一種用于真空環(huán)境下的機(jī)械手爪的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)械爪領(lǐng)域，具體是一種用于真空環(huán)境下的機(jī)械手爪。
【背景技術(shù)】
[0002]受控核聚變研究是當(dāng)今世界科學(xué)家為解決人類(lèi)未來(lái)能源問(wèn)題而開(kāi)展的重大國(guó)際合作計(jì)劃。EAST (ExperimentalAdvancedSuperconductingTokamak)正是為了在近堆芯的高參數(shù)條件下研究等離子體的穩(wěn)態(tài)和先進(jìn)運(yùn)行，深入探索實(shí)現(xiàn)聚變能源的工程、物理問(wèn)題而建造的核聚變實(shí)驗(yàn)裝置。在裝置放電期間，真空室第一壁部件石墨瓦由于處在高溫高真空的運(yùn)行環(huán)境下會(huì)有不同程度的損壞、甚至部分脫落。如果不及時(shí)對(duì)石墨瓦進(jìn)行清理將會(huì)對(duì)裝置的運(yùn)行造成一定的影響。為了盡可能降低裝置運(yùn)行成本，一種在放電間隙對(duì)裝置進(jìn)行檢測(cè)和維護(hù)并且不破壞真空環(huán)境的機(jī)械臂系統(tǒng)被研制出來(lái)。高溫高真空(10-6pa)的環(huán)境給實(shí)現(xiàn)清理任務(wù)的機(jī)械臂末端執(zhí)行器-手爪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)了困難。而在現(xiàn)有的工業(yè)產(chǎn)品中很難找到一種適用于該環(huán)境的機(jī)械手爪結(jié)構(gòu)。
[0003]目前國(guó)內(nèi)外在復(fù)雜環(huán)境下的手爪設(shè)計(jì)一定的研究基礎(chǔ)，比如應(yīng)用在太空、深海或粉塵環(huán)境下的手爪都有較多成功的案例。但已有的設(shè)計(jì)無(wú)法同時(shí)滿(mǎn)足手爪的結(jié)構(gòu)尺寸以及EAST裝置高溫和不破壞真空環(huán)境的要求。
[0004]
【發(fā)明內(nèi)容】
本發(fā)明的目的是提供一種用于真空環(huán)境下的機(jī)械手爪，以適用于托卡馬克真空室高溫真空環(huán)境，其采用滾珠絲杠傳動(dòng)，效率高、夾持力大，采用焊接波紋管密封，結(jié)構(gòu)緊湊，保證其不污染真空環(huán)境，也可應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域，尤其適合在高真空、水下或粉塵環(huán)境下對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行抓取操作。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
一種用于真空環(huán)境下的機(jī)械手爪，其特征在于:包括有通管形的中心軸沿左右水平方向設(shè)置的驅(qū)動(dòng)盒，驅(qū)動(dòng)盒左端、右端盒口外周分別設(shè)有環(huán)臺(tái)，且驅(qū)動(dòng)盒左端盒口及環(huán)臺(tái)上法蘭連接有密封法蘭，驅(qū)動(dòng)盒右端盒口及環(huán)臺(tái)上蓋合安裝有主密封蓋，驅(qū)動(dòng)盒內(nèi)上部從左向右依次安裝有編碼器、電機(jī)、減速器，所述電機(jī)上貼設(shè)有溫度傳感器，編碼器安裝在電機(jī)主軸左端，電機(jī)主軸右端與減速器傳動(dòng)連接，所述減速器右側(cè)通過(guò)減速器法蘭固定在驅(qū)動(dòng)盒內(nèi)，減速器輸出軸向右指向主密封蓋，且減速器輸出軸上安裝有齒輪一，齒輪一右側(cè)中心設(shè)有凸臺(tái)，主密封蓋上對(duì)應(yīng)齒輪一位置固定有滾針軸承一，且齒輪一右側(cè)的凸臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在滾針軸承一中，所述密封法蘭上對(duì)應(yīng)編碼器位置設(shè)有密封接頭一，所述編碼器的輸出線(xiàn)、溫度傳感器的輸出線(xiàn)、電機(jī)的電線(xiàn)分別從密封接頭一引出；
