水下電動(dòng)機(jī)械手的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)器人水下作業(yè)領(lǐng)域，特別是涉及水下電動(dòng)機(jī)械手。
【背景技術(shù)】
[0002]水下搜救機(jī)器人又稱無人遙控潛水器，是一種工作于水下的極限作業(yè)機(jī)器人，可以潛入水中代替人完成某些操作，由于人潛水深度的局限性和水下環(huán)境的惡劣性，所以水下機(jī)器人已成為水下作業(yè)及搜救、勘探水下資源等水下作業(yè)的重要工具。
[0003]現(xiàn)有水下機(jī)器人大都單體成本較高，為推出一款具有較高通用性和經(jīng)濟(jì)性的水下機(jī)器人，設(shè)計(jì)發(fā)明簡(jiǎn)單而又實(shí)用的水下機(jī)器人部件是迫切而又必要的。近年來，水下機(jī)器人已經(jīng)具有了多功能模塊，可以根據(jù)使用者的不同需要在機(jī)體上安裝卸除各個(gè)模塊功能，可以實(shí)現(xiàn)一體多用。水下搜救機(jī)器人根據(jù)搜救所需的特點(diǎn)，安裝機(jī)械爪、攝像頭等模塊來實(shí)現(xiàn)搜救功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于解決水下異物抓取功能，為水下機(jī)器人多功能的發(fā)展奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種水下電動(dòng)機(jī)械手，包括驅(qū)動(dòng)單元，傳動(dòng)單元和機(jī)械手單元。所述驅(qū)動(dòng)單元和傳動(dòng)單元共同組成電動(dòng)機(jī)械手的臂部；所述驅(qū)動(dòng)單元包括電機(jī)套筒和安裝于電機(jī)套筒內(nèi)部的直流電動(dòng)機(jī)和行星減速器，直流電動(dòng)機(jī)與行星減速器相連，電機(jī)套筒后端安裝后端蓋；所述傳動(dòng)單元包括前端蓋、連接套筒、從動(dòng)軸套筒、主動(dòng)軸及從動(dòng)軸，連接套筒位于從動(dòng)軸套筒和電機(jī)套筒之間，并將從動(dòng)軸套筒和電機(jī)套筒連接為一體，構(gòu)成電動(dòng)機(jī)械手的臂部外套筒；連接套筒與從動(dòng)軸套筒中安裝有主動(dòng)軸、從動(dòng)軸以及傳動(dòng)螺母；主動(dòng)軸與從動(dòng)軸相連，從動(dòng)軸的前端為滾珠絲杠式螺桿，連接傳動(dòng)螺母，當(dāng)從動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)傳動(dòng)螺母的軸向運(yùn)動(dòng)；傳動(dòng)螺母與連桿相接，連桿前端穿過用于封閉從動(dòng)軸套筒的前端蓋與滑塊相接；前端蓋后端封閉從動(dòng)軸套筒的前端，前端蓋前端與機(jī)械爪支架相連，機(jī)械爪上有固定點(diǎn)與機(jī)械爪支架相連固定，多個(gè)撐桿一端固定在滑塊上，另一端由活動(dòng)點(diǎn)與機(jī)械爪相連。
[0006]優(yōu)選地，所述主動(dòng)軸與從動(dòng)軸之間設(shè)有扭矩限制器，扭矩限制器一端連接主動(dòng)軸，另一端與從動(dòng)軸相連，將動(dòng)力從主動(dòng)軸傳遞到從動(dòng)軸。
[0007]優(yōu)選地，所述主動(dòng)軸與扭矩限制器一端通過鍵連接傳動(dòng)，所述扭矩限制器另一端外部的軸套上有突起，與從動(dòng)軸上對(duì)應(yīng)的凹槽裝配，將動(dòng)力傳至從動(dòng)軸。
[0008]優(yōu)選地，連桿與滑塊之間有銷結(jié)構(gòu)固定，組成一整套機(jī)構(gòu)。
[0009]優(yōu)選地，前端蓋與從動(dòng)軸套筒的結(jié)合部安裝密封機(jī)構(gòu)。
[0010]優(yōu)選地，后端蓋與電機(jī)套筒的結(jié)合部安裝密封機(jī)構(gòu)。
[0011]優(yōu)選地，密封機(jī)構(gòu)為O型密封圈靜密封。
[0012]優(yōu)選地，所述密封機(jī)構(gòu)為聚四氟乙烯滑環(huán)組合動(dòng)密封。
[0013]優(yōu)選地，所述后端蓋內(nèi)安裝水密接頭O
