專利名稱：水下電動機械手二級擺動關節(jié)結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種用于水下作業(yè)的機器人。
背景技術：
隨著人類對海洋開發(fā)和利用的深入，水下作業(yè)任務呈現(xiàn)出多樣化和復雜化，對水下機械手的結構和功能都提出了更高的要求。對于微小型作業(yè)水下機器人，需配置小型的水下電動機械手，來滿足體積、重量和能源的要求。因此，研制結構緊湊、低成本、模塊化的機械手，對微小型作業(yè)水下機器人完成多種成水下任務具有很大的實用價值。水下電動機械手關節(jié)的自鎖性，對于機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，水下電動機械手關節(jié)大多通過制動器或外部其他機械裝置實現(xiàn)自鎖，增加了系統(tǒng)能源損耗或結構的復雜性。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供結構緊湊、具有機械自鎖、低成本和模塊化的水下電動機械手二級擺動關節(jié)結構。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明水下電動機械手二級擺動關節(jié)結構，其特征是包括箱體、蝸輪、蝸桿、蝸輪輸出軸、電機、關節(jié)固定法蘭、端蓋，關節(jié)固定法蘭和箱體相連，電機安裝在關節(jié)固定法蘭里，蝸輪、蝸桿安裝在箱體里，蝸輪通過蝸桿連接電機，端蓋有兩個、分別固定在箱體的前后兩側，蝸輪輸出軸與蝸輪相連并穿過前后兩個端蓋。本發(fā)明還可以包括1、所述的由箱體、蝸輪、蝸桿、蝸輪輸出軸、端蓋組成的機構有兩個，兩個由箱體、 蝸輪、蝸桿、蝸輪輸出軸、端蓋組成的機構安裝在關節(jié)固定法蘭的兩側，兩個蝸桿各連接一個電機。2、還包括旋轉變壓器，旋轉變壓器包括旋轉變壓器轉子、旋轉變壓器定子，旋轉變壓器轉子套在蝸輪輸出軸上，旋轉變壓器定子嵌入到端蓋內與蝸輪蝸桿箱體成為一體。3、所述的關節(jié)固定法蘭和箱體通過電機組件支撐板相連，關節(jié)固定法蘭與電機組件支撐板之間安裝靜密封圈，電機組件支撐板與蝸輪蝸桿箱體之間安裝靜密封圈。4、所述的兩個電機通過各自的電機組件固定板固定在各自的電機組件支撐板上。5、所述的兩個電機的輸出軸與蝸桿通過各自的彈性聯(lián)軸器聯(lián)接。6、所述的箱體和蝸輪輸出軸之間的動密封采用油封。7、所述的蝸輪輸出軸的兩端為“D型軸”進行動力傳遞。8、所述的兩個電機的中心線重合。本發(fā)明的優(yōu)勢在于1、機械自鎖蝸輪蝸桿傳動機構一方面具有大的傳動比，起到增力的作用 ’另一方面可以實現(xiàn)機械自鎖，不需要電機配置制動器或專門的鎖定裝置。
2、成本低采用外筒承壓，降低了電機和傳感器的承壓能力，選用滿足要求的一般電機和傳感器即可。電機、減速器和旋轉變壓器都可以直接買到，滑動軸承按標準選用，蝸輪蝸桿機構采用標準的模數(shù)和中心距，便于加工。3、結構緊湊直流無刷伺服電機和行星齒輪減速器為一體結構。蝸輪和旋轉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、安裝容易本發(fā)明的行星齒輪減速電機和蝸桿軸采用彈性聯(lián)軸器聯(lián)接，便于安裝，也減小了傳動機構對電機組件的沖擊。5、模塊化前后兩級采用相同的驅動、傳動和安裝形式，可以根據受力情況確定不同尺寸的電機和傳動組件。二級關節(jié)本身也可以作為多自由度機械手的子模塊，快速構建多自由度的機械手結構。系統(tǒng)采用外部走線可以便于實現(xiàn)關節(jié)的模塊化。6、形式多樣增加關節(jié)固定法蘭的長度，可以使直流無刷伺服減速電機組件的中心線重合。此時，兩個蝸輪輸出軸的中心線可以互相交錯垂直，關節(jié)結構變成二級垂直交錯擺動關節(jié)結構。二級平面擺動關節(jié)結構和二級垂直交錯擺動關節(jié)結構可以作為多自由度機械手的子模塊，快速構建多自由度的機械手結構。


圖1為本發(fā)明的主視圖；圖2為本發(fā)明的俯視圖；圖3為本發(fā)明的后視圖；圖4為本發(fā)明的內部結構圖；圖5為圖4的A-A剖視圖；圖6(A)為電機組件支撐板主視圖，圖6(B)為電機組件支撐板側視圖；圖7為圖4的A-A反向剖視圖。
