CN102229145A - 水下电动机械手二级摆动关节结构 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供水下电动机械手二级摆动关节结构，包括箱体、蜗轮、蜗杆、蜗轮输出轴、电机、关节固定法兰、端盖，关节固定法兰和箱体相连，电机安装在关节固定法兰里，蜗轮、蜗杆安装在箱体里，蜗轮通过蜗杆连接电机，端盖有两个、分别固定在箱体的前后两侧，蜗轮输出轴与蜗轮相连并穿过前后两个端盖。本发明结构紧凑、安装容易、形式多样、成本低廉，可以实现机械自锁。

Description

水下电动机械手二级摆动关节结构

技术领域

本发明涉及的是一种用于水下作业的机器人。

背景技术

随着人类对海洋开发和利用的深入，水下作业任务呈现出多样化和复杂化，对水下机械手的结构和功能都提出了更高的要求。对于微小型作业水下机器人，需配置小型的水下电动机械手，来满足体积、重量和能源的要求。因此，研制结构紧凑、低成本、模块化的机械手，对微小型作业水下机器人完成多种成水下任务具有很大的实用价值。

水下电动机械手关节的自锁性，对于机械手不管是处于收藏状态还是作业状态都有很重要的作用。目前，水下电动机械手关节大多通过制动器或外部其他机械装置实现自锁，增加了系统能源损耗或结构的复杂性。

发明内容

本发明的目的在于提供结构紧凑、具有机械自锁、低成本和模块化的水下电动机械手二级摆动关节结构。

本发明的目的是这样实现的：

本发明水下电动机械手二级摆动关节结构，其特征是：包括箱体、蜗轮、蜗杆、蜗轮输出轴、电机、关节固定法兰、端盖，关节固定法兰和箱体相连，电机安装在关节固定法兰里，蜗轮、蜗杆安装在箱体里，蜗轮通过蜗杆连接电机，端盖有两个、分别固定在箱体的前后两侧，蜗轮输出轴与蜗轮相连并穿过前后两个端盖。

本发明还可以包括：

1、所述的由箱体、蜗轮、蜗杆、蜗轮输出轴、端盖组成的机构有两个，两个由箱体、蜗轮、蜗杆、蜗轮输出轴、端盖组成的机构安装在关节固定法兰的两侧，两个蜗杆各连接一个电机。

2、还包括旋转变压器，旋转变压器包括旋转变压器转子、旋转变压器定子，旋转变压器转子套在蜗轮输出轴上，旋转变压器定子嵌入到端盖内与蜗轮蜗杆箱体成为一体。

3、所述的关节固定法兰和箱体通过电机组件支撑板相连，关节固定法兰与电机组件支撑板之间安装静密封圈，电机组件支撑板与蜗轮蜗杆箱体之间安装静密封圈。

4、所述的两个电机通过各自的电机组件固定板固定在各自的电机组件支撑板上。

5、所述的两个电机的输出轴与蜗杆通过各自的弹性联轴器联接。

6、所述的箱体和蜗轮输出轴之间的动密封采用油封。

7、所述的蜗轮输出轴的两端为“D型轴”进行动力传递。

8、所述的两个电机的中心线重合。

本发明的优势在于：

1、机械自锁：蜗轮蜗杆传动机构一方面具有大的传动比，起到增力的作用；另一方面可以实现机械自锁，不需要电机配置制动器或专门的锁定装置。

2、成本低：采用外筒承压，降低了电机和传感器的承压能力，选用满足要求的一般电机和传感器即可。电机、减速器和旋转变压器都可以直接买到，滑动轴承按标准选用，蜗轮蜗杆机构采用标准的模数和中心距，便于加工。

3、结构紧凑：直流无刷伺服电机和行星齿轮减速器为一体结构。蜗轮和旋转变压器安装于同一根轴上，避免使用弹性联轴器增加轴向尺寸。

4、安装容易：本发明的行星齿轮减速电机和蜗杆轴采用弹性联轴器联接，便于安装，也减小了传动机构对电机组件的冲击。

5、模块化：前后两级采用相同的驱动、传动和安装形式，可以根据受力情况确定不同尺寸的电机和传动组件。二级关节本身也可以作为多自由度机械手的子模块，快速构建多自由度的机械手结构。系统采用外部走线可以便于实现关节的模块化。

6、形式多样：增加关节固定法兰的长度，可以使直流无刷伺服减速电机组件的中心线重合。此时，两个蜗轮输出轴的中心线可以互相交错垂直，关节结构变成二级垂直交错摆动关节结构。二级平面摆动关节结构和二级垂直交错摆动关节结构可以作为多自由度机械手的子模块，快速构建多自由度的机械手结构。

