一种用于中空结构的空间机械臂旋转关节的环形绝对位置检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种机械臂旋转关节的环形绝对位置检测装置，并且特别地涉及一种用于中空结构轻型的空间机械臂旋转关节的超轻型一体化集成式环形绝对位置检测装置。
【背景技术】
[0002]空间机器机械臂可以认为是一种在航天器或空间站上作业的具有智能的特种机器人。其具备精确操作能力和视觉识别能力，既具有自主分析能力也可由航天员进行遥控，是集机械、视觉、动力学、电子和控制等学科为一体的高端航天装备。宇航空间机械臂可代替人在空间从事空间建筑装配、航天器维修、空间生产和科学实验等工作。
[0003]空间机械臂的空间运动由旋转关节驱动完成，因而如何对旋转关节的状态进行监测并分析监测结果以控制机械臂的运动是操作空间机械臂完成空间作业的关键。
[0004]对于模块化机械臂的旋转关节，需要通过为止闭环反馈制实现高精度的位置伺服控制，而对于空间机械臂的模块化旋转关节尤其需要通过绝对位置检测装置进行位置限制，并且能够在控制器意外断电重启后重新读取机械臂当前的姿态。
[0005]对于空间机械臂的旋转关节而言，采用中空走线结构可以减轻关节重量并提高可靠性，而通常安装于旋转关节输出末端的绝对位置检测装置无法满足中空结构的要求。传感器属于环境敏感元件，安装于空间机械臂旋转关节输出末端的绝对位置传感器要么直接暴露于空间环境中，要么付出很大的体积和重量成本进行防护，对空间机械臂的可靠性和质量控制不利。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种用于中空结构的空间机械臂旋转关节的、将检测装置与旋转关节内部结构一体式集成设计的环形绝对位置检测装置。
[0007]绝对位置检测装置由与旋转关节旋转壳体集成的电刷组件和与旋转关节电机安装板集成的电阻膜组件组成。旋转壳体是旋转关节的运动输出部件，与旋转壳体集成设计的电刷组件在与电机安装板集成设计的电阻膜上滑动，从而检测关节旋转的绝对位置。
[0008]本发明的有益效果是用于中空结构的空间机械臂旋转关节的环形绝对位置检测装置采用与旋转关节内部结构一体式集成设计和双环单端出线设计，无需额外的结构与防护，极大地降低了质量并提高了可靠性，降低了发射成本，减轻了机械臂运动对卫星或空间站本体姿态的影响，促进了空间机械臂在空间攻防，在轨服务等领域的广泛应用。
[0009]本发明除了用于中空结构的空间机械臂旋转关节的绝对位置检测外，还可用于其他对质量要求严格，高可靠性的模块化机械臂的绝对位置检测。
【附图说明】
[0010]现在将结合附图对本发明进行描述，其中:
[0011]附图1为空间机械臂旋转关节的结构示意图。
[0012]附图2为绝对位置检测装置的剖面示意图。
[0013]附图3为电刷组件结构示意图。
[0014]附图4为电阻环组件的结构示意图。
【具体实施方式】
[0015]空间机械臂的旋转关节由壳体、关节驱动器、无刷伺服电机、传动系统和传感系统组成。
[0016]如附图1所示，所述壳体包括旋转壳体3和固定壳体4。其中旋转壳体3提供旋转关节的对外输出端法兰，固定壳体4提供旋转关节固定端法兰。固定壳体4为L形剖面，固定端法兰位于关节主轴线(旋转壳体轴线)侧方，从而使输出端法兰与固定端法兰垂直。
[0017]绝对位置检测装置由电刷组件I和电阻环组件2组成。
[0018]如附图1、2所示，电刷组件I与旋转关节旋转壳体一体化集成设计，电阻环组件2与旋转关节固定安装板5—体化集成设计。固定安装板5与固定壳体4固定连接。旋转壳体是旋转关节的运动输出部件，因此与旋转壳体集成设计的电刷组件I和与固定安装板5一体化集成设计的电阻环组件2的相对运动即为旋转关节的输出转动，从而检测到旋转关节的绝对位置。