具體實施例方式下面結合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細地描述結合圖1 7，一種水下電動機械手二級擺動關節(jié)結構，包括關節(jié)固定法蘭9、電機組件支撐板13、蝸輪蝸桿箱體15及蝸輪輸出軸觀，關節(jié)固定法蘭9、電機組件支撐板13和蝸輪蝸桿箱體15進行靜密封連接。直流無刷伺服減速電機組件10通過螺釘固定到電機組件固定板11，它們再通過螺釘固定到電機組件支撐板13 ；蝸輪蝸桿箱體15設有蝸桿軸17、 蝸輪27和蝸輪輸出軸觀，蝸輪輸出軸28上套有旋轉變壓器轉子39，旋轉變壓器定子35則嵌入到端蓋35內與蝸輪蝸桿箱體15成為一體。直流無刷伺服減速電機組件10輸出軸與蝸桿軸17通過彈性彈性聯(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。關節(jié)固定法蘭9用于連接兩級的蝸輪蝸桿箱體1和15，并對內部的直流無刷伺服減速電機組件10和M進行靜密封。關節(jié)固定法蘭9、電機組件支撐板13和蝸輪蝸桿箱體15通過四方法蘭連接，采用螺栓螺母緊固。
直流無刷伺服減速電機組件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用于嵌入翻邊滑動軸承16以支撐蝸桿軸17，也對電機組件支撐板13 和蝸輪蝸桿箱體15進行徑向定位。蝸輪輸出軸觀上裝有旋轉變壓器進行末端位置和速度的檢測。蝸輪輸出軸觀兩端做成有“D型軸”進行動力傳遞。增加關節(jié)固定法蘭9的長度，可以使直流無刷伺服減速電機組件10和M中心線重合，此時，蝸輪輸出軸4和觀可以互相交錯垂直，關節(jié)結構變成二級垂直交錯擺動關節(jié)結構。蝸輪輸出軸觀上安裝有單向推力球軸承44，蝸輪輸出軸觀左端可以承受較大的軸向壓力，因此，此結構可以作為機械手腰關節(jié)結構。改變蝸輪輸出軸觀上單向推力球軸承14的支撐方式，將滑動軸承45和翻邊滑動軸承34互換，蝸輪輸出軸13左端可以承受較大的軸向拉力，因此，可以作為機械手肩關節(jié)結構。本發(fā)明的工作原理為本發(fā)明驅動部件采用直流無刷伺服減速電機組件10。工作時，直流無刷伺服減速電機組件10上電，直流無刷伺服減速電機組件10的輸出軸通過彈性聯(lián)軸器12帶動蝸桿軸 17旋轉；蝸桿軸17通過與蝸輪27嚙合帶動蝸輪輸出軸觀旋轉，實現(xiàn)垂直換向和動力輸出的功能。關節(jié)機構工作時，旋轉變壓器轉子39隨著蝸輪輸出軸觀一起轉動，與旋轉變壓器定子38形成相對運動，實現(xiàn)位置和速度的檢測。此外，無刷伺服減速電機組件10后端帶有霍爾傳感器，可以實現(xiàn)多傳感器檢測。實施方式一如圖2所示，本發(fā)明外層包括腔體結構件和蓋板結構件。其中腔體結構件包括箱體1，關節(jié)固定法蘭9和箱體15 ；蓋板結構包括電機支撐板6，電機支撐板13，端蓋30，端蓋 35，端蓋42和端蓋43。如圖4所示，圖中左右結構安裝形式相同。關節(jié)固定法蘭9、電機組件支撐板13和蝸輪蝸桿箱體15通過四方法蘭用螺栓螺母固連。關節(jié)固定法蘭9與電機組件支撐板13， 電機組件支撐板13與蝸輪蝸桿箱體15之間有靜密封圈25和靜密封圈26。直流無刷伺服減速電機組件10通過螺釘連接到電機組件固定板11，電機組件固定板11通過螺釘連接到電機組件支撐板13。電機組件支撐板13上開有一個沉頭孔和一個通孔。蝸桿兩邊通過翻邊滑動軸承16和18支撐。翻邊滑動軸承16嵌入到軸向頂套14內，翻邊滑動軸承18嵌入到蝸輪蝸桿箱體15內。軸向頂套14軸向靠蝸輪蝸桿箱體15定位，軸向通過電機組件支撐板13上的沉頭孔進行定位。直流無刷伺服減速電機組件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通過螺釘固連，并通過靜密封圈31進行密封。蝸輪27通過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28兩端通過翻邊滑動軸承34和37支撐。翻邊滑動軸承34嵌入到端蓋30內，翻邊滑動軸承37嵌入到蝸輪蝸桿箱體15內。端蓋35與蝸輪蝸桿箱體15通過螺釘固連，并通過靜密封圈36進行密封。蝸輪輸出軸觀一端安裝有旋轉變壓器轉子39，它們之間通過鍵 40聯(lián)接，旋轉變壓器定子38嵌入到端蓋35內。