一種水下三自由度機(jī)械臂的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水下機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種水下三自由度機(jī)械臂。
【背景技術(shù)】
[0002]三自由度機(jī)械臂是水下機(jī)器人進(jìn)行水下工作時的作業(yè)工具，整個機(jī)械臂擁有小臂的俯仰運動，手腕的回轉(zhuǎn)運動以及爪部的開合運動共3個自由度，水下多軸的機(jī)械臂，大多以液壓系統(tǒng)作為其動力源；如中國專利號104084947A公開的一種七功能水下機(jī)械臂系統(tǒng)，包括手爪、腕、第一關(guān)節(jié)、第二關(guān)節(jié)、第三關(guān)節(jié)、第四關(guān)節(jié)、第五關(guān)節(jié)，第一關(guān)節(jié)包括底座、第一液壓缸，第二關(guān)節(jié)包括第一連桿、第二液壓缸，第三關(guān)節(jié)包括第二連桿、第三液壓缸，第四關(guān)節(jié)包括第三連桿、第四液壓缸，第五關(guān)節(jié)包括第四連桿、第五液壓缸；第一液壓缸安裝在底座上，第一液壓缸的單出桿活塞與第一連接桿相連，第二液壓缸安裝在第一連接桿上，第二液壓缸的單出桿活塞與第二連接桿相連，第三液壓缸安裝在第二連桿上，第三液壓缸單出桿活塞與第三連接桿相連，第四液壓缸安裝在第三連桿上，第四液壓缸的單出桿活塞與第四連接桿相連，第五液壓缸安裝在第四連桿上，腕包括連接件、旋轉(zhuǎn)馬達(dá)、第五連接桿，旋轉(zhuǎn)馬達(dá)固定在第五連接桿上，連接件與旋轉(zhuǎn)馬達(dá)的輸出端相連，第五液壓缸的單出桿活塞與第五連接桿相連，手爪相對布置的面上均設(shè)置鋸齒結(jié)構(gòu)。
[0003]然而液壓系統(tǒng)體積龐大，重量較大，難以與中小型水下機(jī)器人相匹配；另外，以液壓系統(tǒng)作為動力源的三自由度機(jī)械臂有余零件眾多，零件加工較為復(fù)雜，使機(jī)械臂加工和維修的成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種水下三自由度機(jī)械臂，相比于水下機(jī)械臂常用的液壓系統(tǒng)，本機(jī)械臂采用細(xì)長型的直流減速電機(jī)作為動力源，將各部件進(jìn)行模塊化設(shè)計，方便裝配和檢修；各節(jié)臂的殼體均采用圓柱形的外形，使殼體內(nèi)部空間得到了充分的利用，減輕了整體結(jié)構(gòu)的重量，零部件空間布置合理，結(jié)構(gòu)緊湊；與俯仰控制機(jī)構(gòu)連接的俯仰驅(qū)動單元的布置方式可以選擇電機(jī)與關(guān)節(jié)輸出軸平行布置或電機(jī)與關(guān)節(jié)輸出軸垂直布置，平行布置時會使整個關(guān)節(jié)外徑尺寸變大，增大整個機(jī)械臂重量，并會使機(jī)械臂運動時受到的水阻力增加；垂直布置時可以考慮蝸輪蝸桿和錐齒輪兩種傳動方式，但由于減速電機(jī)輸出的扭矩較大，對傳動機(jī)構(gòu)要求較高，且應(yīng)用于水下時齒輪箱涉及到密封問題，該兩種種傳動方式并不合適，因此本發(fā)明中采用絲桿傳動的方式桿將電機(jī)旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為螺母的直線運動，利用連桿實現(xiàn)小臂的俯仰動作；該種傳動方式自帶限位和自鎖功能，能夠保證動作的準(zhǔn)確性，并且絲桿傳動對減速機(jī)輸出運動進(jìn)行了進(jìn)一步的減速，降低了對行星齒輪箱和電機(jī)的要求。
[0005]為解決上述問題，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案:
[0006]一種水下三自由度機(jī)械臂，包括大臂殼體、小臂殼體、腕部殼體、用于連接大臂殼體和小臂殼體的俯仰控制裝置、用于連接小臂殼體和腕部殼體的回轉(zhuǎn)控制裝置、用于連接小臂殼體和腕部殼體的開合控制裝置以及可旋轉(zhuǎn)式的安裝于開合控制裝置上的手爪；所述大臂殼體、小臂殼體和腕部殼體均為圓筒形殼體。
