CN217561006U - 一种基于压电驱动的火星采样机械臂 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于压电驱动的火星采样机械臂，包括挖勺、手臂壳体、第一至第三连接销、齿轮销、两个一级连接板、两个二级连接板、两个三级连接板、蜗杆、转动电机、被动齿轮、主动齿轮、转动轴和超声电机。本实用新型通过第一至第三连接销、齿轮销形成铰链四杆机构，并通过蜗杆、转动电机对其进行驱动进而控制挖勺工作，同时通过被动齿轮、主动齿轮、转动轴和超声电机控制手臂的抬起和下降。本实用新型结构简单，质量轻，扭矩大，环境适应性强，且响应快。

Description

一种基于压电驱动的火星采样机械臂

技术领域

本实用新型涉及压电驱动领域，尤其涉及一种基于压电驱动的火星采样机械臂。

背景技术

对外星球的探索是当前研究的一大热点,其中利用采样装置对外星球表面成分进行研究是人类探索外星球的重要环节。而且中国处在火星探测计划和探月工程大背景下，行星采样机械臂是行星探测器实施采样任务的执行机构，针对行星环境，要求机械臂轻质、节能、灵巧、紧凑、可靠及最大化工作空间，发挥移动平台和机械臂协同作业最大能力。

现有火星采样装置一般采用直流伺服电机驱动，环境适应性差，力矩小，且额外质量较大。亟需设计一种新型的机械臂驱动系统以适应恶劣的采样环境以及更高的精度要求。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种基于压电驱动的火星采样机械臂。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于压电驱动的火星采样机械臂，包括挖勺、手臂壳体、第一至第三连接销、齿轮销、两个一级连接板、两个二级连接板、两个三级连接板、蜗杆、转动电机、被动齿轮、主动齿轮、转动轴和超声电机；

所述手臂壳体中空，其根部设有通孔；

所述转动轴设置在所述手臂壳体内，两端从手臂壳体根部的两侧伸出、和手臂壳体固连，且转动轴两端均和探测车转动连接，使得手臂壳体能够绕转动轴相对探测车自由转动；

所述超声电机固定在探测车上，其输出轴和所述主动齿轮同轴固连；

所述被动齿轮套在所述转动轴上、和转动轴固连，且被动齿轮的一部分伸出后从手臂壳体根部的通孔伸出后和所述主动齿轮啮合；

所述齿轮销、第三连接销平行固定在所述手臂壳体内，两端均从手臂壳体端部的两侧伸出、和手臂壳体固连；所述第二连接销固定在所述挖勺上；所述第一至第三连接销、齿轮销相互平行，其中，齿轮销的两端分别和两个一级连接板的一端固连，第一连接销的两端分别和两个一级连接板的另一端转动连接；第二连接销的两端分别和两个二级连接板的一端转动连接，第一连接销的两端还分别和两个二级连接板的另一端转动连接；第三连接销的两端分别和两个三级连接板的一端转动连接，第二连接销的两端还分别和两个三级连接板的另一端转动连接；所述第一至第三连接销、齿轮销形成铰链四杆机构；

所述转动电机固定在所述手臂壳体内，其输出轴和所述蜗杆同轴固连；

所述蜗杆和所述齿轮销上的齿轮圈啮合，形成蜗轮蜗杆机构。

作为本实用新型一种基于压电驱动的火星采样机械臂进一步的优化方案，所述主动齿轮的模数为2、齿数为34，被动驱动齿轮的模数为2、齿数为17。

本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本实用新型使用超声电机进行手臂的控制，具有结构简单、额外重量轻、环境适应性强、响应快、控制精度高、扭矩大等特点。

附图说明

图1为本实用新型的结构爆炸示意图；

图2为本实用新型的结构示意图。

图中，1-挖勺，2-第二连接销，3-第三连接销4-第一连接销，5-第二连接板，6-第一连接板，7-齿轮销，8-手臂壳体，9-被动齿轮，10-主动齿轮，11-超声电机，12-转动电机。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：

本实用新型可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本实用新型的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

如图1、图2所示，本实用新型公开了一种基于压电驱动的火星采样机械臂，包括挖勺、手臂壳体、第一至第三连接销、齿轮销、两个一级连接板、两个二级连接板、两个三级连接板、蜗杆、转动电机、被动齿轮、主动齿轮、转动轴和超声电机；