所述驅(qū)動(dòng)盒內(nèi)下部安裝有波紋管組件，所述波紋管組件由筒形部件、波紋管膜片構(gòu)成，其中筒形部件中心軸沿左右水平方向設(shè)置，筒形部件左端中心向左連接有連接柱，所述密封法蘭對(duì)應(yīng)連接柱左端位置設(shè)有密封接頭二，所述連接柱左端安裝在密封法蘭上對(duì)應(yīng)位置的密封接頭二中，且連接柱左端固定有鋼絲繩，鋼絲繩從密封接頭二中穿出，所述波紋管膜片套在連接柱上，且波紋管膜片右端與筒形部件左端固定連接，波紋管膜片左端與密封法蘭固定連接，筒形部件內(nèi)同軸轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置有滾珠絲杠，滾珠絲杠左端轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在連接柱中，滾珠絲杠右端從筒形部件穿出，位于筒形部件內(nèi)的滾珠絲杠上螺合安裝有絲杠螺母，且絲杠螺母右端與筒形部件右端之間通過(guò)平鍵連接，所述滾珠絲杠穿過(guò)筒形部件的右端上安裝有齒輪二，所述齒輪二與齒輪一傳動(dòng)嚙合，齒輪二右側(cè)中心設(shè)有凸臺(tái)，主密封蓋上對(duì)應(yīng)齒輪二位置固定有滾針軸承二，且齒輪二右側(cè)的凸臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在滾針軸承二中，滾珠絲杠上靠近齒輪二位置設(shè)有軸肩，驅(qū)動(dòng)盒內(nèi)下部位于滾珠絲杠上軸肩左、右側(cè)分別設(shè)有推力球軸承，兩推力球軸承分別套在滾珠絲杠上并與滾珠絲杠相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)配合；
所述驅(qū)動(dòng)盒前側(cè)方向的密封法蘭、主密封蓋之間連接有主體平臺(tái)，主體平臺(tái)的臺(tái)面豎向設(shè)置，且主體平臺(tái)臺(tái)面上位于上、下側(cè)分別垂直連接有安裝板，兩安裝板分別平行于主體平臺(tái)上、下側(cè)，且兩安裝板左端分別越過(guò)密封法蘭后向下彎曲；
還包括沿前后方向設(shè)置的主動(dòng)連桿、夕卜連桿一、從動(dòng)連桿、夕卜連桿二，其中外連桿一后端與一個(gè)外連桿滑輪同軸轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在兩安裝板之間左端，主動(dòng)連桿后端與一個(gè)主動(dòng)連桿滑輪、一個(gè)不完全齒輪狀的主動(dòng)連桿齒輪同軸轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在兩安裝板之間左側(cè)，外連桿二后端轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在兩安裝板之間右端嗎，從動(dòng)連桿后端與一個(gè)不完全齒輪狀的從動(dòng)連桿齒輪同軸轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在兩安裝板之間右側(cè)，且從動(dòng)連桿齒輪與主動(dòng)連桿齒輪之間傳動(dòng)嚙合，所述鋼絲繩繞過(guò)外連桿滑輪后纏繞并固定在主動(dòng)連桿滑輪上，所述主動(dòng)連桿和外連桿一前端之間、從動(dòng)連桿和外連桿二前端之間分別連接有手指組件，所述主動(dòng)連桿、從動(dòng)連桿上側(cè)或下側(cè)還分別與主體平臺(tái)上對(duì)應(yīng)側(cè)安裝板之間連接有復(fù)位彈簧。
[0006]所述的一種用于真空環(huán)境下的機(jī)械手爪，其特征在于:每側(cè)的手指組件分別包括一對(duì)近似L形的手指框板構(gòu)成的手指框板對(duì)，左側(cè)手指框板對(duì)中兩手指框板的L形底邊分別通過(guò)銷(xiāo)接軸銷(xiāo)接在主動(dòng)連桿、外連桿一的前端上、下側(cè)上，右側(cè)手指框板對(duì)中兩手指框板的L形底邊分別通過(guò)銷(xiāo)接軸銷(xiāo)接在從動(dòng)連桿、外連桿二的前端上、下側(cè)上，兩側(cè)手指框板對(duì)豎邊相對(duì)，每側(cè)手指框板對(duì)的豎邊分別緊貼設(shè)置有柔性板，每側(cè)手指框板對(duì)的豎邊中間分別設(shè)有滑槽，所述柔性板上垂直連接有連接柱，且連接柱穿過(guò)對(duì)應(yīng)手指框板對(duì)豎邊的滑槽并伸入兩手指框板之間，每個(gè)手指框板對(duì)中，兩手指框板之間位于連接柱前、后方分別設(shè)置有壓簧座，前、后方的壓簧座分別向連接柱水平連接有壓簧，前方壓簧的后端、后方壓簧的前端分別連接有壓座，且壓座分別通過(guò)弧形槽卡在連接柱前、后側(cè)上，每個(gè)手指框板對(duì)中，兩手指框板上位于連接柱柱端上、下側(cè)還分別設(shè)置有壓片座，兩壓片座之間連接有嵌入連接柱柱端的壓片。
