CN102935643B - 一种水下液压机械手摆动关节结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人工程，具体地说是一种水下液压机械手摆动关节结构，可应用于海洋开发或水下作业，包括关节外壳、螺旋摆动缸组件、内部通油轴、管接头，传感器组件、单、双孔走线盒、机械臂底座及机械臂，关节护罩、螺旋摆动缸缸体、管接头和内部通油轴固连于关节外壳上，机械臂底座固连于螺旋摆动缸输出轴上，机械臂安装在机械臂底座上。液压油通过管接头和内部通油轴将动力液压油输送给螺旋摆动缸组件和后续的关节驱动器，实现关节驱动和内部通油；关节装有内置全海深接触式角度传感器，满足深海作业的需求。本发明具有结构紧凑、功能齐全、故障率低、可全海深作业等优点。

Description

一种水下液压机械手摆动关节结构

技术领域

本发明涉及机器人工程，具体地说是一种水下液压机械手摆动关节结构，可应用于海洋开发或水下作业。

背景技术

目前在海洋油气勘探开发等领域，多数水下作业具有压力高，负载重等特点，液压驱动具有负载能力强，负载/自重比高、通过压力补偿器可实现全海深作业等优点，故液压驱动的水下机械手具有广阔的应用前景。

水下液压机械手由于作业环境的特殊性，与陆地上的应用有很大区别，对水下液压机械手要求具有耐高压、耐腐蚀、结构紧凑、密封可靠等要求，研制出性能稳定，结构紧凑的水下液压机械手已成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可内部通油走线的水下液压机械手摆动关节结构。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括内部通油轴、关节外壳、机械臂底座、机械臂、传感器电刷、传感器基片及螺旋摆动缸组件，其中内部通油轴的一端与关节外壳相连，另一端与机械臂底座转动连接，在内部通油轴另一端的端面上设有传感器电刷，所述传感器基片安装在机械臂底座内、与传感器电刷相对应；所述螺旋摆动缸组件容置于内部通油轴与关节外壳之间的空间内，包括螺旋摆动缸缸体、螺旋摆动缸输出轴及双螺旋活塞，螺旋摆动缸输出轴套设在内部通油轴上，一端与机械臂底座相连，另一端为自由端，所述螺旋摆动缸缸体位于螺旋摆动缸输出轴与关节外壳之间、固接于内部通油轴上，在螺旋摆动缸缸体与螺旋摆动缸输出轴之间设有双螺旋活塞，该双螺旋活塞分别与螺旋摆动缸缸体和螺旋摆动缸输出轴螺纹连接；所述内部通油轴及机械臂底座的外侧端面上分别安装有多个管接头，其中内部通油轴上的任两个管接头分别与双螺旋活塞左右两侧的空间相连通，内部通油轴上的其余管接头与机械臂底座上的管接头一一连通；所述机械臂安装在机械臂底座上。

其中：所述内部通油轴沿轴向开有走线孔，在内部通油轴的外侧端上还安装有单孔走线盒，所述传感器电刷的引线通过内部通油轴上的走线孔及单孔走线盒引出；内部通油轴的外侧端上固接有关节护罩，内部通油轴上的管接头位于关节护罩内；所述关节护罩、单孔走线盒、内部通油轴、内部通油轴上的管接头、螺旋摆动缸缸体及关节外壳组成关节静止部分；所述机械臂底座的外侧端面上还安装有双孔走线盒，传感器基片的引线通过双孔走线盒引出；机械臂固接在机械臂底座的外侧端面上，在机械臂上固接有机械臂护罩，所述螺旋摆动缸输出轴、机械臂底座、机械臂底座上的管接头、双孔走线盒、机械臂及机械臂护罩组成关节摆动部分；所述螺旋摆动缸缸体上设有两组螺旋插塞，该两组螺旋插塞分别位于双螺旋活塞的左右两侧；所述螺旋摆动缸输出轴的自由端上连接有对其轴向限位的端盖；所述内部通油轴上的管接头包括多个可调向短直角管接头及多个可调向长直角管接头，所述机械臂底座上的管接头包括多个可调向120°管接头及多个直通管接头，其中任一可调向短直角管接头和任一可调向长直角管接头分别与双螺旋活塞左右两侧的空间相连通，其余的可调向短直角管接头和可调向长直角管接头与可调向120°管接头和直通管接头一一相连通；所述内部通油轴与螺旋摆动缸输出轴之间、关节外壳与机械臂底座之间分别通过旋转组合密封密闭连接；所述内部通油轴上开有六组通油孔及相对应的配油槽；所述螺旋摆动缸输出轴的内孔开有六组通油孔及对应的配油槽。

