一種具有開放式結構的深海作業機械手的製作方法

2023-09-15 23:28:05

專利名稱：一種具有開放式結構的深海作業機械手的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種水下作業工具，具體涉及一種深海作業機械手，應用於深海 水下機器人、水下工程機械及水下裝備。
背景技術：
水下機械手是水下機器人、水下工程機械及水下裝備在水下作業時常常會使用的 重要作業系統。目前，水下液壓機械手及用於淺海的水下電驅動機械手技術已較成熟，但用 於深海的水下電驅動機械手技術尚未成熟，其主要原因之一在於深海環境下機械手結構的 複雜性降低了機械手本身的作業能力。機械手的載荷自重比是衡量機械手作業能力的重要 指標，對於工作於水下的機械手系統來說，由於其本身機械結構需要潤滑，因此機械手需要 有密封結構，機械手的工作深度越大，密封結構就會越複雜。這些密封結構增加了機械手的 自重，降低了其作業能力。

實用新型內容本實用新型的目的在於提供一種深海作業機械手，只需要很少的密封結構，具有 較輕的重量和較高的載荷自重比。一種具有開放式結構的深海作業機械手，包括迴轉集成關節、大臂集成關節、小臂 集成關節、手爪集成關節、大臂、小臂和手爪；各集成關節為封閉式結構，大臂和小臂為開放 式框架結構；迴轉集成關節通過迴轉支撐機構連接大臂，大臂連接小臂，迴轉集成關節用以 驅動大臂和小臂作迴轉運動；在迴轉支撐機構處分別設有大臂集成關節和小臂集成關節， 大臂集成關節連接大臂，用以驅動大臂起落運動；小臂集成關節通過設在大臂內部的第一 傳動機構連接小臂尾端，用以驅動小臂起落運動；小臂尾端處設有手爪集成關節，手爪集成 關節通過設在小臂內部的第二傳動機構連接固定於小臂首端處的手爪，用以驅動手爪開合 運動。所述第一傳動機構為同步帶傳動機構。所述第二傳動機構為螺旋傳動機構。本實用新型的有益效果是機械手結構採取具有一個迴轉自由度兩個起落自由度 及手爪開閉功能的三自由度四功能配置。採用防海水腐蝕自潤滑滑動軸承，大小臂均採用 開放式框架結構，而不是密封式結構，機械手的傳動部件安裝於中空的大小臂中，且零部件 均直接浸泡於海水中，避免了採用複雜的密封結構並有效利用了大小臂的內部空間；只在 作為獨立驅動單元的集成關節中使用密封結構。將大臂集成關節，小臂集成關節集中於大 臂末端，以減小大臂相對於大臂轉軸的轉動慣量，這樣可減小大臂集成關節所需的驅動力 矩。大臂集成關節通過驅動輪轂轉動以帶動大臂起落，小臂集成關節通過安裝於大臂中的 同步帶輪驅動小臂起落。手爪集成關節安裝在小臂末端，手爪集成關節驅動貫通小臂內部 的不鏽鋼絲槓轉動以驅動手爪開閉。整個裝置重量輕、體積小；載荷自重比大，作業能力強； 控制方便、控制精度高；連接可靠、裝拆方便；表面硬度大和抗海水腐蝕能力強；安裝靈活、 方便，可應用於水下機器人和水下工程機械。


[0007]圖1是機械手布置圖；圖2是機械手結構圖；圖3是機械手大臂末端關節配置；圖4是機械手大臂前端關節配置；圖5是機械手小臂前端結構。
具體實施方式
