CN102152318B - 在高温真空环境下使用的机器人的驱动机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在高温真空环境下使用的机器人的驱动机构，包括有电机架，电机架内安装有高温电机，高温电机的电机轴上固定安装有丝杆，丝杆的另一端有与其相配合安装的丝杆螺母，丝杆伸入到一滑移杆的内腔内，丝杆上的丝杆螺母与滑移杆内腔的内壁固定连接；电机架的左侧有法兰盘并与其凹槽相配合并且紧固安装；电机架外套有一金属波纹管，金属波纹管的接头法兰与法兰盘对合密封连接，金属波纹管延伸套在滑移杆外，滑移杆伸出金属波纹管，金属波纹管和滑移杆的接触面密封固定连接；金属波纹管外安装有辅助支持机构。本发明结构简单，重量轻，用金属波纹管密封，使内部部件的工作环境与外部的真空环境隔离开来，有效的保护真空环境不受污染；同时其驱动力大，定位精度高。

Description

在高温真空环境下使用的机器人的驱动机构
技术领域
    本发明涉及机器人的驱动机构领域，具体涉及一种能承受150℃运行温度，且不污染真空环境的伸缩杆式机器人的直线驱动机构。
背景技术
为了应对未来全球所面临的能源危机问题，近年来世界上许多国家都在积极研究一种可控的磁约束核聚变反应装置，国际上称此类装置为托卡马克。托卡马克装置包含一个用于容纳聚变反应物质的环状真空室，在托卡马克装置运行时，真空室内部部件会有不同程度的损坏。为了了解真空室内部部件的损坏程度，用以决定托卡马克装置是否能继续运行，一种可用于检测和维护真空室内部部件的机器人被研制出来。为了尽可能的降低成本，减少耗时，要求机器人在托卡马克装置暂停运行期间，在不破坏真空室内的真空环境（10-6pa）以及约150℃的环境温度的条件下即能进入真空室执行检测和维护任务。高温真空的环境要求，给机器人的驱动结构的设计提出了一个难题，在现有的国内机器人研究领域中，难以找出一种可以用于目标环境的机器人驱动结构方案。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种在高温真空环境下使用的机器人的驱动机构，其结构简单，重量轻，采用金属波纹管密封，保证了其不污染真空环境的要求；同时其驱动力大，定位精度高。
为解决上述技术问题，本发明的采用的技术方案是：
一种在高温真空环境下使用的机器人的驱动机构，包括有电机架，电机架内安装有高温电机，所述高温电机的电机轴上固定安装有丝杆，所述丝杆的另一端有与其相配合安装的丝杆螺母，所述的丝杆伸入到一滑移杆的内腔内，丝杆上的丝杆螺母与滑移杆内腔的内壁固定连接；所述电机架的左侧有法兰盘，电机架与法兰盘的凹槽相配合并且紧固安装；所述电机架外套有一金属波纹管，所述金属波纹管的左端有与其连成一体的接头法兰，金属波纹管的接头法兰与法兰盘配合密封连接，所述的金属波纹管延伸套在滑移杆外，滑移杆伸出金属波纹管，所述的金属波纹管端部和滑移杆的接触面密封固定连接；所述金属波纹管靠近电机的一端固定有后支撑架，滑移杆上滑动安装有与后支撑架相配合的前支撑架，所述前支撑架和后支撑架之间通过细杆固定连接；所述滑移杆上靠近前支撑架的位置安装有导向键，前支撑架上开有键槽，导向键与键槽相配合实现两者的周向定位。
所述的金属波纹管的接头法兰与法兰盘之间垫有密封圈。
所述法兰盘和金属波纹管上分别设有接口。
所述的法兰盘的左端和滑移杆的右端上分别固定有圆环。
所述驱动机构内部相互接触的运动部件间采用耐高温油脂润滑方式。
本发明中法兰盘和金属波纹管接头上分别设有接口，该接口是用于向驱动机构通入电缆或者充入惰性保护性气体。
本发明中法兰盘的左端和滑移杆的右端上分别固定有圆环，是用以将本发明的驱动机构安装在机器人上的两个需要相对运动的零部件之间。
所述的驱动机构外部相互接触的运动部件间的润滑方式为MoS2镀层固体润滑。
本发明中采用的高温电机带制动器和减速箱，其作为动力源，带制动器是为了实现伸缩杆的自锁。带双丝杆螺母（消除间隙）的丝杆作为驱动对象，又因为丝杆螺母固定在滑移杆上。因此当电机驱动丝杆旋转时，丝杆推动丝杆螺母沿着丝杆的轴线方向移动，同时与丝杆螺母固连的滑移杆也随之移动，从而实现整个驱动机构的伸缩。
电机架的左端与法兰盘的凹槽相配合，限制电机架与法兰盘之间的转动。利用金属波纹管的接头法兰压紧电机架，实现其轴向固定。电机架的右端与丝杆上安装的轴承套管配合，并用螺钉连接。
丝杆与电机轴之间采用弹性联轴器连接。
丝杆由三个轴承支撑，分别是两个角接触轴承和一个深沟球轴承，采用的轴承支撑方式为一端固定，一端游动。靠近电机的左端采用一对角接触轴承“背对背”安装，依靠锁紧螺母、挡肩和套筒来实现轴承的轴向固定。远离电机的一端安装一个深沟球轴承，利用轴肩和弹性挡圈实现其在丝杆上的轴向固定，深沟球轴承的外圈沿着滑移杆的内壁滑移。
丝杆螺母安装在滑移杆的中空段内，采用挡肩和螺圈实现其轴向定位，同时采用平键连接实现其周向定位。
本发明中外围设有辅助支撑结构，是用以辅助引导滑移杆相对丝杆的滑移以及承受滑移杆上的扭转力矩。辅助支撑结构由前支撑架、后支撑架、细杆、和螺母组成。前支撑架上的圆孔与滑移杆上相应的圆柱面配合，并借助导向键实现两者周向定位。后支撑架焊接在金属波纹管接头上。前、后支撑架之间用四个细杆连接，细杆两端有螺纹和挡肩，使用螺母将其与前、后支撑架固定在一起。
本发明的主体为电机和螺母丝杆，它的工作方式为沿其轴线伸缩。本发明采用高温电机技术，固体润滑技术两项关键技术解决了其在高温下的可靠运行的问题。但因其行程有限，轴向尺寸大，故适用于轴向尺寸较大的机器人关节的驱动。
本发明的设计方法在真空技术，聚变堆技术，航空航天技术领域都将有参考意义。
本发明的优点是：
本发明结构简单，重量轻，采用带接头金属波纹管密封，使内部的高温电机和丝杆等部件的工作环境与外部的真空环境隔离开来，有效的保护真空环境不受污染；同时其驱动力大，定位精度高。
附图说明
图1为本发明的剖面示意图。
图2为本发明的外观立体结构示意图。
图3为本发明的实施示例图。
具体实施方式
参见图1、2，一种在高温真空环境下使用的机器人的驱动机构，包括有电机架1，电机架内安装有高温电机2，丝杆3与电机轴之间采用弹性联轴器14连接；所述丝杆3的另一端有与其相配合安装的丝杆螺母4，所述的丝杆3伸入到一滑移杆5的内腔内，丝杆上的丝杆螺母4与滑移杆5内腔的内壁固定连接；所述电机架1的左侧有法兰盘6，电机架1与法兰盘6的凹槽相配合并且紧固安装；所述电机架1外套有一金属波纹管7，所述金属波纹管7的左端有与其连成一体的接头法兰，金属波纹管7的接头法兰与法兰盘6对合密封连接，所述的金属波纹管7延伸套在滑移杆5外，滑移杆5伸出金属波纹管7，所述的金属波纹管7端部和滑移杆5的接触面密封固定连接；所述金属波纹管7靠近电机的一端固定有后支撑架8，滑移杆5上滑动安装有与后支撑架相配合的前支撑架9，所述前支撑架9和后支撑架8之间通过细杆10固定连接；所述滑移杆5上靠近前支撑架9的位置安装有导向键11，前支撑架上开有键槽，导向键11与键槽相配合实现两者的周向定位。
所述的金属波纹管7的接头法兰与法兰盘6之间垫有密封圈。
所述法兰盘6和金属波纹管7上分别设有接口12。
所述的法兰盘6的左端和滑移杆5的右端上分别固定有圆环13。
    高温电机2驱动丝杆3做旋转运动，丝杆3再推动与其配合的丝杆螺母4沿着丝杆的轴线运动。丝杆螺母4与滑移杆5之间又是固定连接的，电机2的旋转方向变化，带动滑移杆5的移动方向亦随之改变，从而实现伸缩运动。
参见图3，本发明应用于托卡马克真空室内壁检测机器人运动关节的部分结构，该关节结构采用的驱动元件即是本发明所述驱动机构。安装方式为将其两端的圆环13通过铰接的方式连接至两个相对运动的零部件。当该驱动机构改变自身的长度时，便能推动机器人关节在一定范围内的摆转，同时作为动力源的高温能电机带有制动器，因此能实现在摆动范围内的任何位置的锁定。另外，若是该驱动机构配合使用齿轮齿条机构，还能够实现机器人关节的较大范围旋转运动。

