專利名稱：水下電動(dòng)機(jī)械手二級(jí)擺動(dòng)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的是一種用于水下作業(yè)的機(jī)器人。
背景技術(shù)：
隨著人類對(duì)海洋開發(fā)和利用的深入，水下作業(yè)任務(wù)呈現(xiàn)出多樣化和復(fù)雜化，對(duì)水下機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和功能都提出了更高的要求。對(duì)于微小型作業(yè)水下機(jī)器人，需配置小型的水下電動(dòng)機(jī)械手，來(lái)滿足體積、重量和能源的要求。因此，研制結(jié)構(gòu)緊湊、低成本、模塊化的機(jī)械手，對(duì)微小型作業(yè)水下機(jī)器人完成多種成水下任務(wù)具有很大的實(shí)用價(jià)值。水下電動(dòng)機(jī)械手關(guān)節(jié)的自鎖性，對(duì)于機(jī)械手不管是處于收藏狀態(tài)還是作業(yè)狀態(tài)都有很重要的作用。目前，水下電動(dòng)機(jī)械手關(guān)節(jié)大多通過(guò)制動(dòng)器或外部其他機(jī)械裝置實(shí)現(xiàn)自鎖，增加了系統(tǒng)能源損耗或結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供結(jié)構(gòu)緊湊、具有機(jī)械自鎖、低成本和模塊化的水下電動(dòng)機(jī)械手二級(jí)擺動(dòng)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型水下電動(dòng)機(jī)械手二級(jí)擺動(dòng)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，其特征是包括箱體、蝸輪、蝸桿、 蝸輪輸出軸、電機(jī)、關(guān)節(jié)固定法蘭、端蓋，關(guān)節(jié)固定法蘭和箱體相連，電機(jī)安裝在關(guān)節(jié)固定法蘭里，蝸輪、蝸桿安裝在箱體里，蝸輪通過(guò)蝸桿連接電機(jī)，端蓋有兩個(gè)、分別固定在箱體的前后兩側(cè)，蝸輪輸出軸與蝸輪相連并穿過(guò)前后兩個(gè)端蓋。本實(shí)用新型還可以包括1、所述的由箱體、蝸輪、蝸桿、蝸輪輸出軸、端蓋組成的機(jī)構(gòu)有兩個(gè)，兩個(gè)由箱體、 蝸輪、蝸桿、蝸輪輸出軸、端蓋組成的機(jī)構(gòu)安裝在關(guān)節(jié)固定法蘭的兩側(cè)，兩個(gè)蝸桿各連接一個(gè)電機(jī)。2、還包括旋轉(zhuǎn)變壓器，旋轉(zhuǎn)變壓器包括旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子、旋轉(zhuǎn)變壓器定子，旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子套在蝸輪輸出軸上，旋轉(zhuǎn)變壓器定子嵌入到端蓋內(nèi)與蝸輪蝸桿箱體成為一體。3、所述的關(guān)節(jié)固定法蘭和箱體通過(guò)電機(jī)組件支撐板相連，關(guān)節(jié)固定法蘭與電機(jī)組件支撐板之間安裝靜密封圈，電機(jī)組件支撐板與蝸輪蝸桿箱體之間安裝靜密封圈。4、所述的兩個(gè)電機(jī)通過(guò)各自的電機(jī)組件固定板固定在各自的電機(jī)組件支撐板上。5、所述的兩個(gè)電機(jī)的輸出軸與蝸桿通過(guò)各自的彈性聯(lián)軸器聯(lián)接。6、所述的箱體和蝸輪輸出軸之間的動(dòng)密封采用油封。7、所述的蝸輪輸出軸的兩端為“D型軸”進(jìn)行動(dòng)力傳遞。8、所述的兩個(gè)電機(jī)的中心線重合。本實(shí)用新型的優(yōu)勢(shì)在于1、機(jī)械自鎖蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一方面具有大的傳動(dòng)比，起到增力的作用；另一方面可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械自鎖，不需要電機(jī)配置制動(dòng)器或?qū)ｉT的鎖定裝置。[0018]2、成本低采用外筒承壓，降低了電機(jī)和傳感器的承壓能力，選用滿足要求的一般電機(jī)和傳感器即可。