小型水下液壓機械手二級驅(qū)動關(guān)節(jié)的制作方法
【專利摘要】本實用新型的目的在于提供小型水下液壓機械手二級驅(qū)動關(guān)節(jié)，包括第一級直線運動的手爪驅(qū)動液壓缸組件、第二級關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動組件、位置檢測組件，第一級液壓缸組件的后端與第二級腕關(guān)節(jié)的前端通過螺釘連接，組件內(nèi)部的油路通過O型密封圈密封，位置檢測組件與第二級腕關(guān)節(jié)的后端支撐軸過盈配合；通過二級關(guān)節(jié)機構(gòu)中部的進/出油口的液壓油驅(qū)動腕關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)運動并帶動第一級手爪液壓缸組件一起轉(zhuǎn)動，二級關(guān)節(jié)尾部的進/出油口的液壓油通過組件內(nèi)部油路驅(qū)動第一級手爪液壓缸直線運動，為手爪提供驅(qū)動力矩。本實用新型避免了傳統(tǒng)液壓缸前后進出油口形式在第一級液壓缸跟隨腕關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動時，與進出油口連接的液壓連接頭同安裝外筒的干涉。
【專利說明】小型水下液壓機械手二級驅(qū)動關(guān)節(jié)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及的是一種水下機器人。

【背景技術(shù)】
[0002]水下機器人是現(xiàn)代海洋環(huán)境監(jiān)測及資源開發(fā)的重要工具；隨著其工作范圍，作業(yè)要求的不斷提高，對其作業(yè)工具也提出了更高的要求。目前自治式水下機器人(AUV)由于其隱蔽性好、使用環(huán)境廣泛等優(yōu)點，成為研宄的熱點，但由于體積、重量以及能源等限制，適用于AUV的作業(yè)機械手很少；特別是搭載于AUV上驅(qū)動能力較強的小型化液壓機械手尤其少見。
[0003]目前，國內(nèi)關(guān)于水下機械手二級驅(qū)動關(guān)節(jié)或者機械手回轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的專利大多安裝于水下電動機械手；如專利申請?zhí)枮?00610046218.6、名稱為“一種水下電動機械手旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)”，通過力矩電機、制動器、諧波減速器及旋轉(zhuǎn)編碼器產(chǎn)生回轉(zhuǎn)運動和反饋位置信號，但其體積較大，屬于單級轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，電機驅(qū)動與液壓驅(qū)動相比，驅(qū)動力矩相對較?。蝗缟暾?zhí)?01110127095.X、名稱為“小型電動機械手二級回轉(zhuǎn)機構(gòu)”，兩級回轉(zhuǎn)機構(gòu)集成，結(jié)構(gòu)相對緊湊，但也屬于電機驅(qū)動，與液壓驅(qū)動相比，驅(qū)動力矩相對較小，而且為集成位置檢測裝置。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型的目的在于提供便于實現(xiàn)自動控制的小型水下液壓機械手二級驅(qū)動
-U.-K-
夫.ρ。
[0005]本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0006]本實用新型小型水下液壓機械手二級驅(qū)動關(guān)節(jié)，其特征是:包括手爪連接件、活塞、缸筒前端蓋、外缸筒、安裝外筒、腕關(guān)節(jié)外殼、驅(qū)動定子、驅(qū)動轉(zhuǎn)子、手腕外殼、關(guān)節(jié)后端蓋，液壓缸端蓋固定于缸筒前端蓋組成手爪液壓缸端蓋，外缸筒安裝在手爪液壓缸端蓋外部，安裝外筒安裝在外缸筒外部，活塞后部位于外缸筒里，活塞前部位于缸筒前端蓋里，活塞中部設(shè)置凸起，凸起與外缸筒之間通過活塞導(dǎo)向環(huán)和格萊圈實現(xiàn)活塞與外缸筒之間的導(dǎo)向以及動密封，手爪連接件設(shè)置內(nèi)孔，活塞的前端部安裝在手爪連接件的內(nèi)孔里，外缸