包括传动箱(31)、连接管(32)、第一传动轴(33)、第二传动轴(34)和反驱齿轮(35)，第二传动轴(34)的两端外围转动套接至传动箱(31)的内圈，传动箱(31)上设置连接管(32)，第一传动轴(33)的外围转动套接至连接管(32)的内圈，且第一传动轴(33)的上端通过快接模块(1)与驱动电机同步转动，第一传动轴(33)的下端设置第一锥齿轮，第二传动轴(34)的外围设置第二锥齿轮，第一锥齿轮与第二锥齿轮相啮合，第二传动轴(34)的外围固定套接反驱齿轮(35)，反驱齿轮(35)的外围啮合至机械臂末端执行器(5)的传动齿轮。

3.根据权利要求2所述的一种应用于空间机械臂末端执行器的在轨服务装置，其特征在于：定位固定模块(2)包括第一连接板(21)，第一连接板(21)固定连接至传动箱(31)的一侧，第一连接板(21)上固定安装连接件(22)，连接件(22)中部设有第一通孔，压紧轴(23)的一端铰接至压紧把手(24)，压紧轴(23)的另一端穿过第一通孔后固定安装压紧块(25)，扶手(4)的外围位于压紧块(25)和第一连接板(21)之间，压紧把手(24)外围通过连杆铰接至连接件(22)的外围。

4.根据权利要求3所述的一种应用于空间机械臂末端执行器的在轨服务装置，其特征在于：第一连接板(21)的一侧固定连接至第二连接板(26)的一侧，第二连接板(26)的上端安装导向方管(27)，连接杆(28)的一端设置操作把手，连接杆(28)的另一端穿过导向方管(27)、第二连接板(26)后固定连接至传动箱(31)的外围，且连接杆(28)能够在导向方管(27)内滑动，第二连接板(26)的一侧设有螺纹孔，调节压杆(29)外围螺纹连接至螺纹孔内，且调节压杆(29)的一端接触连接至连接杆(28)的外围，调节压杆(29)的另一端安装摇杆。

5.根据权利要求4所述的一种应用于空间机械臂末端执行器的在轨服务装置，其特征在于：调节压杆(29)的一端安装尼龙块(210)，尼龙块(210)外围接触连接至连接杆(28)的外围。

6.根据权利要求2所述的一种应用于空间机械臂末端执行器的在轨服务装置，其特征在于：快接母头(11)包括连接法兰(111)、电机传动轴(112)、外连接套筒(113)、复位弹簧(114)、限位压盖(115)和压紧端盖(116)，外连接套筒(113)的下端通过连接法兰(111)固定连接至驱动电机的外围，电机传动轴(112)位于外连接套筒(113)的内圈，且外连接套筒(113)内设置限位压盖(115)，限位压盖(115)的一端固定连接至复位弹簧(114)的一端，复位弹簧(114)的另一端固定连接至外连接套筒(113)的内侧壁，限位压盖(115)的另一端抵接至压紧端盖(116)的一端，压紧端盖(116)的外围固定连接至外连接套筒(113)的上端；

快接公头(12)包括第三传动轴(121)、外导向阶梯座(122)和第一轴承(123)，第三传动轴(121)的外围通过第一轴承(123)转动连接至外导向阶梯座(122)的内圈，梯形连接座的一端固定连接至连接管(32)的一端，第三传动轴(121)的一端可拆卸连接至电机传动轴(112)，第三传动轴(121)的另一端固定连接至第一传动轴(33)；

外导向阶梯座(122)的一端外围沿周向均布若干定位块(13)，压紧端盖(116)内圈沿径向设有若干滑槽(14)，且定位块(13)和滑槽(14)一一对应，在快接母头(11)和快接公头(12)连接状态下，定位块(13)位于压紧端盖(116)和限位压盖(115)之间。

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