附图说明

图1为本发明的主视图；

图2为本发明的俯视图；

图3为本发明的后视图；

图4为本发明的内部结构图；

图5为图4的A-A剖视图；

图6(A)为电机组件支撑板主视图，图6(B)为电机组件支撑板侧视图；

图7为图4的A-A反向剖视图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～7，一种水下电动机械手二级摆动关节结构，包括关节固定法兰9、电机组件支撑板13、蜗轮蜗杆箱体15及蜗轮输出轴28，关节固定法兰9、电机组件支撑板13和蜗轮蜗杆箱体15进行静密封连接。直流无刷伺服减速电机组件10通过螺钉固定到电机组件固定板11，它们再通过螺钉固定到电机组件支撑板13；蜗轮蜗杆箱体15设有蜗杆轴17、蜗轮27和蜗轮输出轴28，蜗轮输出轴28上套有旋转变压器转子39，旋转变压器定子35则嵌入到端盖35内与蜗轮蜗杆箱体15成为一体。直流无刷伺服减速电机组件10输出轴与蜗杆轴17通过弹性弹性联轴器12联接。蜗轮蜗杆箱体15和蜗轮输出轴28之间的动密封采用油封33和41。

蜗轮输出轴4或28上加上单向推力球轴承44可以承受较大的轴向力。

关节固定法兰9用于连接两级的蜗轮蜗杆箱体1和15，并对内部的直流无刷伺服减速电机组件10和24进行静密封。

关节固定法兰9、电机组件支撑板13和蜗轮蜗杆箱体15通过四方法兰连接，采用螺栓螺母紧固。

直流无刷伺服减速电机组件10输出轴与蜗杆轴17之间采用弹性弹性联轴器12联接。

轴向顶套14用于嵌入翻边滑动轴承16以支撑蜗杆轴17，也对电机组件支撑板13和蜗轮蜗杆箱体15进行径向定位。

蜗轮输出轴28上装有旋转变压器进行末端位置和速度的检测。

蜗轮输出轴28两端做成有“D型轴”进行动力传递。

增加关节固定法兰9的长度，可以使直流无刷伺服减速电机组件10和24中心线重合，此时，蜗轮输出轴4和28可以互相交错垂直，关节结构变成二级垂直交错摆动关节结构。

蜗轮输出轴28上安装有单向推力球轴承44，蜗轮输出轴28左端可以承受较大的轴向压力，因此，此结构可以作为机械手腰关节结构。

改变蜗轮输出轴28上单向推力球轴承14的支撑方式，将滑动轴承45和翻边滑动轴承34互换，蜗轮输出轴13左端可以承受较大的轴向拉力，因此，可以作为机械手肩关节结构。

本发明的工作原理为：

本发明驱动部件采用直流无刷伺服减速电机组件10。工作时，直流无刷伺服减速电机组件10上电，直流无刷伺服减速电机组件10的输出轴通过弹性联轴器12带动蜗杆轴17旋转；蜗杆轴17通过与蜗轮27啮合带动蜗轮输出轴28旋转，实现垂直换向和动力输出的功能。

关节机构工作时，旋转变压器转子39随着蜗轮输出轴28一起转动，与旋转变压器定子38形成相对运动，实现位置和速度的检测。此外，无刷伺服减速电机组件10后端带有霍尔传感器，可以实现多传感器检测。

实施方式一：

如图2所示，本发明外层包括腔体结构件和盖板结构件。其中腔体结构件包括箱体1，关节固定法兰9和箱体15；盖板结构包括电机支撑板6，电机支撑板13，端盖30，端盖35，端盖42和端盖43。

如图4所示，图中左右结构安装形式相同。关节固定法兰9、电机组件支撑板13和蜗轮蜗杆箱体15通过四方法兰用螺栓螺母固连。关节固定法兰9与电机组件支撑板13，电机组件支撑板13与蜗轮蜗杆箱体15之间有静密封圈25和静密封圈26。直流无刷伺服减速电机组件10通过螺钉连接到电机组件固定板11，电机组件固定板11通过螺钉连接到电机组件支撑板13。电机组件支撑板13上开有一个沉头孔和一个通孔。蜗杆两边通过翻边滑动轴承16和18支撑。翻边滑动轴承16嵌入到轴向顶套14内，翻边滑动轴承18嵌入到蜗轮蜗杆箱体15内。轴向顶套14轴向靠蜗轮蜗杆箱体15定位，轴向通过电机组件支撑板13上的沉头孔进行定位。直流无刷伺服减速电机组件10与蜗杆轴17之间采用弹性联轴器12联接。

