專利名稱：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：
本實(shí)用新型涉及水下機(jī)器人作業(yè)領(lǐng)域，具體地說(shuō)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(kāi)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(guò)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(wú)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(wèn)題。

實(shí)用新型內(nèi)容
為了解決上述存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型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)。
本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的 本實(shí)用新型包括關(guān)節(jié)固定法蘭、齒輪箱、齒輪輸出軸承法蘭及旋 轉(zhuǎn)輸出套簡(jiǎn)，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)輸出套簡(jiǎn)；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)輸出套簡(jiǎn)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)輸出套簡(jiǎn) 上設(shè)有與關(guān)節(jié)限位塊相對(duì)應(yīng)的突起，旋轉(zhuǎn)輸出套簡(jiǎn)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(guò)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(guò)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)輸出套簡(jiǎn)上的后端蓋；齒輪輸出軸 承法蘭與旋轉(zhuǎn)輸出套簡(jiǎn)之間設(shè)有滑動(dòng)軸承；齒輪輸出軸承法蘭與旋轉(zhuǎn) 輸出套簡(jiǎn)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。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)與積極效果為
1. 結(jié)構(gòu)緊湊。本實(shí)用新型的電機(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(lái)的軸向尺寸加大；釆用滑動(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。本實(shí)用新型釆用內(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。本實(shí)用新型的電機(jī)、減速機(jī)釆用行星齒輪傳動(dòng)， 可以大扭矩驅(qū)動(dòng)；通過(guò)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。本實(shí)用新型尺寸、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。本實(shí)用新型不需要特殊加工和特殊零部件，磨損零 部件易于更換。


圖l為本實(shí)用新型的外形結(jié)構(gòu)示意圖2為本實(shí)用新型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖3為圖2中齒輪輸出軸承法蘭的結(jié)構(gòu)示意其中l(wèi)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)輸出套簡(jiǎn)，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)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳述。
如圖l、圖2所示，本實(shí)用新型外層包括腔體結(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)輸出套簡(jiǎn)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)輸出套簡(jiǎn)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)輸出套簡(jiǎn)13。齒輪箱6內(nèi)分別設(shè)有齒輪輸入軸3 及齒輪輸出軸10，齒輪輸入軸3的一端通過(guò)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l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(guò)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(guò)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(guò)平鍵連接于旋轉(zhuǎn)輸出套簡(jiǎn)13頂部的后端蓋15,旋 轉(zhuǎn)輸出套簡(jiǎn)13通過(guò)后端蓋15與齒輪輸出軸IO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)輸出套簡(jiǎn)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)輸出套簡(jiǎn)13上的突起17，限制旋轉(zhuǎn)輸出套簡(jiǎn)13進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)。
齒輪輸出軸承法蘭11與旋轉(zhuǎn)輸出套簡(jiǎn)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)輸出套簡(jiǎn)13內(nèi)側(cè)形成過(guò)盈配合；齒輪輸出軸 承法蘭ll由滑動(dòng)軸承14內(nèi)側(cè)穿過(guò)，兩者重合部分為間隙配合。
齒輪輸出軸承法蘭11與旋轉(zhuǎn)輸出套簡(jiǎn)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O形密封圈。如圖2中的A所
6示，關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)在關(guān)節(jié)固定法蘭l、齒輪箱6、齒輪輸出軸承法蘭ll及
旋轉(zhuǎn)輸出套簡(jiǎn)13內(nèi)走線。無(wú)論關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)工作與否，固接在關(guān)節(jié)固定
法蘭l上的各部件均保持不動(dòng)。
本實(shí)用新型的工作原理為
本實(shí)用新型的電機(jī)、減速機(jī)釆用行星齒輪傳動(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(guò)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IO、后端蓋15、旋轉(zhuǎn)輸出套簡(jiǎn)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)輸出套簡(jiǎn)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)輸出套簡(jiǎn)13的突起17，限制旋 轉(zhuǎn)輸出套簡(jiǎn)13進(jìn)行360。旋轉(zhuǎn)，保護(hù)內(nèi)部走線。
本實(shí)用新型的旋轉(zhuǎn)電位計(jì)為巿購(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)軸承也為巿 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1.一種水下電動(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 所述齒輪輸出軸承法蘭(11)上設(shè)有關(guān)節(jié)限位塊(16)，旋轉(zhuǎn)輸出套 簡(jiǎn)(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 套簡(jiǎn)(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(guò)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(guò)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)輸出套簡(jiǎn)(13)上的后端蓋(15)。
7. 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)輸出套簡(jiǎn)(13)之間、滑動(dòng)軸承(14)下方設(shè)有旋轉(zhuǎn)密封圈(U)。
9. 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)輸出套簡(jiǎn)(13)內(nèi)走線。
專利摘要本實(shí)用新型涉及水下機(jī)器人作業(yè)領(lǐng)域，具體地說(shuō)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)。本實(shí)用新型具有結(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)B25J19/00GK201329586SQ200820231888
公開(kāi)日2009年10月21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(yáng)自動(dòng)化研究所