本发明的优点与积极效果为：

1.性能稳定：本发明采用关节内部通油和走线，避免了外部通油、走线引起的管线折弯缠绕等故障的发生，并且传感器置于关节内部，具有更高的可靠性。

2.结构紧凑：本发明中的驱动器采用液压螺旋摆动缸组件，液压螺旋摆动缸组件可在很小的空间里产生非常高的扭矩；内部通油轴实现了液压管路的内部联通，走线孔可通过多根传感器数据线；传感器位于关节内部，这些设计使整个关节机构非常紧凑。

3.功能齐全：本发明可以实现众多功能，如产生大扭矩驱动、液压管路的联通、数据线的内部联通、关节位置信息的检测、液压管接头统一布置、压力补偿。

4.调试、维护方便：本发明中的管接头布置统一，走线盒可单独拆卸，传感器置于关节末端的双孔走线盒的一侧，这些都便于关节的调试与维护。

附图说明

图1为本发明的内部结构示意图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为图1的右视图；

其中：1为关节护罩，2为可调向短直角管接头，201为第一可调向短直角管接头，202为第二可调向短直角管接头，203为第三可调向短直角管接头，3为可调向长直角管接头，301为第一可调向长直角管接头，302为第二可调向长直角管接头，303为第三可调向长直角管接头，304为第四可调向长直角管接头，305为第五可调向长直角管接头，4为单孔走线盒，5为内部通油轴，6为螺纹插塞，7为螺旋摆动缸缸体，8为螺旋摆动缸输出轴，9为关节外壳，10为机械臂底座，11为双孔走线盒，12为可调向120°管接头，121为第一可调向120°管接头，122为第二可调向120°管接头，123为第三可调向120°管接头，13为直通管接头，131为第一直通管接头，132为第二直通管接头，133为第三直通管接头，14为机械臂，15为机械臂护罩，16为旋转组合密封，17为传感器电刷，18为传感器基片，19为端盖，20为螺旋摆动缸组件，21为双螺旋活塞。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1所示(图1也是图2的B-B剖视图)，本发明包括关节护罩1、可调向短直角管接头2、可调向长直角管接头3、单孔走线盒4、内部通油轴5、关节外壳9、机械臂底座10、双孔走线盒11、可调向120°管接头12、直通管接头13、机械臂14、机械臂护罩15、传感器电刷17、传感器基片18及螺旋摆动缸组件20，其中内部通油轴5沿轴向的截面为横置的“T”形，其一端通过螺钉固接于关节外壳9，另一端通过轴承与机械臂底座10转动连接，关节外壳9与机械臂底座10之间通过旋转组合密封16密闭连接；在内部通油轴5另一端的端面上设有传感器电刷17，所述传感器基片18安装在机械臂底座10内、与传感器电刷17相对应。所述螺旋摆动缸组件20容置于内部通油轴5与关节外壳9之间的空间内，螺旋摆动缸组件20包括螺纹插塞6、螺旋摆动缸缸体7、螺旋摆动缸输出轴8、端盖子19及双螺旋活塞21，螺旋摆动缸输出轴8套设在内部通油轴5上、与内部通油轴5通过旋转组合密封16密闭连接，螺旋摆动缸输出轴8相对于内部通油轴5可转动；螺旋摆动缸输出轴8的一端通过螺钉固接于机械臂底座10的内侧端面，另一端为自由端，在螺旋摆动缸输出轴8的自由端上螺纹连接有对其轴向限位的端盖19。螺旋摆动缸缸体7位于螺旋摆动缸输出轴8与关节外壳9之间、通过螺钉固接于内部通油轴5的内侧端面，在螺旋摆动缸缸体7与螺旋摆动缸输出轴8之间设有双螺旋活塞21，该双螺旋活塞21分别与螺旋摆动缸缸体7和螺旋摆动缸输出轴8螺纹连接；螺旋摆动缸缸体7上设有两组螺旋插塞6，该两组螺旋插塞6分别位于双螺旋活塞21的左右两侧。

在内部通油轴5的外侧端上，位于中间部位固接有单孔走线盒4，在单孔走线盒4的周围固接有多个可调向短直角管接头2及多个可调向长直角管接头3。内部通油轴5的中心沿轴向开有走线孔，所述传感器电刷17的引线通过内部通油轴5上的走线孔及单孔走线盒4引出。本实施例中，可调向短直角管接头2为三个，分别为第一可调向短直角管接头201、第二可调向短直角管接头202及第三可调向短直角管接头203，可调向长直角管接头3为五个，分别为第一可调向长直角管接头301、第二可调向长直角管接头302、第三可调向长直角管接头303、第四可调向长直角管接头304及第五可调向长直角管接头305，如图2所示。在内部通油轴5的外侧端上还固接有关节护罩1，内部通油轴5上的各个管接头均位于关节护罩1内；所述关节护罩1、单孔走线盒4、内部通油轴5、内部通油轴)上的管接头、螺旋摆动缸缸体7及关节外壳9组成关节静止部分。