機械手布置如附圖1所示，機械手包括三個部件，即迴轉關節部件I、大臂部件II、 小臂部件III。其中迴轉關節部件I包含有迴轉集成關節1及支撐架8等零部件，大臂部 件II包含有大臂集成關節9、小臂集成關節57、大臂17等零部件，小臂部件III包含有手 爪集成關節49、小臂33、手爪38等零部件。整個機械手系統可通過迴轉集成關節1後部的 法蘭吊裝於水下機器人或水下工程機械上。迴轉集成關節中集成了電機及減速裝置，其輸出軸可帶動支撐結構轉動，大臂安 裝於支撐結構上，且大臂集成關節和小臂集成關節也分別安裝於支撐結構的前後兩端，當 支撐結構轉動時，大小臂即可隨之一起轉動。大臂集成關節中集成了電機及減速裝置，其輸出軸通過輪轂與大臂聯結，當大臂 集成關節輸出軸轉動時，可以帶動大臂作起落運動。大臂內部兩端分別安裝有兩根軸，兩根 軸上安裝有同步帶輪。小臂集成關節中也集成了電機及減速裝置，其輸出軸的運動和力矩通過同步帶輪 傳動到大臂前端的軸上。小臂安裝於該軸的末端並通過法蘭與該軸聯結，因此當小臂集成 關節電機轉動時，即可帶動小臂作起落運動。小臂內安裝有一傳動軸，其一端與手爪集成關 節的輸出軸聯結，另一端為螺杆。手爪集成關節同樣集成了電機和減速裝置，當其輸出軸轉動時，帶動小臂內的傳 動軸轉動，傳動軸末端的螺杆帶動螺母作直線運動，從而使手爪作開合運動。水下機械手裝置的具體結構如圖2所示。圖2所示的機械手各部分可用圖3，圖 4，圖5表示。如圖3，迴轉集成關節1可通過其末端法蘭吊裝於水下機器 或工程機械上，其前 端通過法蘭與迴轉關節連接盤3連接，滑動軸承2安裝於迴轉關節連接盤3上，用於支撐回 轉集成關節1的輸出軸，迴轉關節支撐盤5用螺栓安裝於迴轉關節連接盤3上，支撐架連接 筒6通過螺栓裝配於支撐架8上，且其內壁安裝有滑動軸承4，支撐架連接筒6通過翻邊滑 動軸承4的翻邊支撐於迴轉關節支撐盤5上，因此當迴轉集成關節1的輸出軸轉動時，通過 鍵7傳遞扭矩可以使支撐架連接筒6及支撐架8相對於迴轉關節支撐盤5相對轉動。與滾 動軸承比較起來，滑動軸承本身結構簡單重量輕便，這樣可以大大簡化機械手的結構，減輕 重量。迴轉集成關節1外部的所有連接關係均沒有專門的密封結構，而是直接工作於海水 中。大臂集成關節9、小臂集成關節55以及大臂17均安裝於支撐架8上。上述相關支撐部 件組成迴轉支撐機構在迴轉集成關節1的驅動下可實現機械手的迴轉運動。如上所述，大臂集成關節9由半圓夾緊套15夾緊安裝於支撐架8上，大臂集成關 節9的前端通過法蘭與大臂關節連接盤10連接，滑動軸承12安裝於大臂關節連接盤10上， 用於支撐大臂集成關節9的輸出軸，大臂集成關節連接盤10的外圓以滑動軸承14支撐在 大臂17上，大臂關節轂13用螺栓聯結於大臂17上，大臂集成關節9輸出軸轉動時，通過鍵11傳遞扭矩可以使大臂關節轂13及大臂17轉動，由此可實現大臂的起落運動。大臂17採 用末端開口且中空的結構。小臂集成關節外殼體51內安裝有滑動軸承52及翻邊滑動軸承56，小臂集成關節 57安裝於小臂集成關節外殼體51內並由滑動軸承52及翻邊滑動軸承56支撐，小臂集成關 節57相對於小臂集成關節外殼體51可以轉動。小臂集成關節外殼體51由半圓夾緊套50 夾緊安裝於支撐架8上。小臂集成關節57前端法蘭與小臂關節連接盤16用螺栓聯接，並 一起用螺栓聯接於大臂17上，小臂關節連接盤16內安裝有滑動軸承54用於支撐小臂集成 關節57的輸出軸，同步帶輪55安裝於小臂集成關節57的輸出軸上，小臂集成關節57的輸 出軸轉動時，通過鍵53傳遞扭矩可以帶動使同步帶輪55轉動。如圖4，大臂17的前端設計為開放式滑槽的形式，橫軸安裝架20通過滑槽安裝於 大臂17的前端，並可以在滑槽內前後滑動，橫軸24安裝在橫軸安裝架20上，並由滑動軸承 23和27支撐。橫軸24的下端有一臺階面與滑動軸承27的翻邊接觸，橫軸上端用螺釘21 將擋圈22固定在橫軸上部端頭，由此可限定橫軸24的軸向竄動。同步帶輪25安裝於橫軸 24上，同步帶輪55轉動時，通過同步帶18可帶動同步帶輪25轉動，並通過鍵19傳遞扭矩 可以帶動橫軸轉動。