：本發(fā)明涉及深水機械臂，具體涉及一種深水四自由度機械臂結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

0、
背景技術(shù)：

1、深水四自由度機械臂所面對的工況類型復雜多樣，因此，為了應(yīng)對深水作業(yè)任務(wù)需要機械臂要有優(yōu)秀的防水性和足夠的自由度以及負載能力，大多數(shù)深水四自由度機械臂為了壓縮體積和簡單的密封多數(shù)選擇為四自由度機械臂和機械臂密封方式，導致在執(zhí)行部分任務(wù)時有一定限制。常見的深水四自由度機械臂為了提高性能，往往結(jié)構(gòu)會冗余，為了實現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊使機械臂各關(guān)節(jié)部分密封方式差距較大，防水性能弱。

2、因此，體積小、小功率大扭矩、密封優(yōu)秀的深水四自由度機械臂結(jié)構(gòu)是當前亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

0、
技術(shù)實現(xiàn)要素：

1、本發(fā)明提供了一種深水四自由度機械臂結(jié)構(gòu)，該機械臂結(jié)構(gòu)能夠在電機小功率時輸出較大扭矩，并且保證在深水1000m關(guān)節(jié)零泄露。

2、本發(fā)明采用以下具體技術(shù)方案；

3、一種深水四自由度機械臂結(jié)構(gòu)，該機械臂結(jié)構(gòu)包括依次相連的第一關(guān)節(jié)、第二關(guān)節(jié)、連桿、第三關(guān)節(jié)、第四關(guān)節(jié)、機械臂連接件、末端執(zhí)行器；

4、所述第一關(guān)節(jié)包括底板、第一支撐結(jié)構(gòu)、第一集成式空心伺服電機、第一諧波減速器、第一橡膠波紋管、第一o型圈、密封油、充油口、第一機械臂連接件以及第一法蘭聯(lián)軸盤；所述支撐結(jié)構(gòu)的底部固定連接于所述底板的頂面；所述第一集成式空心伺服電機、所述第一橡膠波紋管、所述第一o型圈、所述第一諧波減速器與所述法連聯(lián)軸盤均位于所述第一支撐結(jié)構(gòu)的內(nèi)部；所述第一集成式空心伺服電機與所述第一諧波減速器連接；所述第一諧波減速器的輸出軸與所述第一法蘭聯(lián)軸盤固定連接；所述法蘭連接盤與所述第一機械臂連接件固定連接；所述第一橡膠波紋管套在所述第一集成式空心伺服電機與所示第一諧波減速器相連接之后的外部，并位所述第一支撐結(jié)構(gòu)的內(nèi)部；所述第一o型圈的頂端固定在所述第一法蘭聯(lián)軸盤，并位于第一支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)部；所述第一o型圈的動環(huán)斷面與所述第一橡膠波紋管的靜環(huán)斷面相貼合；所述第一機械臂連接件與所述第一支撐結(jié)構(gòu)固定連接；

5、所述第二關(guān)節(jié)包括第二諧波減速器、第二法蘭聯(lián)軸盤、第二集成式空心伺服電機、第二o型圈、第二橡膠波紋管、連桿以及第二支撐結(jié)構(gòu)；所述第二集成式空心伺服電機與所述第二諧波減速器固定安裝于所述機械臂第二支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)部；所述第二諧波減速的輸出端與所述第二法蘭聯(lián)軸盤固定連接；所述第二法蘭聯(lián)軸盤與所述連桿的一端固定連接；所述第二橡膠波紋管套在所述第二集成式空心伺服電機與所示第二諧波減速器相連接之后的外部，并位所述第二支撐結(jié)構(gòu)的內(nèi)部；所述第二o型圈的頂端固定在所述第二支撐結(jié)構(gòu)，并位于所述第二支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)部；所述第二o型圈的動環(huán)斷面與所述第二橡膠波紋管的靜環(huán)斷面相貼合；所述連桿的一端與所述第二支撐結(jié)構(gòu)連接；所述第一機械臂連接件的一端與所述第二支撐結(jié)構(gòu)的底部固定連接。

6、所述第三關(guān)節(jié)包括第三諧波減速器、第三法蘭聯(lián)軸盤、第三集成式空心伺服電機、第三o型圈、第三橡膠波紋管、連桿、第二機械臂連接件以及第三支撐結(jié)構(gòu)；所述第三集成式空心伺服電機與所述第三諧波減速器固定安裝于所述機械臂第三支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)部；所述第三諧波減速的輸出端與所述第三法蘭聯(lián)軸盤固定連接；所述第三法蘭聯(lián)軸盤與所述第二機械臂連接件連接；所述第三橡膠波紋管套在所述第三集成式空心伺服電機與所示第三諧波減速器相連接之后的外部，并位所述第三支撐結(jié)構(gòu)的內(nèi)部；所述第三o型圈的頂端固定在所述第三法蘭聯(lián)軸盤，并與所述第三支撐結(jié)構(gòu)相連接；所述第三o型圈的動環(huán)斷面與所述第三橡膠波紋管的靜環(huán)斷面相貼合；所述第二機械臂連接件的一端與所述連桿的底部固定連接；所述第三集成式空心伺服電機的輸入端固定在所述第三底辦；所述底板與所述連桿的另一端固定連接。