所述手臂壳体中空，其根部设有通孔；

所述转动轴设置在所述手臂壳体内，两端从手臂壳体根部的两侧伸出、和手臂壳体固连，且转动轴两端均和探测车转动连接，使得手臂壳体能够绕转动轴相对探测车自由转动；

所述超声电机固定在探测车上，其输出轴和所述主动齿轮同轴固连；

所述被动齿轮套在所述转动轴上、和转动轴固连，且被动齿轮的一部分伸出后从手臂壳体根部的通孔伸出后和所述主动齿轮啮合；

所述齿轮销、第三连接销平行固定在所述手臂壳体内，两端均从手臂壳体端部的两侧伸出、和手臂壳体固连；所述第二连接销固定在所述挖勺上；所述第一至第三连接销、齿轮销相互平行，其中，齿轮销的两端分别和两个一级连接板的一端固连，第一连接销的两端分别和两个一级连接板的另一端转动连接；第二连接销的两端分别和两个二级连接板的一端转动连接，第一连接销的两端还分别和两个二级连接板的另一端转动连接；第三连接销的两端分别和两个三级连接板的一端转动连接，第二连接销的两端还分别和两个三级连接板的另一端转动连接；所述第一至第三连接销、齿轮销形成铰链四杆机构；

所述转动电机固定在所述手臂壳体内，其输出轴和所述蜗杆同轴固连；

所述蜗杆和所述齿轮销上的齿轮圈啮合，形成蜗轮蜗杆机构。

工作时，通过超声电机驱动被动齿轮转动，进而控制大臂的抬起和降下，同时，通过驱动转动电机，经过蜗轮蜗杆机构、铰链四杆机构控制挖勺转动来进行采样。

本实例中使用的超声电机，是利用压电陶瓷的逆压电效应和超声振动来获得其运动和力矩的新型驱动器。与传统电磁型电机相比具有高精度，响应快，控制效果好，质量轻，结构简单，可设计性强等特点。其输出轴为8mm，底座上留有直径4mm的通孔，用于与机探测车连接，电机端盖通过螺钉固定在转子上表面，输出轴一端使用卡簧固定，以防止轴向窜动；主动齿轮选用齿轮的模数为2，齿数为34，被动驱动齿轮的模数也为2，齿数为17，只有不到半个圆大小，限定了大臂的转动角度范围为0~120°。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于压电驱动的火星采样机械臂，其特征在于，包括挖勺、手臂壳体、第一至第三连接销、齿轮销、两个一级连接板、两个二级连接板、两个三级连接板、蜗杆、转动电机、被动齿轮、主动齿轮、转动轴和超声电机；

所述手臂壳体中空，其根部设有通孔；

所述转动轴设置在所述手臂壳体内，两端从手臂壳体根部的两侧伸出、和手臂壳体固连，且转动轴两端均和探测车转动连接，使得手臂壳体能够绕转动轴相对探测车自由转动；

所述超声电机固定在探测车上，其输出轴和所述主动齿轮同轴固连；

所述被动齿轮套在所述转动轴上、和转动轴固连，且被动齿轮的一部分伸出后从手臂壳体根部的通孔伸出后和所述主动齿轮啮合；

所述齿轮销、第三连接销平行固定在所述手臂壳体内，两端均从手臂壳体端部的两侧伸出、和手臂壳体固连；所述第二连接销固定在所述挖勺上；所述第一至第三连接销、齿轮销相互平行，其中，齿轮销的两端分别和两个一级连接板的一端固连，第一连接销的两端分别和两个一级连接板的另一端转动连接；第二连接销的两端分别和两个二级连接板的一端转动连接，第一连接销的两端还分别和两个二级连接板的另一端转动连接；第三连接销的两端分别和两个三级连接板的一端转动连接，第二连接销的两端还分别和两个三级连接板的另一端转动连接；所述第一至第三连接销、齿轮销形成铰链四杆机构；

所述转动电机固定在所述手臂壳体内，其输出轴和所述蜗杆同轴固连；

所述蜗杆和所述齿轮销上的齿轮圈啮合，形成蜗轮蜗杆机构。

2.根据权利要求1所述的基于压电驱动的火星采样机械臂，其特征在于，所述主动齿轮的模数为2、齿数为34，被动驱动齿轮的模数为2、齿数为17。

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