筒尾部與驅(qū)動轉(zhuǎn)軸固連，安裝外筒尾部與腕關(guān)節(jié)外殼固連，腕關(guān)節(jié)外殼與手腕外殼相連，驅(qū)動轉(zhuǎn)軸一部分位于腕關(guān)節(jié)外殼里，驅(qū)動轉(zhuǎn)軸其它部分位于手腕外殼里，手腕外殼與關(guān)節(jié)后端蓋相連，驅(qū)動定子和驅(qū)動轉(zhuǎn)子均位于腕關(guān)節(jié)外殼里，驅(qū)動定子與腕關(guān)節(jié)外殼固定，驅(qū)動轉(zhuǎn)子與驅(qū)動轉(zhuǎn)軸相固定，腕關(guān)節(jié)外殼上設(shè)置控制驅(qū)動轉(zhuǎn)子和驅(qū)動定子之間順時針和逆時針相對旋轉(zhuǎn)的第一 NPT螺紋孔和第二 NPT螺紋孔，驅(qū)動轉(zhuǎn)子的一端與驅(qū)動定子的第一端接觸時，兩者之間存在與第一 NPT螺紋孔相通的縫隙，驅(qū)動轉(zhuǎn)子的第二端與驅(qū)動定子的第二端接觸時，兩者之間存在與第二 NPT螺紋孔相通的縫隙，手腕外殼上設(shè)置控制活塞前后移動的第三NPT螺紋孔和第四NPT螺紋孔，驅(qū)動轉(zhuǎn)軸里設(shè)置第一通道和第二通道，外缸筒里設(shè)置第三通道和第四通道，活塞的凸起將活塞的前后兩側(cè)與外缸筒之間分別形成第五通道和第六通道，外缸筒里設(shè)置第七通道，第三NPT螺紋孔、第一通道、第三通道、第七通道、第五通道依次相連通，第四NPT螺紋孔、第二通道、第四通道、第六通道依次相連通。
[0007]本實用新型還可以包括:
[0008]1、還包括角度傳感器，腕關(guān)節(jié)外殼的尾端連接支撐軸，角度傳感器安裝在支撐軸上。
[0009]2、外缸筒與缸筒前端蓋之間采用O型密封圈徑向靜密封，安裝外筒和外缸筒之間安裝滑動軸承，外缸筒與滑動軸承過盈配合安裝，腕關(guān)節(jié)外殼和驅(qū)動轉(zhuǎn)軸之間安裝滾動軸承，滾動軸承和腕關(guān)節(jié)外殼過盈配合安裝，驅(qū)動轉(zhuǎn)軸和手腕外殼之間安裝滑動軸承，滑動軸承和手腕外殼過盈配合安裝。
[0010]本實用新型的優(yōu)勢在于:
[0011]1、將回轉(zhuǎn)機構(gòu)與直線運動機構(gòu)集成于一體，使機械臂結(jié)構(gòu)緊湊、體積重量與驅(qū)動力比值小，最優(yōu)化的液壓驅(qū)動機械臂結(jié)構(gòu)，為小型化機械手腕關(guān)節(jié)及手爪提供一種理想結(jié)構(gòu)；
[0012]2、關(guān)節(jié)內(nèi)部集成位置檢測裝置，利用位置檢測裝置采集水下機械手關(guān)節(jié)作業(yè)的角度、角加速度信號，并將其傳遞回機械手控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)水下機械手閉環(huán)反饋控制；
[0013]3、將第一級手爪液壓缸進出油路通過缸體、驅(qū)動轉(zhuǎn)軸以及手腕外殼內(nèi)部油路的巧妙布置組合，實現(xiàn)將手爪液壓缸進出油口后置于關(guān)節(jié)尾部，避免如傳統(tǒng)液壓缸前后進出油口形式在第一級液壓缸跟隨腕關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動時，與進出油口連接的液壓連接頭同安裝外筒的干涉。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為小型水下液壓機械手二級驅(qū)動關(guān)節(jié)的整體剖面圖；
[0015]圖2為小型水下液壓機械手二級驅(qū)動關(guān)節(jié)的A-A剖面圖；
[0016]圖3為小型水下液壓機械手二級驅(qū)動關(guān)節(jié)的液壓驅(qū)動部分整體剖面圖；
[0017]圖4為小型水下液壓機械手二級驅(qū)動關(guān)節(jié)的液壓驅(qū)動部分三維外形圖；
[0018]圖5為第一級手爪液壓缸活塞向后運動時，油路走向圖；
[0019]圖6為第一級手爪液壓缸活塞向前運動時，油路走向圖；
[0020]圖7為小型水下液壓機械手二級驅(qū)動關(guān)節(jié)的整體外形圖。

【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖舉例對本實用新型做更詳細地描述:
[0022]結(jié)合圖1?7，本實用新型目的是這樣實現(xiàn)的:二級驅(qū)動關(guān)節(jié)包括第一級直線運動的手爪驅(qū)動液壓缸組件、第二級關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動組件、位置檢測組件，第一級液壓缸組件的后端與第二級腕關(guān)節(jié)的前端通過螺釘連接，組件內(nèi)部的油路通過O型密封圈密封，位置檢測組件與第二級腕關(guān)節(jié)的后端支撐軸過盈配合；通過二級關(guān)節(jié)機構(gòu)中部的進/出油口的液壓油驅(qū)動腕關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)運動并帶動第一級手爪液壓缸組件一起轉(zhuǎn)動，二級關(guān)節(jié)尾部的進/出油口的液壓油通過組件內(nèi)部油路驅(qū)動第一級手爪液壓缸直線運動，為手爪提供驅(qū)動力矩。
[0023]第一級手爪驅(qū)動液壓缸組件通過兩個滑動軸承安裝在二級關(guān)節(jié)前部的安裝外筒上，并通過安裝外筒與第二級腕關(guān)節(jié)外殼螺釘連接；第一級液壓缸尾部與第二級腕關(guān)節(jié)的驅(qū)動轉(zhuǎn)軸連接，將第一級液壓缸的油路與驅(qū)動轉(zhuǎn)軸內(nèi)部油路配合用O型密封圈防止兩個油路之間相互泄漏，通過驅(qū)動轉(zhuǎn)軸內(nèi)部油路實現(xiàn)將第一級液壓缸進出油口后置到關(guān)節(jié)尾部，避免腕關(guān)節(jié)帶動第一級液壓缸轉(zhuǎn)動時油路安裝不便。
[0024]第二級腕關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動由液壓驅(qū)動部分、密封件、安裝在腕關(guān)節(jié)外殼上的驅(qū)動定子以及手腕外殼組成。驅(qū)動轉(zhuǎn)子固定安裝于驅(qū)動轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)子與定子之間發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子帶動驅(qū)動轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生腕關(guān)節(jié)的回轉(zhuǎn)運動，通過格萊圈和O型密封圈等密封件實現(xiàn)第二級腕關(guān)節(jié)的動密封和靜密封；手腕外殼上的進出油口通過驅(qū)動轉(zhuǎn)軸內(nèi)部油路為第一級手爪液壓缸提供驅(qū)動液壓油。
[0025]支撐軸與第二級腕關(guān)節(jié)驅(qū)動轉(zhuǎn)軸螺紋連接，并采用螺紋密封膠密封；支撐軸上設(shè)置關(guān)節(jié)角度傳感器，傳感器與支撐軸過盈配合，并通過半圓形安裝卡環(huán)安裝固定，關(guān)節(jié)后端蓋與手腕外殼通過螺釘連接、O型密封圈密封，形成密閉的傳感器空間，角度傳感器信號輸出線通過連接在關(guān)節(jié)后端蓋上的水密接插件內(nèi)部走線。
[0026]本實用新型包括的部件有:手爪連接件1、液壓缸端蓋2、密封端蓋3、O型密封圈4、格萊圈5、缸筒前端蓋6、安裝前端蓋7、旋轉(zhuǎn)油封8、安裝外筒9、滑動軸承A10、滾動軸承11、腕關(guān)節(jié)外殼12、驅(qū)動轉(zhuǎn)軸13、密封組件14、驅(qū)動定子15、轉(zhuǎn)子右端蓋16、滑動軸承17、手腕外殼18、安裝支撐件19、安裝卡環(huán)20、關(guān)節(jié)后端蓋21、角度傳感器22、支撐軸23、手腕油路密封格萊圈24、轉(zhuǎn)子密封格萊圈25、驅(qū)動轉(zhuǎn)子26、轉(zhuǎn)子墊片27、外缸筒28、活塞導(dǎo)向環(huán)29、活塞30、活塞桿導(dǎo)向環(huán)31。
