[实用新型]一种空间机械臂高精度关节控制模块

说明书

技术领域

本实用新型涉及空间机械臂，特别涉及一种空间机械臂高精度关节控制模块。

背景技术

关节作为空间机械臂的关键技术，决定了机械臂的负载自重比、机械臂的智能程度以及机械臂的末端位姿精度。为了满足长期工作要求，减小维护难度及费用，关节需具备在轨更换及在轨手动驱动的功能，同时，机械臂的工作环境还比较恶劣，如高温差、高辐射、超真空，因此关节的研制必须综合考虑这些因素，并且满足所有指标。另外，如何在实现高负载的同时保证机械臂关节的精度也是研究的重点。在对国外现有空间机械臂进行深入研究后发现以下问题：空间机械臂大都采用行星齿轮传动，不可避免地存在较高回差，影响控制精度；另外，行星减速刚度差，这也会影响整个机械臂的控制精度，并且行星齿轮传动质量大，会减小机械臂负载自重比。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种空间机械臂高精度关节控制模块，以解决现有空间机械臂大都采用行星齿轮传动而存在较高回差、影响控制精度以及减小机械臂负载自重比等技术问题。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种空间机械臂高精度关节控制模块，包括关节本体和机械臂，所述关节本体与机械臂之间通过快接销连接；所述关节本体的内部固定安装有关节电源模块、核心控制模块和关节驱动模块，所述核心控制模块的数据输入端连接有传感器组，关节驱动模块的输出端连接有无刷直流电机，所述无刷直流电机的转轴与快接销相连，所述关节电源模块包括EMI滤波器，所述EMI滤波器的输出端连接有DC/DC变换器，所述DC/DC变换器的调控端连接有开关电源集成控制器，输出端连接有集成线性调压器，所述集成线性调压器的输出端连接至各模块电源输入端；所述核心控制模块包括核心控制器，核心控制器的数据输入端连接有模数转换器，核心控制器的通信端口连接有UART/WIFI转换器，所述UART/WIFI转换器连接有无线信号收发器。

依照本申请较佳实施例所述的一种空间机械臂高精度关节控制模块，所述核心控制器采用FPGA控制器，且核心控制器数据交互端连接有数据存储器。

依照本申请较佳实施例所述的一种空间机械臂高精度关节控制模块，所述关节驱动模块包括放大驱动器，所放大驱动器的输出端连接有MOSFET整流桥，所述MOSFET整流桥的输出端连接到无刷直流电机的驱动端，且无刷直流电机与放大驱动器之间还连接有过流保护器。

依照本申请较佳实施例所述的一种空间机械臂高精度关节控制模块，所述传感器组包括力矩传感器、位置传感器、温度传感器和霍尔传感器。

与现有技术相比，本实用新型存在以下技术效果：

本实用新型通过设置关节驱动模块，利用驱动放大器和MOSFET整流桥对无刷直流电机进行驱动控制，利用无刷直流电机实现传动操作，有效提高机械负载比重；通过设置传感器组，利用力矩传感器、位置传感器、温度传感器和霍尔传感器，实现了高精度关节传感信息采集，结合核心控制器，实现PD闭环反馈调节，进一步提高控制精度，满足设计的高精度要求；同时通过设置过流保护器，提高电路的自我保护性能，延长使用寿命，利用EMI滤波器滤除电磁干扰，利用集成线性调压器减小输出纹波，有效提高装置的安全稳定性能；通过设置UART/WIFI转换器和无线信号收发器进行无线数据收发，减少系统布线提高装置灵活性；本实用新型大大简化了装置结构，灵活方便，且大大提高了控制精度和机械负载比重。

附图说明

图1为本实用新型一种空间机械臂高精度关节控制模块的结构示意图；

图2为本实用新型关节本体的内部模块结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图，举一具体实施例加以详细说明。

请参考图1，本实用新型提供了一种空间机械臂高精度关节控制模块，包括关节本体1和机械臂2，关节本体1与机械臂2之间连接有快接销3；通过快接销3连接关节本体1和机械臂2，可以方便实现安装和更换操作；

请参考图2，在本实用新型中，关节本体1的内部固定安装有关节电源模块4、核心控制模块5和关节驱动模块6，核心控制模块5的数据输入端连接有传感器组7，关节驱动模块6的输出端连接有无刷直流电机8，无刷直流电机8的转轴与快接销3相连，关节电源模块4为整个装置供电，核心控制模块5用于实现数据分析和指令输出控制，关节驱动模块6用于驱动无刷直流电机8的操作，传感器组7用于进行数据采集操作。