專利名稱：一種水下電動(dòng)機(jī)械手關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水下機(jī)器人作業(yè)領(lǐng)域，具體地說是一種可覆蓋全海深、用于海洋作業(yè)
和取樣的水下電動(dòng)機(jī)械手關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
目前，在海洋開發(fā)領(lǐng)域，用于水下作業(yè)的商用水下機(jī)械手均為液壓驅(qū)動(dòng)。其優(yōu)點(diǎn)是 負(fù)載/自重比高、負(fù)載能力強(qiáng)，通過壓力補(bǔ)償，容易實(shí)現(xiàn)深海密封。但液壓驅(qū)動(dòng)的水下機(jī)械 手系統(tǒng)體積龐大，能量轉(zhuǎn)換率低，由于元器件限制及支持系統(tǒng)復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)小型化。為實(shí) 現(xiàn)高自主性的海洋作業(yè)，海底作業(yè)系統(tǒng)將逐漸由目前的由人遙控操作方式向自主/半自主 作業(yè)方式發(fā)展，即由自治水下機(jī)器人載體攜帶機(jī)械手進(jìn)行取樣和作業(yè)。對(duì)于自治水下機(jī)器 人系統(tǒng)，自身攜帶能源，從動(dòng)力和系統(tǒng)支持等方面考慮，無法配置液壓系統(tǒng)，要裝備機(jī)械手， 只能是電動(dòng)機(jī)械手。 水下電動(dòng)機(jī)械手與陸地上使用的電動(dòng)機(jī)械手有較大區(qū)別，除了大深度的密封難以 實(shí)現(xiàn)以外，常規(guī)的外部走線將增加水下系統(tǒng)出現(xiàn)故障的可能性，況且機(jī)械手的重量、尺寸等 機(jī)械方面還要受到其安裝載體的限制。為實(shí)現(xiàn)可接受的負(fù)載/自重量比、降低作業(yè)故障率， 并可實(shí)現(xiàn)大深度作業(yè)，需設(shè)計(jì)一種可覆蓋全海深、內(nèi)部走線的緊湊型機(jī)械手關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)已成 為亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種可覆蓋全海深、結(jié)構(gòu)緊湊、
內(nèi)部走線的水下電動(dòng)機(jī)械手關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)。 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的 本發(fā)明包括關(guān)節(jié)固定法蘭、齒輪箱、齒輪輸出軸承法蘭及旋轉(zhuǎn)輸出套筒，關(guān)節(jié)固定 法蘭與齒輪箱密封連接，齒輪輸出軸承法蘭密封安裝在齒輪箱的上方，在齒輪輸出軸承法 蘭的外部設(shè)有可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)輸出套筒；齒輪箱內(nèi)分別設(shè)有帶錐齒輪的齒輪輸入軸及齒 輪輸出軸，兩錐齒輪嚙合傳動(dòng)，齒輪輸入軸與安裝于關(guān)節(jié)固定法蘭內(nèi)的驅(qū)動(dòng)裝置相連接，旋 轉(zhuǎn)輸出套筒與齒輪輸出軸連動(dòng)。 其中所述齒輪輸出軸承法蘭上設(shè)有關(guān)節(jié)限位塊，旋轉(zhuǎn)輸出套筒上設(shè)有與關(guān)節(jié)限 位塊相對(duì)應(yīng)的突起，旋轉(zhuǎn)輸出套筒可相對(duì)齒輪輸出軸承法蘭在360。