專利名稱：水下電動機械手旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及機器人工程，具體地說是一種用于海洋開發(fā)和取樣的水下電動機械手旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
目前，在海洋油氣勘探開發(fā)領(lǐng)域，用于水下作業(yè)的商用水下機械手均為液壓驅(qū)動。其優(yōu)點是負(fù)載/自重比高、負(fù)載能力強，通過壓力補償，容易實現(xiàn)深海密封。但液壓機械手系統(tǒng)體積龐大，能量轉(zhuǎn)換率低，由于元器件限制及需要復(fù)雜的支持系統(tǒng)，難以實現(xiàn)小型化。為實現(xiàn)高機動性的海洋取樣和高效率的水下作業(yè)，海底作業(yè)系統(tǒng)將逐漸由目前的主/從遙控操作方式向自主/半自主作業(yè)方式發(fā)展，即由自治水下機器人載體攜帶機械手進(jìn)行取樣和作業(yè)，對于自治水下機器人系統(tǒng)，自身攜帶能源，因此，從動力、效率和系統(tǒng)支持等方面考慮，無法配置液壓系統(tǒng)，要裝具機械手，只能是電動機械手。
水下電動機械手與陸地上使用的電動機械手有較大區(qū)別，除了大深度的密封難以實現(xiàn)以外，外部走線將增加水下系統(tǒng)出現(xiàn)故障的可能性，況且機械手的重量、尺寸等機械方面還要受到其安裝載體的限制，為實現(xiàn)可接受的負(fù)載/自重量比，必須設(shè)計緊湊的機械手驅(qū)動關(guān)節(jié)。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、高效率的水下電動機械手關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)。
本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的本實用新型包括靜止端外殼、動靜外殼過渡件及從動端外殼，中心軸依次由三者中間穿過，靜止端外殼的一端固接有靜止端端蓋，另一端與動靜外殼過渡件相連接，從動端外殼的一端固接有從動端端蓋，另一端抵接在動靜外殼過渡件上；在中心軸上分別套接有制動器、力矩電機組件、諧波減速器組件及旋轉(zhuǎn)編碼器，緊固螺母位于旋轉(zhuǎn)編碼器與諧波減速器組件之間，與中心軸螺紋連接，保持靜止端與從動端連接為一體。
其中所述制動器容置在靜止端端蓋與靜止端外殼所形成的空間內(nèi)，包括上電可旋轉(zhuǎn)部分及固定本體，上電可旋轉(zhuǎn)部分套接在中心軸上，固定本體固接在靜止端外殼上；所述力矩電機組件位于靜止端外殼與動靜外殼過渡件之間，包括定子及轉(zhuǎn)子，定子固接在靜止端外殼上，轉(zhuǎn)子固定在中心軸上、與中心軸聯(lián)動；所述諧波減速器組件位于從動端外殼與動靜外殼過渡件之間，包括諧波發(fā)生器、鋼輪及柔輪，諧波發(fā)生器套接在中心軸上、與中心軸聯(lián)動，鋼輪固接在動靜外殼過渡件上，柔輪固定在從動端外殼上，與諧波發(fā)生器相嚙合；所述旋轉(zhuǎn)編碼器容置在從動端端蓋與從動端外殼所形成的空間內(nèi)，包括中心軸套及編碼器本體，中心軸套固定在中心軸上，與中心軸聯(lián)動，編碼器本體固接在從動端外殼上；在從動端外殼與動靜外殼過渡件相接處加設(shè)有旋轉(zhuǎn)組合密封圈；在靜止端外殼及從動端外殼的一側(cè)分別開有用于連接關(guān)節(jié)桿的連接孔。
本實用新型的優(yōu)點與積極效果為1.結(jié)構(gòu)緊湊。本實用新型的力矩電機只采用了定子、轉(zhuǎn)子，諧波減速器只采用了諧波發(fā)生器、鋼輪、柔輪等核心組件，制動器、編碼器采用軸套式，這四個核心部件共用一個中心軸，避免使用聯(lián)軸器帶來的軸向尺寸加大；低回差、大減速比、小型化、同軸輸出諧波減速器的采用避免了結(jié)構(gòu)徑向尺寸的加大，進(jìn)而使整個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)尺寸減小，結(jié)構(gòu)緊湊。
2.故障率低。本實用新型可采用中心軸軸孔內(nèi)部走線，極大地降低了水下系統(tǒng)出現(xiàn)故障的可能性。
3.功能齊全。本實用新型可以大扭矩驅(qū)動、制動；通過旋轉(zhuǎn)編碼器，能進(jìn)行速度、位置檢測；通過更換可以浸油的電機、傳感器，可以實現(xiàn)大深度水下作業(yè)；通過更換關(guān)節(jié)桿的相對安裝位置，可實現(xiàn)機械臂的擺動和回轉(zhuǎn)。
4.應(yīng)用范圍廣。本實用新型尺寸、作業(yè)深度和強度易擴展，便于在水下電動機械手及其它作業(yè)工具上推廣安裝使用。