如图5所示，端盖30与蜗轮蜗杆箱体15通过螺钉固连，并通过静密封圈31进行密封。蜗轮27通过键29与蜗轮输出轴28联接，轴套32起轴向定位蜗轮27的作用。蜗轮输出轴28两端通过翻边滑动轴承34和37支撑。翻边滑动轴承34嵌入到端盖30内，翻边滑动轴承37嵌入到蜗轮蜗杆箱体15内。端盖35与蜗轮蜗杆箱体15通过螺钉固连，并通过静密封圈36进行密封。蜗轮输出轴28一端安装有旋转变压器转子39，它们之间通过键40联接，旋转变压器定子38嵌入到端盖35内。蜗轮输出轴28与端盖30和35之间通过油封33和41进行动密封。蜗轮输出轴28输出两端做成“D”型轴形式，便于传递扭矩。

这种实施方式，可以使结构作为水下机械手动力输出轴受轴向力较小的关节。

实施方式二：

如图7所示，端盖30与蜗轮蜗杆箱体15通过螺钉固连，并通过密封圈31进行密封。蜗轮输出轴28的右边安装有旋转变压器转子39，它们之间通过键40联接，旋转变压器定子38嵌入到端盖35内。滑动轴承45嵌入到蜗轮蜗杆箱体15里，对蜗轮输出轴28右边进行径向定位，单向推力球轴承44嵌入到蜗轮蜗杆箱体15里，对蜗轮输出轴28右边进行轴向定位。蜗轮27通过键29与蜗轮输出轴28联接，轴套32起轴向定位蜗轮27的作用。蜗轮输出轴28左边通过翻边滑动轴承34支撑。翻边滑动轴承34嵌入到端盖30内。端盖30与蜗轮蜗杆箱体15通过螺钉固连，并通过密封圈31进行密封蜗轮输出轴28与端盖30之间通过旋转油封30进行动密封。

这种实施方式，可以使结构作为水下机械手动力输出轴受轴向力较大的场合，如作为机械手的腰关节。改变单向推力球轴承(44)的支撑方向，可以作为机械手肩关节。

实施方式三：

增加关节固定法兰9的长度，可以使直流无刷伺服减速电机组件10和24的中心线重合，此时，蜗轮输出轴4和28可以互相垂直，关节结构变成二级垂直交错摆动关节结构。

Claims (9)

1.水下电动机械手二级摆动关节结构，其特征是：包括箱体、蜗轮、蜗杆、蜗轮输出轴、电机、关节固定法兰、端盖，关节固定法兰和箱体相连，电机安装在关节固定法兰里，蜗轮、蜗杆安装在箱体里，蜗轮通过蜗杆连接电机，端盖有两个、分别固定在箱体的前后两侧，蜗轮输出轴与蜗轮相连并穿过前后两个端盖。

2.根据权利要求1所述的水下电动机械手二级摆动关节结构，其特征是：所述的由箱体、蜗轮、蜗杆、蜗轮输出轴、端盖组成的机构有两个，两个由箱体、蜗轮、蜗杆、蜗轮输出轴、端盖组成的机构安装在关节固定法兰的两侧，两个蜗杆各连接一个电机。

3.根据权利要求2所述的水下电动机械手二级摆动关节结构，其特征是：还包括旋转变压器，旋转变压器包括旋转变压器转子、旋转变压器定子，旋转变压器转子套在蜗轮输出轴上，旋转变压器定子嵌入到端盖内与蜗轮蜗杆箱体成为一体。

4.根据权利要求3所述的水下电动机械手二级摆动关节结构，其特征是：所述的关节固定法兰和箱体通过电机组件支撑板相连，关节固定法兰与电机组件支撑板之间安装静密封圈，电机组件支撑板与蜗轮蜗杆箱体之间安装静密封圈。

5.根据权利要求4所述的水下电动机械手二级摆动关节结构，其特征是：所述的两个电机通过各自的电机组件固定板固定在各自的电机组件支撑板上。

6.根据权利要求5所述的水下电动机械手二级摆动关节结构，其特征是：所述的两个电机的输出轴与蜗杆通过各自的弹性联轴器联接。

7.根据权利要求6所述的水下电动机械手二级摆动关节结构，其特征是：所述的箱体和蜗轮输出轴之间的动密封采用油封。

8.根据权利要求7所述的水下电动机械手二级摆动关节结构，其特征是：所述的蜗轮输出轴的两端为“D型轴”进行动力传递。

9.根据权利要求8所述的水下电动机械手二级摆动关节结构，其特征是：所述的两个电机的中心线重合。

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