[0014]本發(fā)明是一種穩(wěn)定小型的電動(dòng)機(jī)械手，是目前水下搜救機(jī)器人機(jī)械手中最實(shí)用的機(jī)械手，與其他液壓等機(jī)械手，小型電動(dòng)機(jī)械手有很多優(yōu)良特點(diǎn):
[0015]質(zhì)量輕，響應(yīng)快，電信號(hào)較液壓在水下更易傳輸。
[0016]體積小，易于進(jìn)入狹窄區(qū)域，密封性好，可以在各種環(huán)境的水下工作。
[0017]操作簡(jiǎn)單、靈活，而且在各個(gè)方向均能獲得最大抓取力量。具有高度的可操控性和穩(wěn)定性。
[0018]可安裝與水下機(jī)器人各種位置，適用于底部支撐安裝、頂部支撐安裝等各種模型支撐方式，使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)，能滿足各種水下異物抓取環(huán)境的要求。
[0019]為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、技術(shù)特征、發(fā)明目的與技術(shù)效果易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明電動(dòng)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)剖面圖；
[0021]圖2為本發(fā)明電動(dòng)機(jī)械手開合示意圖；
[0022]圖3為本發(fā)明結(jié)構(gòu)主視圖；
[0023]圖4為本發(fā)明扭矩限制器剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]如圖1-3所示，本發(fā)明的實(shí)施例一包括電機(jī)套筒22、連接套筒4、從動(dòng)軸套筒7及機(jī)械爪支架9，電機(jī)套筒22內(nèi)安裝有直流電動(dòng)機(jī)2和行星減速器3，連接套筒4安裝有主動(dòng)軸20及滾動(dòng)軸承21，從動(dòng)軸套筒7用于安裝從動(dòng)軸17，螺母連桿機(jī)構(gòu)。行星減速器3可以使電機(jī)2減速，讓其扭矩增大，通過鍵連接到主動(dòng)軸20上，主動(dòng)軸20通過扭矩限制器5與從動(dòng)軸17連接，從動(dòng)軸17通過傳動(dòng)螺母15連接連桿8，讓旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，連桿8連接滑塊13，三個(gè)撐桿11固定在滑塊13上，控制機(jī)械爪10的張開與閉合。
[0025]扭矩限制器5包括扭矩限制器外端蓋、摩擦盤、彈簧、扭矩限制器從動(dòng)套筒、扭矩限制器軸套，主動(dòng)軸20和從動(dòng)軸17通過扭矩限制器5進(jìn)行傳動(dòng)，對(duì)于直流電機(jī)2的輸出功率進(jìn)行限制且使夾爪最大夾持力保持一定值，保護(hù)電機(jī)不過載。主動(dòng)軸20與連接套筒4之間安裝有滾動(dòng)軸承21，主動(dòng)軸20與扭矩限制器軸套通過銷連接傳動(dòng)，扭矩限制器軸套與從動(dòng)軸套之間設(shè)有摩擦盤；從動(dòng)軸17與從動(dòng)軸安裝套筒之間安裝有滾動(dòng)軸承，主動(dòng)軸20與從動(dòng)軸端孔之間安裝有滾動(dòng)軸承18。從動(dòng)軸17與扭矩限制器5通過相互配合的突起傳動(dòng)，從動(dòng)軸17靠近機(jī)械爪10的末段為滾珠絲杠式螺桿，通過傳動(dòng)螺母15傳動(dòng)，連桿8壓緊并通過螺栓固定在螺母上隨之運(yùn)動(dòng)。從動(dòng)軸套筒7靠近機(jī)械爪10 —端裝有前端蓋14，前端蓋14上裝有外螺紋柱銷12和螺母連桿副連接阻止螺母的周向運(yùn)動(dòng)。
[0026]前端蓋14、從動(dòng)軸套筒7、連接套筒4、電機(jī)套筒22、后端蓋I之間采用O型密封圈進(jìn)行靜密封，如圖1所示，其材料為三元乙丙橡膠，整個(gè)機(jī)械手內(nèi)部均使用油浸，以平衡水下的壓力，防止水壓過大破壞零部件。電源線與信號(hào)線通過水密接頭連接至電機(jī)尾端的編碼器，控制整體機(jī)械手運(yùn)動(dòng)。前端滑塊與連桿通過銷連接，機(jī)械爪通過撐桿連接滑塊，3個(gè)機(jī)械爪均勻分布成120°，最大旋轉(zhuǎn)角為25°。