[0019]所述电刷组件I为无引线双梳白金电刷10，采用与旋转壳体一体化集成设计的聚四氟乙烯绝缘套11，如附图3所示。
[0020]所述电阻环组件2为单端引线双环形电阻环，采用与固定安装板一体化集成设计的聚四氟乙烯绝缘基片6。如附图4所示，其上涂覆有环形电阻膜7和环形导电膜8，环形电阻膜涂覆在电阻环的外圆部分，环形导电膜涂覆在电阻环的内圆部分。其中环形电阻膜两端通过引线端9施加固定电压，当电刷组件I的双梳电刷在电阻膜和导电膜上滑动时，电刷检测到的绝对位置信号通过环形导电膜经引出端引出，从而避免了导线随电刷的转动。
[0021]本申请的用于中空结构的空间机械臂旋转关节的环形绝对位置检测装置通过采用与旋转关节内部结构一体化集成设计和双环单端引线设计，无需额外的结构和防护，避免了导线随电刷运动，极大地减小了体积和重量并提高了可靠性。本发明结构简单，质量很小，这种将环形绝对位置检测装置与旋转关节结构一体化集成设计的方法适用于各种采用中空走线结构、对质量要求严格的模块化机械臂的绝对位置反馈环节。
【主权项】
1.一种用于中空结构的空间机械臂旋转关节的环形绝对位置检测装置，其中，所述空间机械臂的旋转关节由壳体、关节驱动器、无刷伺服电机、传动系统和传感系统组成；所述传感系统包括环形绝对位置检测装置，该绝对位置检测装置由电刷组件I和电阻环组件2组成。
2.根据权利要求1所述的一种用于中空结构的空间机械臂旋转关节的环形绝对位置检测装置，其中电刷组件I与旋转关节旋转壳体一体化集成设计，通过螺栓安装在一起，电刷组件形状与旋转壳体完全吻合，直接把旋转壳体作为电刷组件的强度结构部分，所述电阻环组件2与旋转关节某固定安装板一体化集成设计，旋转关节固定安装板一体化集成设计，通过螺栓安装在一起，电阻环组件形状与固定安装板完全吻合，直接把固定安装板作为电阻环组件的强度结构部分
3.根据权利要求1所述的一种用于中空结构的空间机械臂旋转关节的环形绝对位置检测装置，其中所述电刷组件I为无引线双梳白金电刷，采用与旋转壳体一体化集成设计的聚四氟乙烯绝缘套。
4.根据权利要求1所述的一种用于中空结构的空间机械臂旋转关节的环形绝对位置检测装置，其中所述电阻环组件2为单端引线双环形电阻环，采用与固定安装板一体化集成设计的聚四氟乙烯绝缘基片。
5.根据权利要求4所述的一种用于中空结构的空间机械臂旋转关节的环形绝对位置检测装置，其中所述电阻环组件2表面涂覆有环形电阻膜和环形导电膜，其中环形电阻膜涂覆在电阻环的外圆部分，环形导电膜涂覆在电阻环的内圆部分；所述环形电阻膜通过引线端施加固定电压，当电刷组件I的双梳电刷在电阻膜和导电膜上滑动时，电刷检测到的绝对位置信号通过环形导电膜经引出端引出，从而避免了导线随电刷的转动。
【专利摘要】一种用于中空结构的空间机械臂旋转关节的、将检测装置与旋转关节内部结构一体式集成设计的环形绝对位置检测装置。由与旋转关节旋转壳体集成的电刷组件和与旋转关节电机安装板集成的电阻膜组件组成。旋转壳体是旋转关节的运动输出部件，与旋转壳体集成设计的电刷组件在与电机安装板集成设计的电阻膜上滑动，从而检测关节旋转的绝对位置。
【IPC分类】B25J19-00
【公开号】CN104669302
【申请号】CN201410438484
【发明人】范庆麟, 李建明, 邓涛, 王燕波, 许剑, 耿树鲲, 张栩曼
【申请人】北京精密机电控制设备研究所
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2014年8月29日