電機(jī)、減速器和旋轉(zhuǎn)變壓器都可以直接買到，滑動(dòng)軸承按標(biāo)準(zhǔn)選用，蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)采用標(biāo)準(zhǔn)的模數(shù)和中心距，便于加工。3、結(jié)構(gòu)緊湊直流無(wú)刷伺服電機(jī)和行星齒輪減速器為一體結(jié)構(gòu)。蝸輪和旋轉(zhuǎn)變壓器安裝于同一根軸上，避免使用彈性聯(lián)軸器增加軸向尺寸。4、安裝容易本實(shí)用新型的行星齒輪減速電機(jī)和蝸桿軸采用彈性聯(lián)軸器聯(lián)接，便于安裝，也減小了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)電機(jī)組件的沖擊。5、模塊化前后兩級(jí)采用相同的驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)和安裝形式，可以根據(jù)受力情況確定不同尺寸的電機(jī)和傳動(dòng)組件。二級(jí)關(guān)節(jié)本身也可以作為多自由度機(jī)械手的子模塊，快速構(gòu)建多自由度的機(jī)械手結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)采用外部走線可以便于實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)的模塊化。6、形式多樣增加關(guān)節(jié)固定法蘭的長(zhǎng)度，可以使直流無(wú)刷伺服減速電機(jī)組件的中心線重合。此時(shí)，兩個(gè)蝸輪輸出軸的中心線可以互相交錯(cuò)垂直，關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)變成二級(jí)垂直交錯(cuò)擺動(dòng)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)。二級(jí)平面擺動(dòng)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)和二級(jí)垂直交錯(cuò)擺動(dòng)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)可以作為多自由度機(jī)械手的子模塊，快速構(gòu)建多自由度的機(jī)械手結(jié)構(gòu)。

圖1為本實(shí)用新型的主視圖；圖2為本實(shí)用新型的俯視圖；圖3為本實(shí)用新型的后視圖；圖4為本實(shí)用新型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；圖5為圖4的A-A剖視圖；圖6(A)為電機(jī)組件支撐板主視圖，圖6(B)為電機(jī)組件支撐板側(cè)視圖；圖7為圖4的A-A反向剖視圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖舉例對(duì)本實(shí)用新型做更詳細(xì)地描述結(jié)合圖1 7，一種水下電動(dòng)機(jī)械手二級(jí)擺動(dòng)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，包括關(guān)節(jié)固定法蘭9、電機(jī)組件支撐板13、蝸輪蝸桿箱體15及蝸輪輸出軸觀，關(guān)節(jié)固定法蘭9、電機(jī)組件支撐板13和蝸輪蝸桿箱體15進(jìn)行靜密封連接。直流無(wú)刷伺服減速電機(jī)組件10通過(guò)螺釘固定到電機(jī)組件固定板11，它們?cè)偻ㄟ^(guò)螺釘固定到電機(jī)組件支撐板13 ；蝸輪蝸桿箱體15設(shè)有蝸桿軸17、 蝸輪27和蝸輪輸出軸觀，蝸輪輸出軸28上套有旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子39，旋轉(zhuǎn)變壓器定子35則嵌入到端蓋35內(nèi)與蝸輪蝸桿箱體15成為一體。直流無(wú)刷伺服減速電機(jī)組件10輸出軸與蝸桿軸17通過(guò)彈性彈性聯(lián)軸器12聯(lián)接。蝸輪蝸桿箱體15和蝸輪輸出軸觀之間的動(dòng)密封采用油封33和41。蝸輪輸出軸4或觀上加上單向推力球軸承44可以承受較大的軸向力。關(guān)節(jié)固定法蘭9用于連接兩級(jí)的蝸輪蝸桿箱體1和15，并對(duì)內(nèi)部的直流無(wú)刷伺服減速電機(jī)組件10和M進(jìn)行靜密封。