在机械臂底座10的外侧端面上，位于中间部位固接有双孔走线盒11，在双孔走线盒11的周围固接有多个可调向120°管接头12及多个直通管接头13。所述传感器基片18的引线通过双孔走线盒11引出。本实施例中可调向120°管接头12为三个，分别为第一可调向120°管接头121、第二可调向120°管接头122及第三可调向120°管接头123，直通管接头13为三个，分别为第一直通管接头131、第二直通管接头132及第三直通管接头133，如图3所示。在机械臂底座10的外侧端面上还固接有机械臂14，机械臂14上固接有机械臂护罩15，所述螺旋摆动缸输出轴8、机械臂底座10、机械臂底座10上的管接头、双孔走线盒11、机械臂14及机械臂护罩15组成关节摆动部分。

设机械臂底座10上管接头的数量为N，N为大于2的自然数，则内部通油轴5上的管接头的数量为N+2。其中内部通油轴5上任一可调向短直角管接头2和任一可调向长直角管接头3分别与双螺旋活塞21左右两侧的空间相连通，其余的可调向短直角管接头2和可调向长直角管接头3与可调向120°管接头12和直通管接头13一一相连通。本实施例中，第三可调向短直角管接头203与第四可调向长直角管接头304分别与双螺旋活塞21左右两侧的空间相连通，第一可调向长直角管接头301与第一可调向120°管接头121连通，第二可调向长直角管接头302与第一直通管接头131连通，第三可调向长直角管接头303与第二可调向120°管接头122连通，第五可调向长直角管接头305与第三直通管接头133连通，第一可调向短直角管接头201与第三可调向120°管接头123连通，第二可调向短直角管接头202与第二直通管接头132连通。

所述内部通油轴5上开有六组通油孔及相对应的配油槽，所述螺旋摆动缸输出轴8的内孔开有六组通油孔及对应的配油槽，供内部通油轴5上的管接头与机械臂底座10上的管接头之间走油。

本发明的工作原理为：

先将两组螺纹插塞6卸下，分别通过第三可调向短直角管接头203与第四可调向长直角管接头304向双螺旋活塞21左右两侧的空间注油，使空间内的气体由螺纹插塞6处排出直至油从螺纹插塞6处流出，再插上螺纹插塞6；然后，将内部通油轴5与关节外壳9安装好。

工作时，通过控制伺服阀将液压动力源提供的高压油经第三可调向短直角管接头203与第四可调向长直角管接头304通过内部通油轴5上的通孔和螺旋摆动缸缸体7上的工艺孔与双螺旋活塞21左右两腔连通，为双螺旋活塞21提供动力，驱动双螺旋活塞21移动，双螺旋活塞21的内外侧的反向螺纹与螺旋摆动缸缸体7和螺旋摆动缸输出轴8的螺纹形成螺旋摆动副，将双螺旋活塞21的直线运动转为螺旋摆动缸输出轴8的转动；同时，第一可调向长直角管接头301、第二可调向长直角管接头302、第三可调向长直角管接头303、第五可调向长直角管接头305、第一可调向短直角管接头201及第二可调向短直角管接头202通过内部通油轴5上的通油孔、内部通邮轴5上的配油槽、螺旋摆动缸输出轴8上的配油槽、螺旋摆动缸输出轴8上的通油孔及机械臂底座10上的通孔分别与第一可调向120°管接头121、第一直通管接头131、第二可调向120°管接头122、第三直通管接头133、第三可调向120°管接头123及第二直通管接头132连通，相连通的管接头及相应的通油孔、配油槽构成关节内部通油管道，为后续关节提供动力液压油。

关节传感器的传感器电刷17固连于静止的内部通油轴5，传感器基片18固连于旋转的机械臂基座10，根据传感器的电压信号可以得到关节的位置，可以实现关节的控制。

综上所述，本发明给出了一种水下液压机械手摆动关节结构，它具有结构紧凑，性能可靠，功能齐全、便于维护和调试等诸多优点。本发明采用关节内部通油和走线，避免了外部通油、走线引起的管线折弯缠绕等故障的发生，并且传感器都是置于关节内部，具有更高的可靠性。驱动器采用液压螺旋摆动缸组件，液压螺旋摆动缸组件可在很小的空间里产生非常高的扭矩；内部通油轴实现了液压管路的内部联通，走线孔可通过十根传感器数据线；传感器位于关节内部，这些设计使整个关节机构非常紧凑。关节可实现产生大扭矩驱动力、液压管路的联通、数据线的内部联通、关节位置信息的检测、液压管接头统一布置、压力补偿等诸多功能。本发明中的管接头布置统一，走线盒可单独拆卸，传感器置于关节末端的双孔走线盒的一侧，这些都便于关节的调试与维护。