5.成本低。本實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1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的A向局部示意圖；圖3為圖1的B向局部示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步詳述。
如圖1所示，本實用新型包括靜止端外殼3、動靜外殼過渡件5及從動端外殼8，中心軸12依次由三者中間穿過，靜止端外殼3的一端固接有靜止端端蓋1，另一端與動靜外殼過渡件5相連接，從動端外殼8的一端固接有從動端端蓋11，另一端抵接在動靜外殼過渡件5上。在中心軸12上從左至右依次套接有制動器2、力矩電機組件4、諧波減速器組件7及旋轉(zhuǎn)編碼器10。制動器2容置在靜止端端蓋1與靜止端外殼3所形成的空間內(nèi)，包括上電可旋轉(zhuǎn)部分21及固定本體22，上電可旋轉(zhuǎn)部分21通過鍵固定連接在中心軸12上，固定本體22固接在靜止端外殼3上。力矩電機組件4位于靜止端外殼3與動靜外殼過渡件5之間，包括定子41及轉(zhuǎn)子42，定子41固接在靜止端外殼3上，轉(zhuǎn)子42通過螺釘固定在中心軸12上、與中心軸12聯(lián)動。諧波減速器組件7位于從動端外殼8與動靜外殼過渡件5之間，包括諧波發(fā)生器71、鋼輪72及柔輪73，諧波發(fā)生器71套接在中心軸12上、與中心軸12聯(lián)動，鋼輪72固接在動靜外殼過渡件5上，柔輪73固定在從動端外殼8上，與諧波發(fā)生器71相嚙合。旋轉(zhuǎn)編碼器10容置在從動端端蓋11與從動端外殼所形成的空間內(nèi)，包括中心軸套101及編碼器本體102，中心軸套101通過螺釘固定在中心軸12上，與中心軸12聯(lián)動，編碼器本體102通過編碼器制動桿13固接在從動端外殼8上。緊固螺母9位于旋轉(zhuǎn)編碼器10與諧波減速器組件7之間，與中心軸12螺紋連接，通過緊固螺母9，可保持靜止端與從動端連接為一體，不互相脫離。在從動端外殼8與動靜外殼過渡件5相接處加設(shè)有旋轉(zhuǎn)組合密封圈6。在靜止端外殼3及從動端外殼8的一側(cè)分別開有用于連接關(guān)節(jié)桿的連接孔14。
本實用新型無論工作與否，固接在靜止端外殼3上的各部件均保持不動。本實用新型的工作原理為首先，制動器2上電，制動器2的上電可旋轉(zhuǎn)部分21脫離制動器本體22，恢復(fù)中心軸12與靜止端外殼3的相對可旋轉(zhuǎn)關(guān)系。
然后，對力矩電機組件4供電，力矩電機的轉(zhuǎn)子42旋轉(zhuǎn)，帶動中心軸12轉(zhuǎn)動，再由中心軸12帶動與其聯(lián)動的諧波發(fā)生器71、緊固螺母9及旋轉(zhuǎn)編碼器10的中心軸套101高速旋轉(zhuǎn)。
再后，調(diào)整旋轉(zhuǎn)的諧波發(fā)生器71通過與柔輪73的嚙合傳動，使柔輪73低速大扭矩轉(zhuǎn)動，進(jìn)而帶動從動端外殼8以及與其相固接的部件一起旋轉(zhuǎn)。
最后，停止對力矩電機、制動器供電，制動器2的上電可旋轉(zhuǎn)部分21緊扣制動器的固定本體22，中心軸12與靜止端外殼3相對固定，整個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)停止工作，全部相對靜止。
綜上所述，為實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的緊湊，本實用新型的力矩電機組件4及諧波減速器組件7只采用了核心組件，制動器2、旋轉(zhuǎn)編碼器10采用軸套式，這四個核心部件共用一個中心軸12，避免使用聯(lián)軸器帶來的軸向尺寸加大。低回差、大減速比、小型化、同軸輸出諧波減速器組件7的采用避免了結(jié)構(gòu)徑向尺寸的加大。為了平衡關(guān)節(jié)靜止端、從動端的尺寸，本實用新型將旋轉(zhuǎn)編碼器10置于從動端，其中心軸套101隨中心軸12高速旋轉(zhuǎn)的同時，編碼器本體102隨關(guān)節(jié)的從動端外殼8低速旋轉(zhuǎn)，但并不影響測量精度，只是改變了減速器比。整個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的密封為旋轉(zhuǎn)組合密封圈6的位置一處，對于淺海作業(yè)，不需充油、單層密封即可，對于深海作業(yè)，可采用雙層密封或進(jìn)行充油補償。由于關(guān)節(jié)的靜止端、從動端相對旋轉(zhuǎn)，不易實現(xiàn)電纜互通，只要尺寸允許，本實用新型可以通過中心軸軸孔實現(xiàn)兩側(cè)電纜互通，實現(xiàn)內(nèi)部走線。