[0007]所述的一種用于真空環(huán)境下的機(jī)械手爪，其特征在于:滾珠絲杠上軸肩右側(cè)的推力球軸承與齒輪二之間設(shè)有套在滾珠絲杠上的軸承擋板。
[0008]所述的一種用于真空環(huán)境下的機(jī)械手爪，其特征在于:兩安裝板中位于外連桿滑輪、主動(dòng)連桿滑輪之間還轉(zhuǎn)動(dòng)安裝有過(guò)渡輪，所述鋼絲繩依次繞過(guò)外連桿滑輪、過(guò)渡輪后纏繞并固定在主動(dòng)連桿滑輪上。
[0009]所述的一種用于真空環(huán)境下的機(jī)械手爪，其特征在于:所述波紋管組件中，筒形部件上在中心對(duì)稱(chēng)位置分別安裝有滾珠銷(xiāo)，所述驅(qū)動(dòng)盒盒壁上對(duì)應(yīng)滾珠銷(xiāo)位置設(shè)有沿左右方向水平延伸的滑槽，且筒形部件上的滾珠銷(xiāo)滑動(dòng)安裝在驅(qū)動(dòng)盒盒壁上的滑槽中。
[0010]所述的一種用于真空環(huán)境下的機(jī)械手爪，其特征在于:所述密封法蘭、主密封蓋與對(duì)應(yīng)側(cè)的環(huán)臺(tái)之間分別設(shè)有0型密封圈。
[0011]所述的一種用于真空環(huán)境下的機(jī)械手爪，其特征在于:所述的電機(jī)采用耐高溫直流電機(jī)。
[0012]所述的一種用于真空環(huán)境下的機(jī)械手爪，其特征在于:所述的編碼器采用絕對(duì)式編碼器，通過(guò)測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度來(lái)計(jì)算出手指的開(kāi)合距離，溫度傳感器采用貼片式鉑電阻溫度傳感器，用于檢測(cè)電機(jī)表面溫度，防止電機(jī)在高溫環(huán)境運(yùn)行下燒毀。
[0013]所述的一種用于真空環(huán)境下的機(jī)械手爪，其特征在于:所述的不完全齒輪為完整齒輪的一部分，根據(jù)手爪的開(kāi)合范圍確定非完整齒輪的扇形區(qū)域的大小。
[0014]本發(fā)明中滾珠絲杠精度高、承受載荷大，電機(jī)機(jī)動(dòng)力經(jīng)減速器、一對(duì)齒輪和滾珠絲杠進(jìn)行傳輸后，輸出扭矩大大增加。滾珠絲杠將減速器輸出的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為絲杠螺母的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)推力球軸承安裝在滾珠絲杠兩側(cè)用于軸向限位并承受軸向負(fù)載。
[0015]本發(fā)明中波紋管組件包括筒形部件、波紋管膜片，筒形部件、密封法蘭分別與波紋管膜片焊接在一起，密封法蘭與驅(qū)動(dòng)盒通過(guò)螺栓固定并在接觸面安裝0型圈用于密封，筒形部件通過(guò)平鍵與絲杠螺母連接，絲杠螺母做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)波紋管組件進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng)，將復(fù)雜的旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封轉(zhuǎn)換為簡(jiǎn)單的波紋管靜密封。
[0016]本發(fā)明中鋼絲繩一端與波紋管組件中筒形部件固定，另一端通過(guò)外連桿滑輪、過(guò)渡輪與主動(dòng)連桿上的主動(dòng)連桿滑輪部分固定在一起，將鋼絲繩的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成主動(dòng)連桿繞固定軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，主動(dòng)連桿通過(guò)其上的不完全齒輪與從動(dòng)連桿上的不完全齒輪嚙合。
[0017]本發(fā)明中不完全齒輪為完整齒輪的一部分，可根據(jù)手爪的開(kāi)合范圍確定非完整齒輪的扇形區(qū)域的大小，從而使整體結(jié)構(gòu)更加緊湊。
[0018]本發(fā)明中左手指組件和右手指組件結(jié)構(gòu)相同，包括手指框板對(duì)，銷(xiāo)接軸，柔性板，壓簧，壓片，連桿通過(guò)銷(xiāo)接軸與手指框板相連，可自由轉(zhuǎn)動(dòng)，柔性板與手指框板連接，允許小范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)和滑動(dòng)，壓簧在柔性板滑動(dòng)方向施加阻尼力，壓片在柔性板轉(zhuǎn)動(dòng)方向施加阻尼力，使手指在接觸物體時(shí)