Claims (10)

1.一种水下液压机械手摆动关节结构，其特征在于：包括内部通油轴(5)、关节外壳(9)、机械臂底座(10)、机械臂(14)、传感器电刷(17)、传感器基片(18)及螺旋摆动缸组件(20)，其中内部通油轴(5)的一端与关节外壳(9)相连，另一端与机械臂底座(10)转动连接，在内部通油轴(5)另一端的端面上设有传感器电刷(17)，所述传感器基片(18)安装在机械臂底座(10)内、与传感器电刷(17)相对应；所述螺旋摆动缸组件(20)容置于内部通油轴(5)与关节外壳(9)之间的空间内，包括螺旋摆动缸缸体(7)、螺旋摆动缸输出轴(8)及双螺旋活塞(21)，螺旋摆动缸输出轴(8)套设在内部通油轴(5)上，一端与机械臂底座(10)相连，另一端为自由端，所述螺旋摆动缸缸体(7)位于螺旋摆动缸输出轴(8)与关节外壳(9)之间、固接于内部通油轴(5)上，在螺旋摆动缸缸体(7)与螺旋摆动缸输出轴(8)之间设有双螺旋活塞(21)，该双螺旋活塞(21)分别与螺旋摆动缸缸体(7)和螺旋摆动缸输出轴(8)螺纹连接；所述内部通油轴(5)及机械臂底座(10)的外侧端面上分别安装有多个管接头，其中内部通油轴(5)上的任两个管接头分别与双螺旋活塞(21)左右两侧的空间相连通，内部通油轴(5)上的其余管接头与机械臂底座(10)上的管接头一一连通；所述机械臂(14)安装在机械臂底座(10)上。

2.按权利要求1所述的水下液压机械手摆动关节结构，其特征在于：所述内部通油轴(5)沿轴向开有走线孔，在内部通油轴(5)的外侧端上还安装有单孔走线盒(4)，所述传感器电刷(17)的引线通过内部通油轴(5)上的走线孔及单孔走线盒(4)引出。

3.按权利要求2所述的水下液压机械手摆动关节结构，其特征在于：所述内部通油轴(5)的外侧端上固接有关节护罩(1)，内部通油轴(5)上的管接头位于关节护罩(1)内；所述关节护罩(1)、单孔走线盒(4)、内部通油轴(5)、内部通油轴(5)上的管接头、螺旋摆动缸缸体(7)及关节外壳(9)组成关节静止部分。

4.按权利要求1所述的水下液压机械手摆动关节结构，其特征在于：所述机械臂底座(10)的外侧端面上还安装有双孔走线盒(11)，传感器基片(18)的引线通过双孔走线盒(11)引出。

5.按权利要求4所述的水下液压机械手摆动关节结构，其特征在于：所述机械臂(14)固接在机械臂底座(10)的外侧端面上，在机械臂(14)上固接有机械臂护罩(15)，所述螺旋摆动缸输出轴(8)、机械臂底座(10)、机械臂底座(10)上的管接头、双孔走线盒(11)、机械臂(14)及机械臂护罩(15)组成关节摆动部分。

6.按权利要求1所述的水下液压机械手摆动关节结构，其特征在于：所述螺旋摆动缸缸体(7)上设有两组螺旋插塞(6)，该两组螺旋插塞(6)分别位于双螺旋活塞(21)的左右两侧。

7.按权利要求1所述的水下液压机械手摆动关节结构，其特征在于：所述螺旋摆动缸输出轴(8)的自由端上连接有对其轴向限位的端盖(19)。

8.按权利要求1所述的水下液压机械手摆动关节结构，其特征在于：所述内部通油轴(5)上的管接头包括多个可调向短直角管接头(2)及多个可调向长直角管接头(3)，所述机械臂底座(10)上的管接头包括多个可调向120°管接头(12)及多个直通管接头(13)，其中任一可调向短直角管接头(2)和任一可调向长直角管接头(3)分别与双螺旋活塞(21)左右两侧的空间相连通，其余的可调向短直角管接头(2)和可调向长直角管接头(3)与可调向120°管接头(12)和直通管接头(13)一一相连通。

9.按权利要求1所述的水下液压机械手摆动关节结构，其特征在于：所述内部通油轴(5)与螺旋摆动缸输出轴(8)之间、关节外壳(9)与机械臂底座(10)之间分别通过旋转组合密封(16)密闭连接。

10.按权利要求1所述的水下液压机械手摆动关节结构，其特征在于：所述内部通油轴(5)上开有六组通油孔及相对应的配油槽；所述螺旋摆动缸输出轴(8)的内孔开有六组通油孔及对应的配油槽。