內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)；齒輪輸出軸 承法蘭的圓周外表面上設(shè)有沉孔，關(guān)節(jié)限位塊設(shè)置于沉孔內(nèi)；所述齒輪輸入軸的一端通過 軸承安裝在齒輪箱的齒輪箱蓋上，另一端由齒輪箱穿出與關(guān)節(jié)固定法蘭內(nèi)的驅(qū)動(dòng)裝置相連 接；齒輪輸入軸上安裝有第一錐齒輪及旋轉(zhuǎn)電位計(jì)；旋轉(zhuǎn)電位計(jì)由電位計(jì)本體止動(dòng)桿及電 位計(jì)中空軸組成，電位計(jì)中空軸固接在齒輪輸出軸上，電位計(jì)本體止動(dòng)桿套設(shè)于電位計(jì)中 空軸的外部，電位計(jì)本體止動(dòng)桿插入齒輪箱蓋上的限位孔中，電位計(jì)中空軸可相對(duì)電位計(jì) 本體止動(dòng)桿隨齒輪輸入軸旋轉(zhuǎn)；所述齒輪輸出軸的一端通過軸承與齒輪輸出軸承法蘭連 接、并插入齒輪箱內(nèi)固接有與第一錐齒輪嚙合傳動(dòng)的第二錐齒輪，另一端固接于旋轉(zhuǎn)輸出套筒上的后端蓋；齒輪輸出軸承法蘭與旋轉(zhuǎn)輸出套筒之間設(shè)有滑動(dòng)軸承；齒輪輸出軸承法 蘭與旋轉(zhuǎn)輸出套筒之間、滑動(dòng)軸承下方設(shè)有旋轉(zhuǎn)密封圈；機(jī)構(gòu)的外層固連處均為靜密封； 該關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)在關(guān)節(jié)固定法蘭、齒輪箱、齒輪輸出軸承法蘭及旋轉(zhuǎn)輸出套筒內(nèi)走線。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與積極效果為 1.結(jié)構(gòu)緊湊。本發(fā)明的電機(jī)、減速機(jī)組件為一體結(jié)構(gòu)，設(shè)置于關(guān)節(jié)固定法蘭內(nèi)；第
一錐齒輪和旋轉(zhuǎn)電位計(jì)共用一個(gè)齒輪輸入軸，避免了使用聯(lián)軸器帶來的軸向尺寸加大；采
用滑動(dòng)軸承，大大減小了整個(gè)關(guān)節(jié)的徑向尺寸；以上均使得設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊。 2.故障率低。本發(fā)明采用內(nèi)部走線，極大地降低了水下未知環(huán)境中工作出現(xiàn)故障
的可能性。 3.功能齊全。本發(fā)明的電機(jī)、減速機(jī)采用行星齒輪傳動(dòng)，可以大扭矩驅(qū)動(dòng)；通過旋 轉(zhuǎn)電位計(jì)進(jìn)行位置檢測(cè)；電機(jī)、減速機(jī)、旋轉(zhuǎn)電位計(jì)均可浸油使用，可以實(shí)現(xiàn)大深度水下作 業(yè)。 4.應(yīng)用范圍廣。本發(fā)明尺寸、作業(yè)深度和強(qiáng)度易擴(kuò)展，便于在水下電動(dòng)機(jī)械手及其 它作業(yè)工具上推廣安裝使用。 5.成本低。本發(fā)明不需要特殊加工和特殊零部件，磨損零部件易于更換。


圖1為本發(fā)明的外形結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為圖2中齒輪輸出軸承法蘭的結(jié)構(gòu)示意圖； 其中1為關(guān)節(jié)固定法蘭，2為電機(jī)，3為齒輪輸入軸，4為第一錐齒輪，5為第二錐 齒輪，6為齒輪箱，7為電位計(jì)本體止動(dòng)桿，8為電位計(jì)中空軸，9為齒輪箱蓋，10為齒輪輸出 軸，11為齒輪輸出軸承法蘭，12為旋轉(zhuǎn)密封圈，13為旋轉(zhuǎn)輸出套筒，14為滑動(dòng)軸承，15為后 端蓋，16為關(guān)節(jié)限位塊，17為突起，18為沉孔，19為減速機(jī)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。 如圖1、圖2所示，本發(fā)明外層包括腔體結(jié)構(gòu)件和蓋板結(jié)構(gòu)件，其中腔體結(jié)構(gòu)件包 括關(guān)節(jié)固定法蘭1、齒輪箱6、齒輪輸出軸承法蘭11及旋轉(zhuǎn)輸出套筒13，蓋板結(jié)構(gòu)件包括齒 輪箱蓋9和后端蓋15，齒輪箱蓋密封固接于齒輪箱6上，后端蓋15固接于旋轉(zhuǎn)輸出套筒13 的頂部。關(guān)節(jié)固定法蘭1與齒輪箱6密封連接，齒輪輸出軸承法蘭11密封安裝在齒輪箱6 的上方，在齒輪輸出軸承法蘭11的外部設(shè)有可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)輸出套筒13。