調節螺杆支撐盤26及調節螺杆支架31均安裝於大臂17的前端面，調節螺杆28 的兩端軸頸分別以支撐在調節螺杆支撐盤26及調節螺杆支架31上，其中部為梯形螺紋，橫 軸安裝架20的前端以螺釘29安裝螺母30，手動轉動調節螺杆28的右端方頭，可以帶動螺 母30及橫軸安裝架20在大臂17的滑槽內前後移動，從而可以改變橫軸24的位置以調節 同步帶輪的張緊力。調節到位後，用螺母32鎖緊。橫軸24的下端面與小臂連接殼體45聯結，小臂連接殼體45的前端面與小臂33 聯接，其後端面與手爪集成關節49的法蘭面聯結，小臂連接殼體45內安裝有滑動軸承48， 用以支撐手爪集成關節的輸出軸，小臂左端內安裝有滑動軸承44，用於支撐小臂內的長軸 34。手爪集成關節的輸出軸與小臂內的長軸34間用彈性聯軸器46連接，彈性聯軸器46的 右端以長軸34的臺階面定位，左端以軸套47定位。如圖5，手爪安裝支架42以法蘭安裝在小臂33的前端面上，長軸34在小臂33內 以滑動軸承43及44支撐，其前端為梯形螺杆，與滑塊螺母40配合，長軸轉動時可帶動滑塊 螺母40直線運動。長軸34以滑動軸承39和41支撐在手爪安裝支架42內。4個連杆35 連接在滑塊螺母40與手爪銷軸36間，滑塊螺母40直線運動時，帶動4個連杆35運動，從 而可以使上下手爪38繞其芯軸37作開閉運動。整個機械手為開放式結構，除集成化關節內部採用密封技術外，其餘機械結構均 不採用專門的密封結構，而是直接浸泡於海水中，從而有效簡化了機械手的結構；多數零部 件採用鋁合金製造，表面進行了硬質陽極氧化處理，提高了裝置外殼的表面硬度、耐磨性、 抗腐蝕能力。以上措施使整個機械系統具有重量輕，體積小，作業能力強，耐海水腐蝕的特
點o
權利要求一種具有開放式結構的深海作業機械手，其特徵是，包括迴轉集成關節、大臂集成關節、小臂集成關節、手爪集成關節、大臂、小臂和手爪；各集成關節為封閉式結構，大臂和小臂為開放式框架結構；迴轉集成關節通過迴轉支撐機構連接大臂，大臂連接小臂，迴轉集成關節用以驅動大臂和小臂作迴轉運動；在迴轉支撐機構處分別設有大臂集成關節和小臂集成關節，大臂集成關節連接大臂，用以驅動大臂起落運動；小臂集成關節通過設在大臂內部的第一傳動機構連接小臂尾端，用以驅動小臂起落運動；小臂尾端處設有手爪集成關節，手爪集成關節通過設在小臂內部的第二傳動機構連接固定於小臂首端處的手爪，用以驅動手爪開合運動。
2.根據權利要求1所述的深海作業機械手，其特徵在於，所述第一傳動機構為同步帶 傳動機構。
3.根據權利要求1或2所述的深海作業機械手，其特徵在於，所述第二傳動機構為螺旋 傳動機構。
專利摘要本實用新型提供一種具有開放式結構的深海作業機械手，迴轉集成關節處分別設有大臂集成關節和小臂集成關節，迴轉集成關節通過迴轉支撐機構驅動大臂和小臂迴轉運動，大臂集成關節驅動大臂起落運動，小臂集成關節通過設在框架式大臂內部的傳動機構驅動小臂起落運動，小臂與大臂相接處設有手爪集成關節，手爪集成關節通過設在框架式小臂內部的傳動機構驅動手爪開合運動。本實用新型只對集成關節採用封閉設計，而大小臂均採用中空的開放式結構，傳動部件安裝於中空的大小臂中，且零部件均可直接浸泡於海水中，避免了採用複雜的密封結構並有效利用了大小臂的內部空間，大大簡化機械手的結構，減輕重量，具有較高的載荷自重比。
文檔編號B25J15/02GK201645497SQ20092027404
公開日2010年11月24日 申請日期2009年11月24日 優先權日2009年11月24日
發明者中 雄 , 唐國元, 徐國華, 徐筱龍, 肖治琥, 黃道敏 申請人:華中科技大學