[0007]進(jìn)一步地，所述俯仰控制裝置包括設(shè)于大臂殼體內(nèi)的俯仰驅(qū)動單元和設(shè)于大臂殼體前部并與俯仰驅(qū)動單元傳動連接的第一絲桿傳動機(jī)構(gòu)；所述大臂殼體的前部通過螺釘安裝有大臂密封法蘭和大臂減速機(jī)法蘭；所述俯仰驅(qū)動單元通過螺釘與大臂減速機(jī)法蘭連接；所述第一絲桿傳動機(jī)構(gòu)通過螺釘與大臂密封法蘭連接。
[0008]進(jìn)一步地，所述俯仰驅(qū)動單元包括設(shè)有大臂殼體內(nèi)的大臂減速機(jī)、大臂電機(jī)和大臂編碼器；所述大臂減速機(jī)通過螺釘固定于大臂減速機(jī)法蘭上；所述大臂減速機(jī)的輸出軸上安裝有大臂減速機(jī)聯(lián)軸器，大臂減速機(jī)聯(lián)軸器依次穿過大臂減速機(jī)法蘭和大臂密封法蘭延伸至大臂殼體外部；所述大臂密封法蘭與大減速機(jī)聯(lián)軸器之間安裝有密封圈。
[0009]進(jìn)一步地，所述第一絲桿傳動機(jī)構(gòu)包括通過螺釘與大臂密封法蘭連接的第一框架、通過螺釘固定于第一框架內(nèi)的第一端塊組、安裝于第一端塊組上的第一絲桿、套設(shè)于第一絲桿上的第一絲桿滑塊、可旋轉(zhuǎn)式的安裝于第一框架前部的抱箍和連接第一絲桿滑塊和抱箍的第一連桿；所述第一絲桿的輸入端與大臂減速機(jī)聯(lián)軸器連接；所述抱箍與小臂殼體固定連接。
[0010]進(jìn)一步地，所述回轉(zhuǎn)控制裝置包括設(shè)于小臂殼體內(nèi)的回轉(zhuǎn)驅(qū)動單元；所述回轉(zhuǎn)驅(qū)動單元包括設(shè)有小臂殼體內(nèi)的小臂減速機(jī)、小臂電機(jī)和小臂編碼器；所述小臂殼體的前部通過螺釘安裝有小臂密封法蘭、小臂減速機(jī)法蘭和小臂套筒；所述小臂殼體的后部安裝有水密電連接器；所述小臂減速機(jī)通過螺釘固定于小臂減速機(jī)法蘭上；所述小臂套筒的端部安裝有擋板；所述小臂套筒內(nèi)間隙配合有滑動軸承；所述腕部殼體的后部間隙配合于滑動軸承內(nèi)；所述腕部殼體的后端部一體成型有聯(lián)軸部，聯(lián)軸部依次貫穿擋板、小臂密封法蘭和小臂減速機(jī)法蘭與小臂減速機(jī)的輸出軸連接；所述小臂密封法蘭與聯(lián)軸部之間設(shè)有安裝有密封圈。
[0011]進(jìn)一步地，所述開合控制裝置包括設(shè)有腕部殼體內(nèi)的開合驅(qū)動單元和設(shè)有腕部殼體前部并與開合控制器傳動連接的第二絲桿傳動機(jī)構(gòu)；所述腕部殼體的前部通過螺釘固定有腕部密封法蘭和腕部減速機(jī)法蘭；所述開合驅(qū)動單元通過螺釘與腕部減速機(jī)法蘭連接；所述第二絲桿傳動機(jī)構(gòu)通過螺釘與腕部密封法蘭連接。
[0012]進(jìn)一步地，所述開合驅(qū)動單元包括設(shè)于腕部殼體內(nèi)的腕部減速機(jī)、腕部電機(jī)和腕部編碼器；所述腕部減速機(jī)通過螺釘固定于腕部減速機(jī)法蘭上；所述腕部減速機(jī)的輸出軸上安裝有腕部減速機(jī)聯(lián)軸器，腕部減速機(jī)聯(lián)軸器依次穿過腕部減速機(jī)法蘭和腕部密封法蘭延伸至腕部殼體外部；所述腕部密封法蘭與腕部減速機(jī)聯(lián)軸器之間安裝有密封圈。
[0013]進(jìn)一步地，所述第二絲桿傳動機(jī)構(gòu)包括通過螺釘與腕部密封法蘭連接的第二框架、通過螺釘固定于第二框架內(nèi)的第二端塊組、安裝于第二端塊組上的第二絲桿、套設(shè)于第二絲桿上的第二絲桿滑塊和連接第二絲桿滑塊和手爪的第二連桿。