Claims (4)

1.一种在高温真空环境下使用的机器人的驱动机构，包括有电机架，电机架内安装有高温电机，其特征在于：所述高温电机的电机轴上固定安装有丝杆，所述丝杆的另一端有与其相配合安装的丝杆螺母，所述的丝杆伸入到一滑移杆的内腔内，丝杆上的丝杆螺母与滑移杆内腔的内壁固定连接；所述电机架的左侧有法兰盘，电机架与法兰盘的凹槽相配合并且紧固安装；所述电机架外套有一金属波纹管，所述金属波纹管的左端有与其连成一体的接头法兰，金属波纹管的接头法兰与法兰盘对合密封连接，所述的金属波纹管延伸套在滑移杆外，滑移杆伸出金属波纹管，所述的金属波纹管端部和滑移杆的接触面密封固定连接；所述金属波纹管靠近电机的一端固定有后支撑架，滑移杆上滑动安装有与后支撑架相配合的前支撑架，所述前支撑架和后支撑架之间通过细杆固定连接；所述滑移杆上靠近前支撑架的位置安装有导向键，前支撑架上开有键槽，导向键与键槽相配合实现两者的周向定位。
2.根据权利要求1所述的一种在高温真空环境下使用的机器人的驱动机构，其特征在于：所述的金属波纹管的接头法兰与法兰盘之间垫有密封圈。
3.根据权利要求1所述的一种在高温真空环境下使用的机器人的驱动机构，其特征在于：所述法兰盘和金属波纹管上分别设有接口。
4.根据权利要求1所述的一种在高温真空环境下使用的机器人的驱动机构，其特征在于：所述的法兰盘的左端和滑移杆的右端上分别固定有圆环。
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