7、所述第四關(guān)節(jié)包括第四諧波減速器、第四法蘭聯(lián)軸盤、第四集成式空心伺服電機、第四o型圈、第四橡膠波紋管、末端執(zhí)行器、第三機械臂連接件、連桿以及第四支撐結(jié)構(gòu)；所述第四集成式空心伺服電機與所述第四諧波減速器固定安裝于所述機械臂第四支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)部；所述第四諧波減速的輸出端與所述第四法蘭聯(lián)軸盤固定連接；所述第四法蘭聯(lián)軸盤與所述末端執(zhí)行器的輸入端固定連接；所述第四橡膠波紋管套在所述第四集成式空心伺服電機與所述第四諧波減速器相連接之后的外部，并位所述第四支撐結(jié)構(gòu)的內(nèi)部；所述第四o型圈的頂端固定在所述第三支撐結(jié)構(gòu)的一端；所述第四o型圈的動環(huán)斷面與所述第四橡膠波紋管的靜環(huán)斷面相貼合；所述第三機械臂連接件的一端與所述第四支撐結(jié)構(gòu)連接；所述第四支撐結(jié)構(gòu)的一端與所述末端執(zhí)行器的底部固定連接。

8、更進一步地，所述第一機械臂連接件、第二機械臂連接件、第三機械臂連接件的一端均設(shè)置有用于嵌裝所述o型圈的第一凹槽。

9、所述第一支撐結(jié)構(gòu)、第二支撐結(jié)構(gòu)、第三支撐結(jié)構(gòu)、第四支撐結(jié)構(gòu)的底部均設(shè)有有用于固定橡膠波紋管的凹槽。

10、所述連桿的一端設(shè)置有用于固定連接所述集成式空心伺服電機輸出軸的法蘭聯(lián)軸盤。

11、更進一步地，所述第一電機、所述第二電機、所述第三電機、所述第四電機均為集成式空心伺服電機。

12、有益效果：

13、本發(fā)明的深水四自由度機械臂結(jié)構(gòu)包括依次相連的第一關(guān)節(jié)、第一支撐結(jié)構(gòu)、第一機械臂連接件、第二關(guān)節(jié)、第二支撐結(jié)構(gòu)、第二機械臂連接件、第三關(guān)節(jié)、連桿、第三支撐結(jié)構(gòu)、第四關(guān)節(jié)、第三支撐結(jié)構(gòu)、第三機械臂連接件以及末端執(zhí)行部分，通過關(guān)節(jié)實現(xiàn)相鄰連桿之間的轉(zhuǎn)動；各關(guān)節(jié)均采用諧波減速器，并且第一關(guān)節(jié)的第一諧波減速器直接與第一集成式空心伺服電機相連，最大限度地縮小了機械臂的體積，并且增加了機械臂扭矩的輸出；第一關(guān)節(jié)通過底座和第一支撐結(jié)構(gòu)相連接，橡膠波紋管嵌入第一支撐結(jié)構(gòu)的凹槽，橡膠波紋管的靜環(huán)斷面和o型圈的動環(huán)斷面緊密貼合，o型圈嵌入機械臂連接件一端的凹槽，機械臂連接件的法蘭聯(lián)軸盤和諧波減速器的輸出軸固定連接，通過機械臂的充油口想關(guān)節(jié)內(nèi)部充入密封油，利用諧波減速器與法蘭聯(lián)軸盤能夠平穩(wěn)承受軸向重力，從而達到小功率大扭矩的效果，并且利用橡膠波紋管和o型圈的機械密封和充油密封兩種密封方式的結(jié)合，提高了機械臂關(guān)節(jié)的密封性能；第二關(guān)節(jié)、第三關(guān)節(jié)以及第四關(guān)節(jié)中的諧波減速器與電機均通過法蘭聯(lián)軸盤傳動，并且諧波減速器通過法蘭聯(lián)軸盤與對應(yīng)機械臂連接件相連，使用法蘭聯(lián)軸盤進行傳動便于電機和減速器的位置更加緊湊；法蘭聯(lián)軸盤能夠設(shè)置成一體的機械臂連接件，避免因外界因素對傳動造成卡頓，此種傳動方式使電機和減速器同步傳動，且會提高扭矩，在不影響關(guān)節(jié)精度和負載的同時縮小體積。