關(guān)節(jié)固定法蘭9、電機(jī)組件支撐板13和蝸輪蝸桿箱體15通過(guò)四方法蘭連接，采用螺栓螺母緊固。[0035]直流無(wú)刷伺服減速電機(jī)組件10輸出軸與蝸桿軸17之間采用彈性彈性聯(lián)軸器12聯(lián)接。軸向頂套14用于嵌入翻邊滑動(dòng)軸承16以支撐蝸桿軸17，也對(duì)電機(jī)組件支撐板13 和蝸輪蝸桿箱體15進(jìn)行徑向定位。蝸輪輸出軸28上裝有旋轉(zhuǎn)變壓器進(jìn)行末端位置和速度的檢測(cè)。蝸輪輸出軸28兩端做成有“D型軸”進(jìn)行動(dòng)力傳遞。增加關(guān)節(jié)固定法蘭9的長(zhǎng)度，可以使直流無(wú)刷伺服減速電機(jī)組件10和24中心線重合，此時(shí)，蝸輪輸出軸4和28可以互相交錯(cuò)垂直，關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)變成二級(jí)垂直交錯(cuò)擺動(dòng)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)。蝸輪輸出軸28上安裝有單向推力球軸承44，蝸輪輸出軸28左端可以承受較大的軸向壓力，因此，此結(jié)構(gòu)可以作為機(jī)械手腰關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)。改變蝸輪輸出軸28上單向推力球軸承14的支撐方式，將滑動(dòng)軸承45和翻邊滑動(dòng)軸承34互換，蝸輪輸出軸13左端可以承受較大的軸向拉力，因此，可以作為機(jī)械手肩關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型的工作原理為本實(shí)用新型驅(qū)動(dòng)部件采用直流無(wú)刷伺服減速電機(jī)組件10。工作時(shí)，直流無(wú)刷伺服減速電機(jī)組件10上電，直流無(wú)刷伺服減速電機(jī)組件10的輸出軸通過(guò)彈性聯(lián)軸器12帶動(dòng)蝸桿軸17旋轉(zhuǎn)；蝸桿軸17通過(guò)與蝸輪27嚙合帶動(dòng)蝸輪輸出軸28旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)垂直換向和動(dòng)力輸出的功能。關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)工作時(shí)，旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子39隨著蝸輪輸出軸28 —起轉(zhuǎn)動(dòng)，與旋轉(zhuǎn)變壓器定子38形成相對(duì)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)位置和速度的檢測(cè)。此外，無(wú)刷伺服減速電機(jī)組件10后端帶有霍爾傳感器，可以實(shí)現(xiàn)多傳感器檢測(cè)。實(shí)施方式一如圖2所示，本實(shí)用新型外層包括腔體結(jié)構(gòu)件和蓋板結(jié)構(gòu)件。其中腔體結(jié)構(gòu)件包括箱體1，關(guān)節(jié)固定法蘭9和箱體15 ；蓋板結(jié)構(gòu)包括電機(jī)支撐板6，電機(jī)支撐板13，端蓋30， 端蓋35，端蓋42和端蓋43。如圖4所示，圖中左右結(jié)構(gòu)安裝形式相同。關(guān)節(jié)固定法蘭9、電機(jī)組件支撐板13和蝸輪蝸桿箱體15通過(guò)四方法蘭用螺栓螺母固連。關(guān)節(jié)固定法蘭9與電機(jī)組件支撐板13， 電機(jī)組件支撐板13與蝸輪蝸桿箱體15之間有靜密封圈25和靜密封圈26。直流無(wú)刷伺服減速電機(jī)組件10通過(guò)螺釘連接到電機(jī)組件固定板11，電機(jī)組件固定板11通過(guò)螺釘連接到電機(jī)組件支撐板13。電機(jī)組件支撐板13上開有一個(gè)沉頭孔和一個(gè)通孔。蝸桿兩邊通過(guò)翻邊滑動(dòng)軸承16和18支撐。翻邊滑動(dòng)軸承16嵌入到軸向頂套14內(nèi)，翻邊滑動(dòng)軸承18嵌入到蝸輪蝸桿箱體15內(nèi)。軸向頂套14軸向靠蝸輪蝸桿箱體15定位，軸向通過(guò)電機(jī)組件支撐板13上的沉頭孔進(jìn)行定位。直流無(wú)刷伺服減速電機(jī)組件10與蝸桿軸17之間采用彈性聯(lián)軸器12聯(lián)接。