[发明专利]系统一体化双轴驱动机构

说明书

技术领域

本发明属于机械领域，涉及一种航天器机构通用的两自由度驱动装置，尤其适用于定向天线双轴驱动机构、小型空间机械臂两自由度关节、云台、相机指向机构、矢量推进器驱动机构等。

背景技术

随着可运动有效载荷、多自由度定向天线以及空间机械臂的空间应用日趋广泛，迫切需求具有多自由度，特别是两自由度的驱动机构，并在结构重量、动态性能、集成性等方面提出了更高的要求。

如图1所示，传统双轴驱动机构设计方案中，A轴与B轴单独设计，A轴通过T型金属支架与固定端连接，两轴通过L型轴间金属支架连接，由于受到双轴驱动机构的包络尺寸限制，采用L型轴间支架的连接形式很难实现A轴和B轴在同一平面内且相互垂直。这种连接方式的结构刚度往往受轴间支架的刚度所限，且重量较大。此外，受负载和加工精度的影响，轴间支架很难保证两轴驱动机构有良好的正交性，从而影响控制精度。而两驱动机构的轴线不相交，又会增加A轴驱动机构的负载惯量，一定程度上限制了驱动机构的负载能力。另外，由于B轴整体相对A轴转动，B轴电机和角度传感器的电缆布置也较为复杂。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有双轴驱动机构各轴单独设计所造成的结构不紧凑，重量大，刚度低，轴线不相交，布线、装调困难的不足，提供了一种结构紧凑，重量轻，体积小，刚度大，轴线相交，布线、装调方便，动态特性更好的双轴驱动机构。

本发明的技术解决方案是：系统一体化双轴驱动机构，包括第二光栅组件、第二输出轴系、第二谐波齿轮、第二输入轴系、第一输入轴系、第二步进电机、一级锥齿轮副、第一光栅组件、第一输出轴系、第一壳体、第一谐波齿轮、第一步进电机、第二壳体；其中第一壳体的上方设有第二步进电机的安装口，第一壳体的下方设有第一步进电机的安装口，第一壳体的左侧设有第二壳体的安装口，所述第一步进电机的安装口的轴线与第二壳体的安装口的轴线在同一平面内且相互垂直；第二壳体上设有第一输出轴系的安装口和第二输出轴系的安装口，并且第一输出轴系的安装口的轴线与第一步进电机的安装口的轴线重合，第二输出轴系的安装口的轴线与第二壳体的安装口的轴线重合；第一步进电机安装于第一壳体上并通过第一谐波齿轮直接驱动第一输出轴系，由此带动第二壳体旋转，实现A轴的旋转运动；第一光栅组件安装于第一壳体内部对A轴的转角进行测量；第二步进电机安装于第一壳体上，第一输入轴系、第二输入轴系以及一级锥齿轮副安装于第二壳体内部，第二步进电机驱动第一输入轴系，由第一输入轴系通过一级锥齿轮副驱动第二输入轴系，并带动第二谐波齿轮驱动第二输出轴系转动，实现B轴的旋转运动；第二光栅组件安装于第二壳体内部对B轴的转角进行测量。

所述的第二谐波齿轮或者第一谐波齿轮采用波发生器输入、刚轮固定、柔轮输出的形式。

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明打破了传统双轴驱动机构各轴单独设计的思路，从系统层面（结构、传动及控制等方面）进行双轴的协同与集成设计，两个驱动组件共用壳体，有效减小了体积、重量；由于取消了轴间支架，系统装调精度主要依赖结构件的加工精度保证，使得装调简单、两轴垂直度便于实现；两轴线正交且相交，便于控制律设计，且减小了输出惯量；两轴驱动组件布置紧凑且无轴间支架，从而提高了整体刚度和驱动机构的动态特性；两电机同轴安装，且与固定端均无相对运动，方便布线。此外，驱动机构采用模块化产品和通用接口设计，可作为航天器机构通用的两自由度驱动装置，如定向天线双轴驱动机构、小型空间机械臂两自由度关节、云台、相机指向机构、矢量推进器驱动机构等。

附图说明

图1为传统双轴驱动机构的示意图；

图2为本发明驱动机构的外形图；

图3为本发明驱动机构中A轴的初始位置和两极限转角位置示意图；

图4为本发明驱动机构的组成结构图；

图5为本发明驱动机构的第一壳体结构示意图；

图6为本发明驱动机构的第二壳体结构示意图。

具体实施方式

如图2所示，为本发明机构的外形图。定义A轴、B轴的坐标如图中所示。其中A轴可实现绕o_Ay_A轴（即A轴）的±90°转角运动，B轴则可实现绕o_Bx_B轴（即B轴）的±360°的转角运动。其中A轴的初始位置和两极限转角位置如图3所示。其中图3a为0°转角位置，图3b为+90°转角位置，图3c为-90°转角位置。因此，该驱动机构可实现空间机械臂的全空间运动，或定向天线的全空间指向。