本實用新型可通過旋轉(zhuǎn)編碼器10進(jìn)行速度、位置檢測。按圖2、圖3所示的連接孔14的位置安裝關(guān)節(jié)桿，可實現(xiàn)機械手的擺動。沿旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸向?qū)㈥P(guān)節(jié)桿安裝在靜止端端蓋1和從動端端蓋11處，可實現(xiàn)機械手繞軸線的回轉(zhuǎn)。
權(quán)利要求1.一種水下電動機械手旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在于包括靜止端外殼(3)、動靜外殼過渡件(5)及從動端外殼(8)，中心軸(12)依次由三者中間穿過，靜止端外殼(3)的一端固接有靜止端端蓋(1)，另一端與動靜外殼過渡件(5)相連接，從動端外殼(8)的一端固接有從動端端蓋(11)，另一端抵接在動靜外殼過渡件(5)上；在中心軸(12)上分別套接有制動器(2)、力矩電機組件(4)、諧波減速器組件(7)及旋轉(zhuǎn)編碼器(10)，緊固螺母(9)位于旋轉(zhuǎn)編碼器(10)與諧波減速器組件(7)之間，與中心軸(12)螺紋連接，保持靜止端與從動端連接為一體。
2.按權(quán)利要求1所述的水下電動機械手旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述制動器(2)容置在靜止端端蓋(1)與靜止端外殼(3)所形成的空間內(nèi)，包括上電可旋轉(zhuǎn)部分(21)及固定本體(22)，上電可旋轉(zhuǎn)部分(21)套接在中心軸(12)上，固定本體(22)固接在靜止端外殼(3)上。
3.按權(quán)利要求1所述的水下電動機械手旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述力矩電機組件(4)位于靜止端外殼(3)與動靜外殼過渡件(5)之間，包括定子(41)及轉(zhuǎn)子(42)，定子(41)固接在靜止端外殼(3)上，轉(zhuǎn)子(42)固定在中心軸(12)上、與中心軸(12)聯(lián)動。
4.按權(quán)利要求1所述的水下電動機械手旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述諧波減速器組件(7)位于從動端外殼(8)與動靜外殼過渡件(5)之間，包括諧波發(fā)生器(71)、鋼輪(72)及柔輪(73)，諧波發(fā)生器(71)套接在中心軸(12)上、與中心軸(12)聯(lián)動，鋼輪(72)固接在動靜外殼過渡件(5)上，柔輪(73)固定在從動端外殼(8)上，與諧波發(fā)生器(71)相嚙合。
5.按權(quán)利要求1所述的水下電動機械手旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)編碼器(10)容置在從動端端蓋(11)與從動端外殼所形成的空間內(nèi)，包括中心軸套(101)及編碼器本體(102)，中心軸套(101)固定在中心軸(12)上，與中心軸(12)聯(lián)動，編碼器本體(102)固接在從動端外殼(8)上。
6.按權(quán)利要求1所述的水下電動機械手旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在于在從動端外殼(8)與動靜外殼過渡件(5)相接處加設(shè)有旋轉(zhuǎn)組合密封圈(6)。
7.按權(quán)利要求1所述的水下電動機械手旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在于在靜止端外殼(3)及從動端外殼(8)的一側(cè)分別開有用于連接關(guān)節(jié)桿的連接孔(14)。
專利摘要本實用新型涉及機器人工程，具體地說是一種用于海洋開發(fā)和取樣的水下電動機械手旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，包括靜止端外殼、動靜外殼過渡件及從動端外殼，中心軸依次由三者中間穿過，靜止端外殼的一端固接有靜止端端蓋，另一端與動靜外殼過渡件相連接，從動端外殼的一端固接有從動端端蓋，另一端抵接在動靜外殼過渡件上；在中心軸上分別套接有制動器、力矩電機組件、諧波減速器組件及旋轉(zhuǎn)編碼器，緊固螺母位于旋轉(zhuǎn)編碼器與諧波減速器組件之間，與中心軸螺紋連接，保持靜止端與從動端連接為一體。本實用新型具有結(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。
文檔編號B25J17/00GK2877987SQ20062009010
公開日2007年3月14日 申請日期2006年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月31日
發(fā)明者張奇峰, 張艾群, 張竺英 申請人:中國科學(xué)院沈陽自動化研究所