蝸輪輸出軸28與端蓋30和35之間通過油封33和41進行動密封。蝸輪輸出軸觀輸出兩端做成“D”型軸形式，便于傳遞扭矩。這種實施方式，可以使結構作為水下機械手動力輸出軸受軸向力較小的關節(jié)。實施方式二 如圖7所示，端蓋30與蝸輪蝸桿箱體15通過螺釘固連，并通過密封圈31進行密封。蝸輪輸出軸觀的右邊安裝有旋轉變壓器轉子39，它們之間通過鍵40聯(lián)接，旋轉變壓器定子38嵌入到端蓋35內?；瑒虞S承45嵌入到蝸輪蝸桿箱體15里，對蝸輪輸出軸28右邊進行徑向定位，單向推力球軸承44嵌入到蝸輪蝸桿箱體15里，對蝸輪輸出軸觀右邊進行軸向定位。蝸輪27通過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左邊通過翻邊滑動軸承34支撐。翻邊滑動軸承34嵌入到端蓋30內。端蓋 30與蝸輪蝸桿箱體15通過螺釘固連，并通過密封圈31進行密封蝸輪輸出軸28與端蓋30 之間通過旋轉油封30進行動密封。這種實施方式，可以使結構作為水下機械手動力輸出軸受軸向力較大的場合，如作為機械手的腰關節(jié)。改變單向推力球軸承G4)的支撐方向，可以作為機械手肩關節(jié)。實施方式三增加關節(jié)固定法蘭9的長度，可以使直流無刷伺服減速電機組件10和M的中心線重合，此時，蝸輪輸出軸4和觀可以互相垂直，關節(jié)結構變成二級垂直交錯擺動關節(jié)結構。
權利要求
1.水下電動機械手二級擺動關節(jié)結構，其特征是包括箱體、蝸輪、蝸桿、蝸輪輸出軸、 電機、關節(jié)固定法蘭、端蓋，關節(jié)固定法蘭和箱體相連，電機安裝在關節(jié)固定法蘭里，蝸輪、 蝸桿安裝在箱體里，蝸輪通過蝸桿連接電機，端蓋有兩個、分別固定在箱體的前后兩側，蝸輪輸出軸與蝸輪相連并穿過前后兩個端蓋。
2.根據權利要求1所述的水下電動機械手二級擺動關節(jié)結構，其特征是所述的由箱體、蝸輪、蝸桿、蝸輪輸出軸、端蓋組成的機構有兩個，兩個由箱體、蝸輪、蝸桿、蝸輪輸出軸、 端蓋組成的機構安裝在關節(jié)固定法蘭的兩側，兩個蝸桿各連接一個電機。
3.根據權利要求2所述的水下電動機械手二級擺動關節(jié)結構，其特征是還包括旋轉變壓器，旋轉變壓器包括旋轉變壓器轉子、旋轉變壓器定子，旋轉變壓器轉子套在蝸輪輸出軸上，旋轉變壓器定子嵌入到端蓋內與蝸輪蝸桿箱體成為一體。
4.根據權利要求3所述的水下電動機械手二級擺動關節(jié)結構，其特征是所述的關節(jié)固定法蘭和箱體通過電機組件支撐板相連，關節(jié)固定法蘭與電機組件支撐板之間安裝靜密封圈，電機組件支撐板與蝸輪蝸桿箱體之間安裝靜密封圈。
5.根據權利要求4所述的水下電動機械手二級擺動關節(jié)結構，其特征是所述的兩個電機通過各自的電機組件固定板固定在各自的電機組件支撐板上。
6.根據權利要求5所述的水下電動機械手二級擺動關節(jié)結構，其特征是所述的兩個電機的輸出軸與蝸桿通過各自的彈性聯(lián)軸器聯(lián)接。
7.根據權利要求6所述的水下電動機械手二級擺動關節(jié)結構，其特征是所述的箱體和蝸輪輸出軸之間的動密封采用油封。
8.根據權利要求7所述的水下電動機械手二級擺動關節(jié)結構，其特征是所述的蝸輪輸出軸的兩端為“D型軸”進行動力傳遞。
9.根據權利要求8所述的水下電動機械手二級擺動關節(jié)結構，其特征是所述的兩個電機的中心線重合。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供水下電動機械手二級擺動關節(jié)結構，包括箱體、蝸輪、蝸桿、蝸輪輸出軸、電機、關節(jié)固定法蘭、端蓋，關節(jié)固定法蘭和箱體相連，電機安裝在關節(jié)固定法蘭里，蝸輪、蝸桿安裝在箱體里，蝸輪通過蝸桿連接電機，端蓋有兩個、分別固定在箱體的前后兩側，蝸輪輸出軸與蝸輪相連并穿過前后兩個端蓋。本發(fā)明結構緊湊、安裝容易、形式多樣、成本低廉，可以實現(xiàn)機械自鎖。
文檔編號H02K7/116GK102229145SQ201110171040
公開日2011年11月2日 申請日期2011年6月23日 優(yōu)先權日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 申請人:哈爾濱工程大學