[0027]如圖4所示，扭矩限制器包括主體51、磨擦片52、襯環(huán)53、壓板54、碟形彈簧55、導(dǎo)向壓板56、調(diào)節(jié)螺栓57、調(diào)節(jié)螺母58、止退墊片59、鎖緊螺釘50。扭矩簡(jiǎn)單易調(diào)，只需松緊調(diào)整螺母或螺栓即可輕松的調(diào)節(jié)磨擦片與中心構(gòu)件之間的磨擦扭矩，當(dāng)發(fā)生過載時(shí)，扭矩限制器產(chǎn)生摩擦打滑，從而保護(hù)機(jī)器；自動(dòng)復(fù)位功能，過載時(shí)扭矩限制器將打滑，消除過載后便可自動(dòng)復(fù)位和開始轉(zhuǎn)動(dòng)；能安裝各種傳動(dòng)構(gòu)件，如鏈輪、帶輪、齒輪等。
[0028]結(jié)合附圖1-3重點(diǎn)說明電動(dòng)機(jī)械手的具體運(yùn)作方式；
[0029]本發(fā)明為單自由度的水下電動(dòng)機(jī)械手，外部整體形狀為圓筒狀，其機(jī)械爪為3片組成，均勻分布，通過傘撐結(jié)構(gòu)張合；內(nèi)部利用油浸方式平衡內(nèi)外壓力。機(jī)械手在連桿與前端之間采用滑環(huán)和密封圈的動(dòng)密封方式，其余連接部分均采用O型圈靜密封。整個(gè)機(jī)械手大致分為三部分:
[0030]第一部分，直流電機(jī)部分，電動(dòng)機(jī)套筒內(nèi)安裝有直流電動(dòng)機(jī)2和行星減速器3，聯(lián)合水密接頭24、編碼器及后端蓋I處于機(jī)械手后方，直流電動(dòng)機(jī)2輸出軸連接行星減速器3，將動(dòng)力傳遞至行星減速器3上，并由其對(duì)電機(jī)降速增大扭矩。
[0031]第二部分，連接套筒4與從動(dòng)軸套筒7中安裝有主動(dòng)軸20，扭矩限制器5，從動(dòng)軸17以及傳動(dòng)螺母15。主動(dòng)軸20連接扭矩限制器5再傳遞至從動(dòng)軸17上，扭矩限制器5可以對(duì)電動(dòng)機(jī)的輸出功率進(jìn)行限制并使機(jī)械爪的最大爪力保持一定值。主動(dòng)軸20與扭矩限制器5通過鍵連接傳動(dòng)。其中在扭矩限制器5外部的軸套上有突起，對(duì)應(yīng)于從動(dòng)軸17上的凹槽，將動(dòng)力傳至從動(dòng)軸17上，如圖4所示。扭矩限制器5中存在摩擦盤，當(dāng)機(jī)械爪等發(fā)生過載時(shí)，摩擦盤便會(huì)與扭矩限制器外部之間產(chǎn)生打滑，限制電動(dòng)機(jī)2的輸出，最大限度地避免了因過載導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)燒壞的現(xiàn)象。在從動(dòng)軸17的前端為一段滾珠絲杠式螺桿，連接傳動(dòng)螺母15，當(dāng)從動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)傳動(dòng)螺母的軸向運(yùn)動(dòng)。
[0032]第三部分，由連桿8、滑塊13、機(jī)械爪支架9以及機(jī)械爪10組成。傳動(dòng)螺母15與連桿8用螺栓固定，帶動(dòng)連桿8軸向運(yùn)動(dòng)；連桿8與滑塊13之間有銷12固定，組成一整套機(jī)構(gòu)，整體軸向運(yùn)動(dòng)。機(jī)械爪10上有兩點(diǎn):一為固定點(diǎn)，與機(jī)械爪支架9相連固定；二為活動(dòng)點(diǎn)，通過撐桿11與滑塊13連接。當(dāng)滑塊13作軸向運(yùn)動(dòng)時(shí)，推動(dòng)撐桿11運(yùn)動(dòng)，由此控制機(jī)械手10的開合。
[0033]綜上所述僅為本發(fā)明較佳的實(shí)施例，并非用來限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。即凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍的內(nèi)容所作的等效變化及修飾，皆應(yīng)屬于本發(fā)明的技術(shù)范疇。