[0027]如圖1所示，本實用新型闡述一種小型化水下液壓機械手二級驅(qū)動關(guān)節(jié)，主要是由第一級直線運動、第二級關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動、位置檢測裝置組成。第一級直線運動的手爪驅(qū)動液壓缸組件主要提供手爪末端執(zhí)行器直線驅(qū)動力矩，手爪連接件I內(nèi)孔與手爪末端執(zhí)行器連接，與活塞30頭部螺紋連接；活塞桿導(dǎo)向環(huán)31、格萊圈5安裝在缸筒前端蓋6內(nèi)部并通過密封端蓋3固定，活塞桿導(dǎo)向環(huán)31、格萊圈5分別用于活塞30導(dǎo)向以及其直線動密封，液壓缸端蓋2通過螺釘安裝于缸筒前端蓋6組成手爪液壓缸端蓋部分；液壓缸端蓋部分與外缸筒28螺紋連接，外缸筒28與缸筒前端蓋6之間采用O型密封圈4徑向靜密封；液壓油驅(qū)動活塞30在外缸筒28內(nèi)部移動提供手爪驅(qū)動力矩，通過格萊圈密封液壓缸有桿腔和無桿腔，前后兩個活塞導(dǎo)向環(huán)29用以驅(qū)動導(dǎo)向；外缸筒28尾部與第二級腕關(guān)節(jié)的驅(qū)動轉(zhuǎn)軸13用螺釘連接，并用O型密封圈端面密封液壓缸油路；外缸筒28通過兩個滑動軸承AlO和腕關(guān)節(jié)滾動軸承11支撐定位，滑動軸承AlO與安裝外筒9過盈配合；動密封處利用旋轉(zhuǎn)油封8，靜密封采用O型密封圈端面密封，安裝前端蓋7通過螺釘與安裝外筒9連接，安裝外筒9尾部通過一組螺釘與第二級腕關(guān)節(jié)外殼12緊密固定。
[0028]如圖1、圖2和圖3所示，液壓驅(qū)動部分與安裝在腕關(guān)節(jié)外殼12上的驅(qū)動定子15在液壓油作用下相對回轉(zhuǎn)運動，其自身通過滾動軸承11與滑動軸承17安裝在腕關(guān)節(jié)外殼12和手腕外殼18上，并且滾動軸承11與滑動軸承17分別與腕關(guān)節(jié)外殼12和手腕外殼18過盈配合安裝，腕關(guān)節(jié)外殼12與手腕外殼18之間通過一組螺釘緊密連接；液壓驅(qū)動部分與手腕外殼18之間通過一組O型密封圈以及手腕油路密封格萊圈24進行密封，用以防止手爪液壓缸兩個油路之間相互泄漏以及將液壓油泄漏到角度傳感器部分和腕關(guān)節(jié)外殼12內(nèi)部；手腕外殼18上的B點兩個NPT螺紋孔(圖2所示)用以安裝螺紋連接頭與外部液壓油管相連接；液壓驅(qū)動部分為第二級腕關(guān)節(jié)提供回轉(zhuǎn)力矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子26兩端面涂抹密封膠后通過螺釘和定位銷安裝于驅(qū)動轉(zhuǎn)軸13上，轉(zhuǎn)子右端蓋16配合O型密封圈之后通過鎖緊螺釘緊密連接驅(qū)動轉(zhuǎn)子26，并與驅(qū)動轉(zhuǎn)軸13、驅(qū)動轉(zhuǎn)子26裝配組成轉(zhuǎn)子組件(如圖3所示)；轉(zhuǎn)子組件通過轉(zhuǎn)子密封格萊圈25實現(xiàn)徑向動密封，防止液壓油外泄漏；密封組件14由丁腈橡膠圈和方形PTFE (聚四氟乙烯)密封環(huán)組成，用以解決驅(qū)動轉(zhuǎn)子26、驅(qū)動定子15分別與腕關(guān)節(jié)外殼12、驅(qū)動轉(zhuǎn)軸13之間產(chǎn)生相對運動的圓弧表面動密封問題(如圖2所示)?’支撐軸23與驅(qū)動轉(zhuǎn)軸13螺紋連接，并且在螺紋連接處涂上螺紋密封膠密封。
[0029]如圖1所示，角度傳感器22采集腕關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動的角度、角加速度信號，并將其傳遞回機械手控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)水下機械手閉環(huán)反饋控制；角度傳感器22與液壓驅(qū)動部分的支撐軸23過盈配合，并且通過兩個半圓形安裝卡環(huán)20夾緊，通過一組螺釘將安裝卡環(huán)20和安裝支撐件19與手腕外殼18緊密連接；關(guān)節(jié)后端蓋21通過螺釘與手腕外殼18連接，并用O型密封圈密封；傳感器信號線將通過與關(guān)節(jié)后端蓋21連接水密頭與外部連接。
[0030]這種實施方式的工作原理為:
[0031]第二級關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動原理是液壓油通過手腕外殼18與B點NPT螺紋孔(圖2所示腕關(guān)節(jié)進出油口)連接螺紋連接頭進入工作腔作用于驅(qū)動轉(zhuǎn)子26，并帶動由驅(qū)動轉(zhuǎn)軸13、轉(zhuǎn)子右端蓋16、驅(qū)動轉(zhuǎn)子26組成的液壓驅(qū)動部分與驅(qū)動定子15之間產(chǎn)生相對運動，并且由于第一級手爪液壓缸的外缸筒28尾部與驅(qū)動轉(zhuǎn)軸13之間連接固定，所以第一級手爪液壓缸會跟隨第二級腕關(guān)節(jié)一起轉(zhuǎn)動；第一級直線運動的手爪液壓缸驅(qū)動液壓油會從A、B進/出油口通過驅(qū)動轉(zhuǎn)軸13以及外缸筒28內(nèi)部油路(如圖4箭頭所示油路)作用于活塞30端面，活塞30在活塞導(dǎo)向環(huán)29、活塞桿導(dǎo)向環(huán)31導(dǎo)向下直線運動，通過與活塞30連接的手爪連接件I作用于手爪末端執(zhí)行器上；本實用新型動密封部分采用格萊圈5以及旋轉(zhuǎn)油封8，靜密封部分采用傳統(tǒng)的O型密封圈4。
【權(quán)利要求】
1.小型水下液壓機械手二級驅(qū)動關(guān)節(jié)，其特征是:包括手爪連接件、活塞、缸筒前端蓋、外缸筒、安裝外筒、腕關(guān)節(jié)外殼、驅(qū)動定子、驅(qū)動轉(zhuǎn)子、手腕外殼、關(guān)節(jié)后端蓋，液壓缸端蓋固定于缸筒前端蓋組成手爪液壓缸端蓋，外缸筒安裝在手爪液壓缸端蓋外部，安裝外筒安裝在外缸筒外部，活塞后部位于外缸筒里，活塞前部位于缸筒前端蓋里，活塞中部設(shè)置凸起，凸起與外缸筒之間通過活塞導(dǎo)向環(huán)和格萊圈實現(xiàn)活塞與外缸筒之間的導(dǎo)向以及動密封，手爪連接件設(shè)置內(nèi)孔，活塞的前端部安裝在手爪連接件的內(nèi)孔里，外缸筒尾部與驅(qū)動轉(zhuǎn)軸固連，安裝外筒尾部與腕關(guān)節(jié)外殼固連，腕關(guān)節(jié)外殼與手腕外殼相連，驅(qū)動轉(zhuǎn)軸一部分位于腕關(guān)節(jié)外殼里，驅(qū)動轉(zhuǎn)軸其它部分位于手腕外殼里，手腕外殼與關(guān)節(jié)后端蓋相連，驅(qū)動定子和驅(qū)動轉(zhuǎn)子均位于腕關(guān)節(jié)外殼里，驅(qū)動定子與腕關(guān)節(jié)外殼固定，驅(qū)動轉(zhuǎn)子與驅(qū)動轉(zhuǎn)軸相固定，腕關(guān)節(jié)外殼上設(shè)置控制驅(qū)動轉(zhuǎn)子和驅(qū)動定子之間順時針和逆時針相對旋轉(zhuǎn)的第一NPT螺紋孔和第二 NPT螺紋孔，驅(qū)動轉(zhuǎn)子的一端與驅(qū)動定子的第一端接觸時，兩者之間存在與第一 NPT螺紋孔相通的縫隙，驅(qū)動轉(zhuǎn)子的第二端與驅(qū)動定子的第二端接觸時，兩者之間存在與第二 NPT螺紋孔相通的縫隙，手腕外殼上設(shè)置控制活塞前后移動的第三NPT螺紋孔和第四NPT螺紋孔，驅(qū)動轉(zhuǎn)軸里設(shè)置第一通道和第二通道，外缸筒里設(shè)置第三通道和第四通道，活塞的凸起將活塞的前后兩側(cè)與外缸筒之間分別形成第五通道和第六通道，外缸筒里設(shè)置第七通道，第三NPT螺紋孔、第一通道、第三通道、第七通道、第五通道依次相連通，第四NPT螺紋孔、第二通道、第四通道、第六通道依次相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型水下液壓機械手二級驅(qū)動關(guān)節(jié)，其特征是:還包括角度傳感器，腕關(guān)節(jié)外殼的尾端連接支撐軸，角度傳感器安裝在支撐軸上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的小型水下液壓機械手二級驅(qū)動關(guān)節(jié)，其特征是:外缸筒與缸筒前端蓋之間采用O型密封圈徑向靜密封，安裝外筒和外缸筒之間安裝滑動軸承，夕卜缸筒與滑動軸承過盈配合安裝，腕關(guān)節(jié)外殼和驅(qū)動轉(zhuǎn)軸之間安裝滾動軸承，滾動軸承和腕關(guān)節(jié)外殼過盈配合安裝，驅(qū)動轉(zhuǎn)軸和手腕外殼之間安裝滑動軸承，滑動軸承和手腕外殼過盈配合安裝。
【文檔編號】B25J19/02GK204248905SQ201420678274
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月13日
【發(fā)明者】張銘鈞, 楊超, 馬小委, 劉兵, 郭冠群 申請人:哈爾濱工程大學