如圖5所示，端蓋30與蝸輪蝸桿箱體15通過(guò)螺釘固連，并通過(guò)靜密封圈31進(jìn)行密封。蝸輪27通過(guò)鍵29與蝸輪輸出軸28聯(lián)接，軸套32起軸向定位蝸輪27的作用。蝸輪輸出軸28兩端通過(guò)翻邊滑動(dòng)軸承34和37支撐。翻邊滑動(dòng)軸承34嵌入到端蓋30內(nèi)，翻邊滑動(dòng)軸承37嵌入到蝸輪蝸桿箱體15內(nèi)。端蓋35與蝸輪蝸桿箱體15通過(guò)螺釘固連，并通過(guò)靜密封圈36進(jìn)行密封。蝸輪輸出軸觀一端安裝有旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子39，它們之間通過(guò)鍵 40聯(lián)接，旋轉(zhuǎn)變壓器定子38嵌入到端蓋35內(nèi)。蝸輪輸出軸28與端蓋30和35之間通過(guò)油封33和41進(jìn)行動(dòng)密封。蝸輪輸出軸觀輸出兩端做成“D”型軸形式，便于傳遞扭矩。這種實(shí)施方式，可以使結(jié)構(gòu)作為水下機(jī)械手動(dòng)力輸出軸受軸向力較小的關(guān)節(jié)。實(shí)施方式二 如圖7所示，端蓋30與蝸輪蝸桿箱體15通過(guò)螺釘固連，并通過(guò)密封圈31進(jìn)行密封。蝸輪輸出軸觀的右邊安裝有旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子39，它們之間通過(guò)鍵40聯(lián)接，旋轉(zhuǎn)變壓器定子38嵌入到端蓋35內(nèi)?；瑒?dòng)軸承45嵌入到蝸輪蝸桿箱體15里，對(duì)蝸輪輸出軸28右邊進(jìn)行徑向定位，單向推力球軸承44嵌入到蝸輪蝸桿箱體15里，對(duì)蝸輪輸出軸觀右邊進(jìn)行軸向定位。蝸輪27通過(guò)鍵四與蝸輪輸出軸觀聯(lián)接，軸套32起軸向定位蝸輪27的作用。 蝸輪輸出軸28左邊通過(guò)翻邊滑動(dòng)軸承34支撐。翻邊滑動(dòng)軸承34嵌入到端蓋30內(nèi)。端蓋 30與蝸輪蝸桿箱體15通過(guò)螺釘固連，并通過(guò)密封圈31進(jìn)行密封蝸輪輸出軸28與端蓋30 之間通過(guò)旋轉(zhuǎn)油封30進(jìn)行動(dòng)密封。這種實(shí)施方式，可以使結(jié)構(gòu)作為水下機(jī)械手動(dòng)力輸出軸受軸向力較大的場(chǎng)合，如作為機(jī)械手的腰關(guān)節(jié)。改變單向推力球軸承G4)的支撐方向，可以作為機(jī)械手肩關(guān)節(jié)。實(shí)施方式三增加關(guān)節(jié)固定法蘭9的長(zhǎng)度，可以使直流無(wú)刷伺服減速電機(jī)組件10和M的中心線重合，此時(shí)，蝸輪輸出軸4和觀可以互相垂直，關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)變成二級(jí)垂直交錯(cuò)擺動(dòng)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求1.水下電動(dòng)機(jī)械手二級(jí)擺動(dòng)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，其特征是包括箱體、蝸輪、蝸桿、蝸輪輸出軸、 電機(jī)、關(guān)節(jié)固定法蘭、端蓋，關(guān)節(jié)固定法蘭和箱體相連，電機(jī)安裝在關(guān)節(jié)固定法蘭里，蝸輪、 蝸桿安裝在箱體里，蝸輪通過(guò)蝸桿連接電機(jī)，端蓋有兩個(gè)、分別固定在箱體的前后兩側(cè)，蝸輪輸出軸與蝸輪相連并穿過(guò)前后兩個(gè)端蓋。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下電動(dòng)機(jī)械手二級(jí)擺動(dòng)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，其特征是所述的由箱體、蝸輪、蝸桿、蝸輪輸出軸、端蓋組成的機(jī)構(gòu)有兩個(gè)，兩個(gè)由箱體、蝸輪、蝸桿、蝸輪輸出軸、 