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種水下電動(dòng)機(jī)械手，包括驅(qū)動(dòng)單元，傳動(dòng)單元和機(jī)械手單元，其特征在于:所述驅(qū)動(dòng)單元和傳動(dòng)單元共同組成電動(dòng)機(jī)械手的臂部；所述驅(qū)動(dòng)單元包括電機(jī)套筒和安裝于電機(jī)套筒內(nèi)部的直流電動(dòng)機(jī)和行星減速器，直流電動(dòng)機(jī)與行星減速器相連，電機(jī)套筒后端安裝后端蓋；所述傳動(dòng)單元包括前端蓋、連接套筒、從動(dòng)軸套筒、主動(dòng)軸及從動(dòng)軸，連接套筒位于從動(dòng)軸套筒和電機(jī)套筒之間，并將從動(dòng)軸套筒和電機(jī)套筒連接為一體，構(gòu)成電動(dòng)機(jī)械手的臂部外套筒；連接套筒與從動(dòng)軸套筒中安裝有主動(dòng)軸、從動(dòng)軸以及傳動(dòng)螺母；主動(dòng)軸與從動(dòng)軸相連，從動(dòng)軸的前端為滾珠絲杠式螺桿，連接傳動(dòng)螺母，當(dāng)從動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)傳動(dòng)螺母的軸向運(yùn)動(dòng)；傳動(dòng)螺母與連桿相接，連桿前端穿過用于封閉從動(dòng)軸套筒的前端蓋與滑塊相接；前端蓋后端封閉從動(dòng)軸套筒的前端，前端蓋前端與機(jī)械爪支架相連，機(jī)械爪上有固定點(diǎn)與機(jī)械爪支架相連固定，多個(gè)撐桿一端固定在滑塊上，另一端由活動(dòng)點(diǎn)與機(jī)械爪相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下電動(dòng)機(jī)械手，其特征在于，所述主動(dòng)軸與從動(dòng)軸之間設(shè)有扭矩限制器，扭矩限制器一端連接主動(dòng)軸，另一端與從動(dòng)軸相連，將動(dòng)力從主動(dòng)軸傳遞到從動(dòng)軸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水下電動(dòng)機(jī)械手，其特征在于，所述主動(dòng)軸與扭矩限制器一端通過鍵連接傳動(dòng)，所述扭矩限制器另一端外部的軸套上有突起，與從動(dòng)軸上對(duì)應(yīng)的凹槽裝配，將動(dòng)力傳至從動(dòng)軸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水下電動(dòng)機(jī)械手，其特征在于，所述連桿與滑塊之間有銷結(jié)構(gòu)固定，組成一整套機(jī)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下電動(dòng)機(jī)械手，其特征在于，所述前端蓋與從動(dòng)軸套筒的結(jié)合部安裝密封機(jī)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下電動(dòng)機(jī)械手，其特征在于，后端蓋與電機(jī)套筒的結(jié)合部安裝密封機(jī)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的水下電動(dòng)機(jī)械手，其特征在于，所述密封機(jī)構(gòu)為O型密封圈靜密封。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的水下電動(dòng)機(jī)械手，其特征在于，所述密封機(jī)構(gòu)為聚四氟乙烯滑環(huán)組合動(dòng)密封。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下電動(dòng)機(jī)械手，其特征在于，所述后端蓋內(nèi)安裝水密接頭。
【專利摘要】本發(fā)明為一種可以安裝在水下機(jī)器人上用于實(shí)現(xiàn)水下物品夾取功能的電動(dòng)小型水下機(jī)械手，包括行星減速器、扭矩傳感器、主從動(dòng)軸、連接套筒及滾珠螺桿機(jī)構(gòu)等結(jié)構(gòu)。機(jī)械手配合水下機(jī)器人可以精確找準(zhǔn)水下物品位置并實(shí)現(xiàn)其完整夾取，便于操作，使用壽命長(zhǎng)，不易出現(xiàn)故障，可以應(yīng)用在各種惡劣的水下環(huán)境。
【IPC分類】B25J9-12
【公開號(hào)】CN104772753
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510185200
【發(fā)明人】匡俊, 馬玉順, 陳驊, 江陳, 張成都, 秦海瑞, 余天樂
【申請(qǐng)人】上海市東方海事工程技術(shù)有限公司
【公開日】2015年7月15日
【申請(qǐng)日】2015年4月17日