齒輪箱6內(nèi) 分別設(shè)有齒輪輸入軸3及齒輪輸出軸IO，齒輪輸入軸3的一端通過鑲嵌在齒輪箱蓋9內(nèi)的 深溝球軸承安裝在齒輪箱6的齒輪箱蓋9上，另一端由齒輪箱6穿出與關(guān)節(jié)固定法蘭1內(nèi) 的驅(qū)動(dòng)裝置相連接；驅(qū)動(dòng)裝置由電機(jī)2及減速機(jī)19組成，分別固設(shè)在關(guān)節(jié)固定法蘭1的腔 內(nèi)，齒輪輸入軸3與減速機(jī)19輸出軸鍵連接。齒輪輸入軸3上安裝有第一錐齒輪4及旋轉(zhuǎn) 電位計(jì)，第一錐齒輪4與齒輪輸入軸3鍵連接；旋轉(zhuǎn)電位計(jì)用于檢測(cè)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)角度， 由電位計(jì)本體止動(dòng)桿7及電位計(jì)中空軸8組成，電位計(jì)中空軸8固接在齒輪輸出軸3上，電 位計(jì)本體止動(dòng)桿7套設(shè)于電位計(jì)中空軸8的外部，電位計(jì)本體止動(dòng)桿7插入齒輪箱蓋9上
4的限位孔中，電位計(jì)中空軸8可相對(duì)電位計(jì)本體止動(dòng)桿7隨齒輪輸入軸3旋轉(zhuǎn)。齒輪輸出 軸10與齒輪輸入軸3垂直，齒輪輸出軸10的一端通過軸承與齒輪輸出軸承法蘭11連接， 由齒輪輸出軸承法蘭11穿過后插入齒輪箱6內(nèi)，該端鍵連接有與第一錐齒輪4嚙合傳動(dòng)的 第二錐齒輪5，另一端通過平鍵連接于旋轉(zhuǎn)輸出套筒13頂部的后端蓋15，旋轉(zhuǎn)輸出套筒13 通過后端蓋15與齒輪輸出軸10連動(dòng)。 如圖3所示，齒輪輸出軸承法蘭11的圓周外表面上設(shè)有沉孔18，沉孔18內(nèi)固設(shè)有
關(guān)節(jié)限位塊16，關(guān)節(jié)限位塊16外露于沉孔18的部分起到限位作用，用于限制關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的旋
轉(zhuǎn)范圍；旋轉(zhuǎn)輸出套筒13上設(shè)有與關(guān)節(jié)限位塊16相對(duì)應(yīng)的突起17，關(guān)節(jié)限位塊16可阻擋
旋轉(zhuǎn)輸出套筒13上的突起17，限制旋轉(zhuǎn)輸出套筒13進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)。 齒輪輸出軸承法蘭11與旋轉(zhuǎn)輸出套筒13之間設(shè)有滑動(dòng)軸承14，滑動(dòng)軸承14外側(cè)
與旋轉(zhuǎn)輸出套筒13內(nèi)側(cè)形成過盈配合；齒輪輸出軸承法蘭11由滑動(dòng)軸承14內(nèi)側(cè)穿過，兩
者重合部分為間隙配合。 齒輪輸出軸承法蘭11與旋轉(zhuǎn)輸出套筒13之間、滑動(dòng)軸承14下方還設(shè)有旋轉(zhuǎn)密封 圈12，整個(gè)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)中只有此外為旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封，其余的機(jī)構(gòu)外層固連處均為靜密封，即0形 密封圈。如圖2中的A所示，關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)在關(guān)節(jié)固定法蘭1、齒輪箱6、齒輪輸出軸承法蘭11 及旋轉(zhuǎn)輸出套筒13內(nèi)走線。無論關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)工作與否，固接在關(guān)節(jié)固定法蘭1上的各部件均 保持不動(dòng)。 本發(fā)明的工作原理為 本發(fā)明的電機(jī)、減速機(jī)采用行星齒輪傳動(dòng)，工作時(shí)，電機(jī)2上電，電機(jī)2的輸出軸驅(qū) 動(dòng)減速機(jī)19，減速機(jī)19輸出軸驅(qū)動(dòng)齒輪輸入軸3旋轉(zhuǎn)，齒輪輸入軸3帶動(dòng)第一錐齒輪4和 電位計(jì)中空軸8旋轉(zhuǎn)；第一錐齒輪4通過與第二錐齒輪5的嚙合，驅(qū)動(dòng)第二錐齒輪5旋轉(zhuǎn)， 齒輪輸出軸10、后端蓋15、旋轉(zhuǎn)輸出套筒13及滑動(dòng)軸承14與第二錐齒輪5共同旋轉(zhuǎn)，使得 旋轉(zhuǎn)輸出套筒13與齒輪輸出軸承法蘭11形成相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)效果形成。