端蓋組成的機(jī)構(gòu)安裝在關(guān)節(jié)固定法蘭的兩側(cè)，兩個(gè)蝸桿各連接一個(gè)電機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水下電動(dòng)機(jī)械手二級(jí)擺動(dòng)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，其特征是還包括旋轉(zhuǎn)變壓器，旋轉(zhuǎn)變壓器包括旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子、旋轉(zhuǎn)變壓器定子，旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子套在蝸輪輸出軸上，旋轉(zhuǎn)變壓器定子嵌入到端蓋內(nèi)與蝸輪蝸桿箱體成為一體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水下電動(dòng)機(jī)械手二級(jí)擺動(dòng)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，其特征是所述的關(guān)節(jié)固定法蘭和箱體通過(guò)電機(jī)組件支撐板相連，關(guān)節(jié)固定法蘭與電機(jī)組件支撐板之間安裝靜密封圈，電機(jī)組件支撐板與蝸輪蝸桿箱體之間安裝靜密封圈。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水下電動(dòng)機(jī)械手二級(jí)擺動(dòng)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，其特征是所述的兩個(gè)電機(jī)通過(guò)各自的電機(jī)組件固定板固定在各自的電機(jī)組件支撐板上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水下電動(dòng)機(jī)械手二級(jí)擺動(dòng)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，其特征是所述的兩個(gè)電機(jī)的輸出軸與蝸桿通過(guò)各自的彈性聯(lián)軸器聯(lián)接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的水下電動(dòng)機(jī)械手二級(jí)擺動(dòng)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，其特征是所述的箱體和蝸輪輸出軸之間的動(dòng)密封采用油封。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的水下電動(dòng)機(jī)械手二級(jí)擺動(dòng)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，其特征是所述的蝸輪輸出軸的兩端為“D型軸”進(jìn)行動(dòng)力傳遞。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的水下電動(dòng)機(jī)械手二級(jí)擺動(dòng)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，其特征是所述的兩個(gè)電機(jī)的中心線重合。
專利摘要本實(shí)用新型的目的在于提供水下電動(dòng)機(jī)械手二級(jí)擺動(dòng)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，包括箱體、蝸輪、蝸桿、蝸輪輸出軸、電機(jī)、關(guān)節(jié)固定法蘭、端蓋，關(guān)節(jié)固定法蘭和箱體相連，電機(jī)安裝在關(guān)節(jié)固定法蘭里，蝸輪、蝸桿安裝在箱體里，蝸輪通過(guò)蝸桿連接電機(jī)，端蓋有兩個(gè)、分別固定在箱體的前后兩側(cè)，蝸輪輸出軸與蝸輪相連并穿過(guò)前后兩個(gè)端蓋。本實(shí)用新型明結(jié)構(gòu)緊湊、安裝容易、形式多樣、成本低廉，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械自鎖。
文檔編號(hào)B25J17/00GK202129800SQ201120215198
公開日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2011年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月23日
發(fā)明者張銘鈞, 彭生全, 徐建安, 殷寶吉, 王玉甲, 褚振忠, 趙文德 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)