CN104772753A - 水下电动机械手 - Google Patents

Abstract

本发明为一种可以安装在水下机器人上用于实现水下物品夹取功能的电动小型水下机械手，包括行星减速器、扭矩传感器、主从动轴、连接套筒及滚珠螺杆机构等结构。机械手配合水下机器人可以精确找准水下物品位置并实现其完整夹取，便于操作，使用寿命长，不易出现故障，可以应用在各种恶劣的水下环境。

Description

水下电动机械手

技术领域

本发明涉及机器人水下作业领域，特别是涉及水下电动机械手。

背景技术

水下搜救机器人又称无人遥控潜水器，是一种工作于水下的极限作业机器人，可以潜入水中代替人完成某些操作，由于人潜水深度的局限性和水下环境的恶劣性，所以水下机器人已成为水下作业及搜救、勘探水下资源等水下作业的重要工具。

现有水下机器人大都单体成本较高，为推出一款具有较高通用性和经济性的水下机器人，设计发明简单而又实用的水下机器人部件是迫切而又必要的。近年来，水下机器人已经具有了多功能模块，可以根据使用者的不同需要在机体上安装卸除各个模块功能，可以实现一体多用。水下搜救机器人根据搜救所需的特点，安装机械爪、摄像头等模块来实现搜救功能。

发明内容

本发明的目的在于解决水下异物抓取功能，为水下机器人多功能的发展奠定扎实的基础。

本发明的技术方案是：一种水下电动机械手，包括驱动单元，传动单元和机械手单元。所述驱动单元和传动单元共同组成电动机械手的臂部；所述驱动单元包括电机套筒和安装于电机套筒内部的直流电动机和行星减速器，直流电动机与行星减速器相连，电机套筒后端安装后端盖；所述传动单元包括前端盖、连接套筒、从动轴套筒、主动轴及从动轴，连接套筒位于从动轴套筒和电机套筒之间，并将从动轴套筒和电机套筒连接为一体，构成电动机械手的臂部外套筒；连接套筒与从动轴套筒中安装有主动轴、从动轴以及传动螺母；主动轴与从动轴相连，从动轴的前端为滚珠丝杠式螺杆，连接传动螺母，当从动轴转动时，带动传动螺母的轴向运动；传动螺母与连杆相接，连杆前端穿过用于封闭从动轴套筒的前端盖与滑块相接；前端盖后端封闭从动轴套筒的前端，前端盖前端与机械爪支架相连，机械爪上有固定点与机械爪支架相连固定，多个撑杆一端固定在滑块上，另一端由活动点与机械爪相连。

优选地，所述主动轴与从动轴之间设有扭矩限制器，扭矩限制器一端连接主动轴，另一端与从动轴相连，将动力从主动轴传递到从动轴。

优选地，所述主动轴与扭矩限制器一端通过键连接传动，所述扭矩限制器另一端外部的轴套上有突起，与从动轴上对应的凹槽装配，将动力传至从动轴。

优选地，连杆与滑块之间有销结构固定，组成一整套机构。

优选地，前端盖与从动轴套筒的结合部安装密封机构。

优选地，后端盖与电机套筒的结合部安装密封机构。

优选地，密封机构为O型密封圈静密封。

优选地，所述密封机构为聚四氟乙烯滑环组合动密封。

优选地，所述后端盖内安装水密接头。

本发明是一种稳定小型的电动机械手，是目前水下搜救机器人机械手中最实用的机械手，与其他液压等机械手，小型电动机械手有很多优良特点：

质量轻，响应快，电信号较液压在水下更易传输。

体积小，易于进入狭窄区域，密封性好，可以在各种环境的水下工作。

操作简单、灵活，而且在各个方向均能获得最大抓取力量。具有高度的可操控性和稳定性。

可安装与水下机器人各种位置，适用于底部支撑安装、顶部支撑安装等各种模型支撑方式，使用方便，适应性强，能满足各种水下异物抓取环境的要求。

为了使本发明实现的技术手段、技术特征、发明目的与技术效果易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

附图说明

图1为本发明电动机械手的结构剖面图；

图2为本发明电动机械手开合示意图；

图3为本发明结构主视图；

图4为本发明扭矩限制器剖视结构示意图。

具体实施方式

如图1-3所示，本发明的实施例一包括电机套筒22、连接套筒4、从动轴套筒7及机械爪支架9，电机套筒22内安装有直流电动机2和行星减速器3，连接套筒4安装有主动轴20及滚动轴承21，从动轴套筒7用于安装从动轴17，螺母连杆机构。行星减速器3可以使电机2减速，让其扭矩增大，通过键连接到主动轴20上，主动轴20通过扭矩限制器5与从动轴17连接，从动轴17通过传动螺母15连接连杆8，让旋转运动变为直线运动，连杆8连接滑块13，三个撑杆11固定在滑块13上，控制机械爪10的张开与闭合。

扭矩限制器5包括扭矩限制器外端盖、摩擦盘、弹簧、扭矩限制器从动套筒、扭矩限制器轴套，主动轴20和从动轴17通过扭矩限制器5进行传动，对于直流电机2的输出功率进行限制且使夹爪最大夹持力保持一定值，保护电机不过载。主动轴20与连接套筒4之间安装有滚动轴承21，主动轴20与扭矩限制器轴套通过销连接传动，扭矩限制器轴套与从动轴套之间设有摩擦盘；从动轴17与从动轴安装套筒之间安装有滚动轴承，主动轴20与从动轴端孔之间安装有滚动轴承18。从动轴17与扭矩限制器5通过相互配合的突起传动，从动轴17靠近机械爪10的末段为滚珠丝杠式螺杆，通过传动螺母15传动，连杆8压紧并通过螺栓固定在螺母上随之运动。从动轴套筒7靠近机械爪10一端装有前端盖14，前端盖14上装有外螺纹柱销12和螺母连杆副连接阻止螺母的周向运动。