關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)在旋轉(zhuǎn)時(shí)，電位計(jì)中空軸8隨齒輪輸入軸3轉(zhuǎn)動(dòng)，電位計(jì)本體止動(dòng)桿7保 持不動(dòng)，用于檢測(cè)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度；齒輪輸出軸承法蘭11上的關(guān)節(jié)限位塊16阻擋旋轉(zhuǎn)輸出 套筒13的突起17，限制旋轉(zhuǎn)輸出套筒13進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)，保護(hù)內(nèi)部走線。
本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電位計(jì)為市購(gòu)產(chǎn)品，可購(gòu)置于美國(guó)Novotechnik公司生產(chǎn)的型 號(hào)為WAL300的電位計(jì)；滑動(dòng)軸承也為市購(gòu)產(chǎn)品，可購(gòu)置于德國(guó)igus公司生產(chǎn)的型號(hào)為 GFM-5055-10的滑動(dòng)軸承。
權(quán)利要求
一種水下電動(dòng)機(jī)械手關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于包括關(guān)節(jié)固定法蘭(1)、齒輪箱(6)、齒輪輸出軸承法蘭(11)及旋轉(zhuǎn)輸出套筒(13)，關(guān)節(jié)固定法蘭(1)與齒輪箱(6)密封連接，齒輪輸出軸承法蘭(11)密封安裝在齒輪箱(6)的上方，在齒輪輸出軸承法蘭(11)的外部設(shè)有可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)輸出套筒(13)；齒輪箱(6)內(nèi)分別設(shè)有帶錐齒輪的齒輪輸入軸(3)及齒輪輸出軸(10)，兩錐齒輪嚙合傳動(dòng)，齒輪輸入軸(3)與安裝于關(guān)節(jié)固定法蘭(1)內(nèi)的驅(qū)動(dòng)裝置相連接，旋轉(zhuǎn)輸出套筒(13)與齒輪輸出軸(10)連動(dòng)。
2. 按權(quán)利要求1所述的水下電動(dòng)機(jī)械手關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述齒輪輸出軸承法 蘭(11)上設(shè)有關(guān)節(jié)限位塊(16)，旋轉(zhuǎn)輸出套筒(13)上設(shè)有與關(guān)節(jié)限位塊(16)相對(duì)應(yīng)的突 起(17)，旋轉(zhuǎn)輸出套筒(13)可相對(duì)齒輪輸出軸承法蘭(11)在360°內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。
3. 按權(quán)利要求2所述的水下電動(dòng)機(jī)械手關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述齒輪輸出軸承法 蘭(11)的圓周外表面上設(shè)有沉孔(18)，關(guān)節(jié)限位塊(16)設(shè)置于沉孔(18)內(nèi)。
4. 按權(quán)利要求l所述的水下電動(dòng)機(jī)械手關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述齒輪輸入軸(3) 的一端通過軸承安裝在齒輪箱(6)的齒輪箱蓋(9)上，另一端由齒輪箱(6)穿出與關(guān)節(jié)固 定法蘭(1)內(nèi)的驅(qū)動(dòng)裝置相連接；齒輪輸入軸(3)上安裝有第一錐齒輪(4)及旋轉(zhuǎn)電位計(jì)。