14、同時，由于連桿的一端直接連接第二關(guān)節(jié)諧波減速器的輸出軸，另一端直接連接第四關(guān)節(jié)支撐結(jié)構(gòu)的底部，連桿采用上述結(jié)構(gòu)和連接方式節(jié)省了大量冗余結(jié)構(gòu)，使關(guān)節(jié)以更緊湊的結(jié)構(gòu)進行傳動，配合諧波減速器使關(guān)節(jié)的受力更加平衡，提高扭矩，高度密封。

15、在第一支撐結(jié)構(gòu)底部、第二支撐結(jié)構(gòu)底部、第三支撐結(jié)構(gòu)底部、第四支撐結(jié)構(gòu)底部均設(shè)置凹槽，并將集成式空心伺服電機和諧波減速器安裝后嵌入凹槽中，能夠在保證減速器輸入、輸出同軸的同時增強結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

技術(shù)特征：

1.一種深水四自由度機械臂結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括依次相連的第一關(guān)節(jié)(1)、第二關(guān)節(jié)(2)、第三關(guān)節(jié)(3)、第四關(guān)節(jié)(4)、末端執(zhí)行器(5)以及連桿(6)。

2.如權(quán)利要求1所述的深水四自由度機械臂結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述密封關(guān)節(jié)包括充油口(7)、底板(8)、第一支撐結(jié)構(gòu)(9)、第一機械臂連接件(10)、第一集成式空心伺服電機(17)、第一諧波減速器(18)、第一橡膠波紋管(19)、第一o型圈(20)、第一法蘭聯(lián)軸盤(21)；

3.如權(quán)利要求2所述的深水四自由度機械臂結(jié)構(gòu)，其特征在于所述關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動機構(gòu)包括第一集成式空心伺服電機(17)和第一諧波減速器(18)、第二集成式空心伺服電機(17)和第二諧波減速器(18)、第三集成式空心伺服電機(17)和第三諧波減速器(18)、第四集成式空心伺服電機(17)和第四諧波減速器(18)；

4.如權(quán)利要求1所述的深水四自由度機械臂結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述連桿為設(shè)有所述第二法蘭聯(lián)軸盤的一體式結(jié)構(gòu)；嵌裝所述第二行星減速器的第一凹槽，另一端設(shè)置有用于嵌裝所述第三行星減速器的第二凹槽。

5.如權(quán)利要求1所述的深水四自由度機械臂結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一機械臂連接件內(nèi)部設(shè)有用于嵌入所述第一o型圈的凹槽；所述第一支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)有用于嵌入所述第一橡膠波紋管的凹槽；所述第二機械臂連接件內(nèi)部設(shè)有用于嵌入所述第二o型圈的凹槽；所述第二支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)有用于嵌入所述第二橡膠波紋管的凹槽；所述第三機械臂連接件內(nèi)部設(shè)有用于嵌入所述第三o型圈的凹槽；所述第三支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)有用于嵌入所述第三橡膠波紋管的凹槽；所述第四機械臂連接件內(nèi)部設(shè)有用于嵌入所述第四o型圈的凹槽；所述第四支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)有用于嵌入所述第四橡膠波紋管的凹槽。

6.如權(quán)利要求1-4任一項所述的深水四自由度機械臂結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一機械臂連接件、第二機械臂連接件、第三機械臂連接件和所述第四機械臂連接件均為與法蘭聯(lián)軸盤一體式結(jié)構(gòu)。

7.如權(quán)利要求1-4任一項所述的深水四自由度機械臂結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一集成式空心伺服電機、所述第二集成式空心伺服電機、所述第三集成式空心伺服電機、所述第四集成式空心伺服電機均為將抱閘、防水、驅(qū)動器、空心伺服電機集成為一體式電機。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種深水四自由度機械臂結(jié)構(gòu)，該機械臂包括依次連接的第一關(guān)節(jié)、第二關(guān)節(jié)、連桿、第三關(guān)節(jié)、第四關(guān)節(jié)以及末端執(zhí)行器部分。四個關(guān)節(jié)均包括底板、支撐結(jié)構(gòu)、集成式空心伺服電機、法蘭聯(lián)軸盤、諧波減速器、O型圈、橡膠波紋管、機械臂連接件、充油口。第一個關(guān)節(jié)與第二關(guān)節(jié)通過機械臂連接件相連，再通過連桿連接到第三關(guān)節(jié)，第三關(guān)節(jié)通過機械臂連接件連接第四關(guān)節(jié)，第四關(guān)節(jié)與末端執(zhí)行器相連。上述機械臂結(jié)構(gòu)能夠提供小功率大扭矩的效果并且保證在水下1000米的工況下保證機械臂正常工作。

技術(shù)研發(fā)人員：曹宇,趙宇,白云龍
受保護的技術(shù)使用者：哈爾濱理工大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19