[0014]有益效果:本發(fā)明的一種水下三自由度機(jī)械臂各節(jié)臂的殼體均采用圓柱形的外形，使殼體內(nèi)部空間得到了充分的利用，減輕了整體結(jié)構(gòu)的重量，零部件空間布置合理，結(jié)構(gòu)緊湊；絲桿傳動方式將減速電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為絲桿滑塊的直線運動，利用連桿實現(xiàn)小臂的俯仰動作、腕部的回轉(zhuǎn)動作以及手抓的開合動作；該種傳動方式自帶限位和自鎖功能，能夠保證動作的準(zhǔn)確性，并且絲桿傳動對減速機(jī)輸出運動進(jìn)行了進(jìn)一步的減速，降低了對行星齒輪箱和電機(jī)的要求。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的外形結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2為本發(fā)明中俯仰控制裝置的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3為本發(fā)明中回轉(zhuǎn)控制裝置的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖4為本發(fā)明中開合控制裝置的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]附圖標(biāo)記說明:大臂殼體1，大臂密封法蘭11，大臂減速機(jī)法蘭12，小臂殼體2，小臂密封法蘭21，小臂減速機(jī)法蘭22，小臂套筒23，水密電連機(jī)器24，擋板25，滑動軸承26，腕部殼體3，聯(lián)軸部31，腕部密封法蘭32，腕部減速機(jī)法蘭33，手爪4，俯仰控制裝置5，大臂減速機(jī)51a，大臂電機(jī)51b，大臂編碼器51c，大臂減速機(jī)聯(lián)軸器51d，第一框架52a，第一端塊組52b，第一絲桿52c，第一絲桿滑塊52d，第一連桿52e，抱箍52f，回轉(zhuǎn)控制裝置6，小臂減速機(jī)61a，小臂電機(jī)61b，小臂編碼器61c，開合控制裝置7，腕部減速機(jī)71a，腕部電機(jī)71b，腕部編碼器71c，腕部減速機(jī)聯(lián)軸器71d，第二框架72a，第二端塊組72b，第二絲桿72c，第二絲桿滑塊72d，第二連桿72e。
具體實施例
[0020]下面結(jié)合說明書附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施例做進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0021]參照圖1所示的一種水下三自由度機(jī)械臂，包括大臂殼體1、小臂殼體2、腕部殼體3、用于連接大臂殼體I和小臂殼體2的俯仰控制裝置5、用于連接小臂殼體2和腕部殼體3的回轉(zhuǎn)控制裝置6、用于連接小臂殼體2和腕部殼體3的開合控制裝置7以及可旋轉(zhuǎn)式的安裝于開合控制裝置7上的手爪4 ;所述大臂殼體1、小臂殼體2和腕部殼體3均為圓筒形殼體。
[0022]參照圖2所示，所述俯仰控制裝置5包括設(shè)于大臂殼體I內(nèi)的俯仰驅(qū)動單元和設(shè)于大臂殼體I前部并與俯仰驅(qū)動單元傳動連接的第一絲桿傳動機(jī)構(gòu)；所述大臂殼體I的前部通過螺釘安裝有大臂密封法蘭11和大臂減速機(jī)法蘭12 ;所述俯仰驅(qū)動單元通過螺釘與大臂減速機(jī)法蘭12連接；所述第一絲桿傳動機(jī)構(gòu)通過螺釘與大臂密封法蘭11連接。
[0023]所述俯仰驅(qū)動單元包括設(shè)有大臂殼體I內(nèi)的大臂減速機(jī)51a、大臂電機(jī)51b和大臂編碼器51c ;所述大臂減速機(jī)51a通過螺釘固定于大臂減速機(jī)法蘭12上；所述大臂減速機(jī)51a的輸出軸上安裝有大臂減速機(jī)聯(lián)軸器51d，大臂減速機(jī)聯(lián)軸器51d依次穿過大臂減速機(jī)法蘭12和大臂密封法蘭11延伸至大臂殼體I外部；所述大臂密封法蘭11與大減速機(jī)聯(lián)軸器之間安裝有密封圈。
[0024]所述第一絲桿傳動機(jī)構(gòu)包括通過螺釘與大臂密封法蘭11連接的第一框架52a、通過螺釘固定于第一框架52a內(nèi)的第一端塊組52b、安裝于第一端塊組52b上的第一絲桿52c、套設(shè)于第一絲桿52c上的第一絲桿滑塊52d、可旋轉(zhuǎn)式的安裝于第一框架52a前部的抱箍52f和連接第一絲桿滑塊52d和抱箍52f的第一連桿52e ;所述第一絲桿52c的輸入端與大臂減速機(jī)聯(lián)軸器51d連接；所述抱箍52f與小臂殼體2固定連接。
[0025]其中，第一框架52a通過螺釘連接到大臂殼體I上，大