5. 按權(quán)利要求4所述的水下電動(dòng)機(jī)械手關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)電位計(jì)由電 位計(jì)本體止動(dòng)桿(7)及電位計(jì)中空軸(8)組成，電位計(jì)中空軸(8)固接在齒輪輸出軸(3) 上，電位計(jì)本體止動(dòng)桿(7)套設(shè)于電位計(jì)中空軸(8)的外部，電位計(jì)本體止動(dòng)桿(7)插入齒 輪箱蓋(9)上的限位孔中，電位計(jì)中空軸(8)可相對(duì)電位計(jì)本體止動(dòng)桿(7)隨齒輪輸入軸 (3)旋轉(zhuǎn)。
6. 按權(quán)利要求1或4所述的水下電動(dòng)機(jī)械手關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述齒輪輸出軸 (10)的一端通過軸承與齒輪輸出軸承法蘭(11)連接、并插入齒輪箱(6)內(nèi)固接有與第一錐 齒輪(4)嚙合傳動(dòng)的第二錐齒輪(5)，另一端固接于旋轉(zhuǎn)輸出套筒(13)上的后端蓋(15)。
7. 按權(quán)利要求1所述的水下電動(dòng)機(jī)械手關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述齒輪輸出軸承法 蘭(11)與旋轉(zhuǎn)輸出套筒(13)之間設(shè)有滑動(dòng)軸承(14)。
8. 按權(quán)利要求7所述的水下電動(dòng)機(jī)械手關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述齒輪輸出軸承法 蘭(11)與旋轉(zhuǎn)輸出套筒(13)之間、滑動(dòng)軸承(14)下方設(shè)有旋轉(zhuǎn)密封圈(12)。
9. 按權(quán)利要求1所述的水下電動(dòng)機(jī)械手關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述機(jī)構(gòu)的外層固連 處均為靜密封。
10. 按權(quán)利要求1所述的水下電動(dòng)機(jī)械手關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于該關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)在關(guān)節(jié)固定法蘭(1)、齒輪箱(6)、齒輪輸出軸承法蘭(11)及旋轉(zhuǎn)輸出套筒(13)內(nèi)走線。
全文摘要
本發(fā)明涉及水下機(jī)器人作業(yè)領(lǐng)域，具體地說是一種可覆蓋全海深、用于海洋作業(yè)和取樣的水下電動(dòng)機(jī)械手關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，包括關(guān)節(jié)固定法蘭、齒輪箱、齒輪輸出軸承法蘭及旋轉(zhuǎn)輸出套筒，關(guān)節(jié)固定法蘭與齒輪箱密封連接，齒輪輸出軸承法蘭密封安裝在齒輪箱的上方，在齒輪輸出軸承法蘭的外部設(shè)有可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)輸出套筒；齒輪箱內(nèi)分別設(shè)有帶錐齒輪的齒輪輸入軸及齒輪輸出軸，兩錐齒輪嚙合傳動(dòng)，齒輪輸入軸與安裝于關(guān)節(jié)固定法蘭內(nèi)的驅(qū)動(dòng)裝置相連接，旋轉(zhuǎn)輸出套筒與齒輪輸出軸連動(dòng)。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)緊湊、故障率低、功能齊全、應(yīng)用范圍廣、成本低等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B25J17/00GK101745918SQ20081022997
公開日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2008年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月19日
發(fā)明者張奇峰, 張?bào)糜? 張艾群 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所