[实用新型]可扩展的模块化机械臂

说明书

技术领域

本实用新型涉及机械臂，具体地说是一种可扩展的模块化机械臂。

背景技术

随着人类对外太空的探索，空间机械臂作为辅助航天员舱外活动和空间站的建造和维护的主要工具，伴随着面临的空间任务的复杂性逐渐增加，对空间机械臂的功能可扩展性也提出了较高的要求。带有冗余特性的空间机械臂可以用来完成躲避奇异、躲避避障、关节力矩优化等任务，因此成为我国空间机械臂的首选。

在空间站的众多设备中，空间机械臂作为一种多自由度舱外运动型设备，在其建造和运行过程中发挥着不可替代的作用。空间机械臂面临着实现扩展性模块化，高度冗余性，超强避障能力，控制可靠稳定的任务目标，所以急需一种新型的可扩展的模块化机械臂。

实用新型内容

为了满足空间机械臂的使用要求，本实用新型的目的在于提供一种可扩展的模块化机械臂。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

本实用新型包括旋转关节、正交关节及爪关节，其中旋转关节位于机械臂的底端，所述正交关节为多个、依次相连，第一个所述正交关节与旋转关节连接，最后一个所述正交关节连接有所述爪关节，所述机械臂整体通过移动副由安装在步进导轨上的步进电机带动运动；所述旋转关节包括旋转关节外壳、舵机A及分别容置于该旋转关节外壳内的旋转关节齿轮、外齿圈、齿轮套筒、轴承A、旋转关节连接件、轴承内卡圈、轴承外卡圈，该舵机A与所述移动副相连，输出端连接有所述旋转关节齿轮，所述外齿圈安装在旋转关节外壳的内壁上、并与该旋转关节齿轮啮合传动，所述旋转关节连接件安装在舵机A上，外部套设有所述轴承A，该轴承A的一侧与所述外齿圈之间设有齿轮套筒，另一侧设有套设在所述旋转关节连接件上的轴承内卡圈及安装在所述旋转关节外壳内壁上的轴承外卡圈，所述轴承A的外圈通过齿轮套筒及轴承外卡圈限位，内圈通过所述轴承内卡圈限位；所述旋转关节外壳通过舵机A驱动旋转，进而带动各所述正交关节及爪关节转动。

其中：所述外齿圈、齿轮套筒及轴承A的外径相同，该齿轮套筒的两侧分别与所述外齿圈和轴承A的外圈抵接。

所述爪关节位于机械臂的末端、作为机械臂的末端执行器，该爪关节包括舵机D、爪关节外壳、爪关节传动机构、指部A、指部B及双向螺杆，所述舵机D与最后一个所述正交关节相连，输出端通过所述爪关节传动机构与转动安装在爪关节外壳上的双向螺杆相连，驱动所述双向螺杆旋转，所述指部A及指部B的一端为执行端，另一端分别与所述双向螺杆两端的螺纹段螺纹连接，通过所述双向螺杆的旋转带动指部A及指部B夹持或放松；所述双向螺杆两端螺纹段的螺纹旋向相反，所述指部A和指部B分别通过逆时针螺母和顺时针螺母连接在双向螺杆两端的螺纹段上；所述双向螺杆两端各连接一个轴承B，该轴承B分别固定在两端的轴承支座内，两端的所述轴承支座固定在爪关节外壳上；所述指关节小齿轮的外部罩有齿轮壳，该齿轮壳安装在爪关节外壳上，该爪关节外壳通过支架连接在所述舵机D上；所述爪关节传动机构为齿轮传动机构，包括指关节大齿轮及指关节小齿轮，该指关节小齿轮通过联轴器与所述舵机D的输出端相连，所述指关节大齿轮安装在双向螺杆上、随所述双向螺杆旋转，并与所述指关节小齿轮啮合传动；所述舵机D通过齿轮传动机构带动双向螺杆旋转从而实现指部A与指部B的开合；所述指部A及指部B另一端的两侧均设有滑块B，该指部A及指部B另一端两侧的爪关节外壳上均设有导轨，所述指部A及指部B另一端两侧的滑块B分别与两侧的所述导轨滑动连接，实现所述指部A及指部B沿导轨往复运动；

各所述正交关节结构相同，作为所述机械臂的臂身也即该机械臂的可扩展模块；每个所述正交关节均包括一个舵机及一个正交连接件，该舵机的电机本体上设有电机外法兰，第一个所述正交关节中舵机的电机本体通过正交关节连接件安装在所述旋转关节外壳上，第一个所述正交关节中正交连接件的一端与第一个所述正交关节中舵机上的电机外法兰连接，另一端与相邻正交关节中舵机的电机本体相连；最后一个所述正交关节中舵机的电机本体与相邻正交关节中的正交连接件连接，最后一个所述正交关节中的正交连接件一端与最后一个所述正交关节中舵机的电机外法兰连接，另一端与所述爪关节连接；各所述正交关节作为机械臂的可扩展模块，每个所述正交关节具有一个转动自由度，相邻两所述正交关节之间可相对转动；相邻两所述正交关节中舵机的输出轴相垂直；