前端盖14、从动轴套筒7、连接套筒4、电机套筒22、后端盖1之间采用O型密封圈进行静密封，如图1所示，其材料为三元乙丙橡胶，整个机械手内部均使用油浸，以平衡水下的压力，防止水压过大破坏零部件。电源线与信号线通过水密接头连接至电机尾端的编码器，控制整体机械手运动。前端滑块与连杆通过销连接，机械爪通过撑杆连接滑块，3个机械爪均匀分布成120°，最大旋转角为25°。

如图4所示，扭矩限制器包括主体51、磨擦片52、衬环53、压板54、碟形弹簧55、导向压板56、调节螺栓57、调节螺母58、止退垫片59、锁紧螺钉50。扭矩简单易调,只需松紧调整螺母或螺栓即可轻松的调节磨擦片与中心构件之间的磨擦扭矩，当发生过载时，扭矩限制器产生摩擦打滑，从而保护机器；自动复位功能，过载时扭矩限制器将打滑，消除过载后便可自动复位和开始转动；能安装各种传动构件，如链轮、带轮、齿轮等。

结合附图1-3重点说明电动机械手的具体运作方式；

本发明为单自由度的水下电动机械手，外部整体形状为圆筒状，其机械爪为3片组成，均匀分布，通过伞撑结构张合；内部利用油浸方式平衡内外压力。机械手在连杆与前端之间采用滑环和密封圈的动密封方式，其余连接部分均采用O型圈静密封。整个机械手大致分为三部分：

第一部分，直流电机部分，电动机套筒内安装有直流电动机2和行星减速器3，联合水密接头24、编码器及后端盖1处于机械手后方，直流电动机2输出轴连接行星减速器3，将动力传递至行星减速器3上，并由其对电机降速增大扭矩。

第二部分，连接套筒4与从动轴套筒7中安装有主动轴20，扭矩限制器5，从动轴17以及传动螺母15。主动轴20连接扭矩限制器5再传递至从动轴17上，扭矩限制器5可以对电动机的输出功率进行限制并使机械爪的最大爪力保持一定值。主动轴20与扭矩限制器5通过键连接传动。其中在扭矩限制器5外部的轴套上有突起，对应于从动轴17上的凹槽，将动力传至从动轴17上，如图4所示。扭矩限制器5中存在摩擦盘，当机械爪等发生过载时，摩擦盘便会与扭矩限制器外部之间产生打滑，限制电动机2的输出，最大限度地避免了因过载导致电动机烧坏的现象。在从动轴17的前端为一段滚珠丝杠式螺杆，连接传动螺母15，当从动轴转动时，带动传动螺母的轴向运动。

第三部分，由连杆8、滑块13、机械爪支架9以及机械爪10组成。传动螺母15与连杆8用螺栓固定，带动连杆8轴向运动；连杆8与滑块13之间有销12固定，组成一整套机构，整体轴向运动。机械爪10上有两点：一为固定点，与机械爪支架9相连固定；二为活动点，通过撑杆11与滑块13连接。当滑块13作轴向运动时，推动撑杆11运动，由此控制机械手10的开合。

综上所述仅为本发明较佳的实施例，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化及修饰，皆应属于本发明的技术范畴。

Claims (9)

1.一种水下电动机械手，包括驱动单元，传动单元和机械手单元，其特征在于：所述驱动单元和传动单元共同组成电动机械手的臂部；所述驱动单元包括电机套筒和安装于电机套筒内部的直流电动机和行星减速器，直流电动机与行星减速器相连，电机套筒后端安装后端盖；所述传动单元包括前端盖、连接套筒、从动轴套筒、主动轴及从动轴，连接套筒位于从动轴套筒和电机套筒之间，并将从动轴套筒和电机套筒连接为一体，构成电动机械手的臂部外套筒；连接套筒与从动轴套筒中安装有主动轴、从动轴以及传动螺母；主动轴与从动轴相连，从动轴的前端为滚珠丝杠式螺杆，连接传动螺母，当从动轴转动时，带动传动螺母的轴向运动；传动螺母与连杆相接，连杆前端穿过用于封闭从动轴套筒的前端盖与滑块相接；前端盖后端封闭从动轴套筒的前端，前端盖前端与机械爪支架相连，机械爪上有固定点与机械爪支架相连固定，多个撑杆一端固定在滑块上，另一端由活动点与机械爪相连。

2.根据权利要求1所述的水下电动机械手，其特征在于，所述主动轴与从动轴之间设有扭矩限制器，扭矩限制器一端连接主动轴，另一端与从动轴相连，将动力从主动轴传递到从动轴。

3.根据权利要求2所述的水下电动机械手，其特征在于，所述主动轴与扭矩限制器一端通过键连接传动，所述扭矩限制器另一端外部的轴套上有突起，与从动轴上对应的凹槽装配，将动力传至从动轴。

4.根据权利要求1或2所述的水下电动机械手，其特征在于，所述连杆与滑块之间有销结构固定，组成一整套机构。

5.根据权利要求1所述的水下电动机械手，其特征在于，所述前端盖与从动轴套筒的结合部安装密封机构。

6.根据权利要求1所述的水下电动机械手，其特征在于，后端盖与电机套筒的结合部安装密封机构。

7.根据权利要求6所述的水下电动机械手，其特征在于，所述密封机构为O型密封圈静密封。

8.根据权利要求7所述的水下电动机械手，其特征在于，所述密封机构为聚四氟乙烯滑环组合动密封。

9.根据权利要求1所述的水下电动机械手，其特征在于，所述后端盖内安装水密接头。