创新式双旋转远程运动中心机构、机器人及空间望远镜系统
2025-02-11 15:08
No.1338889362771025920
技术概要
PDF全文
本系统为一种创新的双旋转远程运动中心机构,集成机器人和空间望远镜技术。该机构由基部、可绕中心点旋转的输出部、与输出部转动连接且与基部平行的第一方向连接件组成,以及第一支链等组件构成。
背景技术
远程运动中心机构由于受机械结构的约束,其输出端的运动被限制为绕一个固定点的转动运动和通过该点的移动运动。这个固定点一般是远离机构并且虚拟存在的,被称为机构的远程运动中心(Remote Motion Center,RCM)。 远程运动中心在航天机器人和医疗机器人等需要精密操作的领域存在广泛应用。例如,在航天领域的大口径空间望远镜中,大口径空间望远镜通过多个可拆设置的子镜模块组合设置而成,此时子镜模块的位姿调整空间非常有限,且对位姿精度的要求极高,这使得调整过程的难度显著增加,一旦子镜模块被精确定位,后续的调整都必须围绕这个初始定位点进行,以减少对光学系统整体性能的影响,任何微小的偏差都可能导致整个光学系统性能的显著下降,因此对子镜模块的位姿调整精度和稳定性提出了极高的要求。而通过远程运动中心机构,能够很好地使得子镜模块的位置能够围绕一个相对于整个系统固定的点(即远程运动中心)进行精确运动。 另外,在月球表面的建造和探测任务中,目前使用的机械臂末端各运动副均采用串联形式,这些运动副的转动中心点均位于末端机械本体内部,而非本体之外,因此不存在远程转动中心。然而,在那些开口狭窄但内部容积较大的场合,现有机械臂难以实现围绕其开口点的转动操作。故引入远程转动机构安装于机械臂末端,该机构能够围绕机械臂本体之外的远心点进行转动,从而有效地在开口小、容积大的罐状环境中执行建造和探测任务。 然而,现有的远程运动中心机构的问题在于调节精度不高且承载力有限。例如,在CN113749773B专利中公开的一种两转一移远程运动中心机构中,一方面,其依赖于虎克铰上设置的电机进行绕Y轴的转动,此时整个绕Y轴的调节精度依赖于电机自身的精度,如果想要更加精细的调节,需要更换电机精度,会大幅增加成本;另一方面,用于控制其两转的两个电机相互串联,使得其整个机构的重力均需要近端的电机承载,导致对整个远端机构的重量限制较多;再一方面,由于其电机设计位置距离远端运动中心较近,在一些具体的应用场景不易使用,例如在核磁共振环境下头颅等神经外科手术中,因电机无法设置距离远端中心较远处,故不易于在此场景中使用。
实现思路
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该技术已申请专利,如用于商业用途,请联系技术所有人!
技术研发人员:
汤奇荣  林荣富  蔡宇豪  林帅宇  蒋海丞  陈信
技术所属: 同济大学
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