CN105666520B - 一种基于齿轮传动的欠驱动机械臂手腕 - Google Patents

Abstract

一种基于齿轮传动的欠驱动机械臂手腕，它涉及一种欠驱动机械臂手腕。本发明为了解决现有的多种机械臂手腕由于机械臂不具有多个动力输出的功能而导致无法满足核电站环境需求的问题。本发明的输入齿轮端套装在电机的输出端，外层离合器安装在支撑轴上，过轴支杆固定安装在输入齿轮端上，过轮轴安装在过轴支杆上，中层内齿圈套装在支撑轴上，两个中层挡板安装在中层内齿圈两侧，中间过轮套装在过轮轴上，双向离合器右端安装在中层内齿圈的左侧，双向离合器左端套装在支撑轴上，内层内齿圈套装在支撑轴上，内层过轮套装在过轮轴上，过轮轴可转动安装在两个内层挡板内，内层输出端与中层输出端连接。本发明用于核电站等极端环境下工作的机械臂上。

Description

一种基于齿轮传动的欠驱动机械臂手腕

技术领域

本发明涉及一种欠驱动机械臂手腕，具体涉及一种基于齿轮传动的欠驱动机械臂手腕。

背景技术

由于核电站设备结构复杂，设备本身或其运行环境具有放射性，同时还兼具水下、高温、高压等特点，普通机械臂手腕在核电站中难以长时间正常工作，核电站对机械臂手腕驱动装置影响较大。由于核电站环境的特殊性，机械臂手腕在工作时无法对其进行实时维修处理，且由于核电工作任务的多样性和复杂性，对机械臂手腕动力输出的数目提出较高需求。现有的多种机械臂手腕无法满足核电站环境需求，工业界急需一种具有输入少、输出多的适合对驱动装置进行集中防护，且具有稳定机械性能的机械臂手腕。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的多种机械臂手腕由于机械臂不具有多个动力输出的功能而导致无法满足核电站环境需求的问题。进而提供一种基于齿轮传动的欠驱动机械臂手腕。

本发明的技术方案是：一种基于齿轮传动的欠驱动机械臂手腕包括手腕本体和机械结构外壳，机械结构外壳套装在手腕本体上，手腕本体包括固定端、电机、电机支座、输入齿轮端、支撑轴、外层传动齿轮、外层离合器、过轴支杆、过轮轴、内层过轮、中间过轮、双向离合器左端、两个内层挡板、内层内齿圈、内层输出端、双向离合器右端、中层内齿圈、中层输出端和两个中层挡板，

电机支座固定安装在固定端上，电机安装在电机支座上，支撑轴平行于电机的输出端并固定安装在固定端上，输入齿轮端套装在电机的输出端，外层离合器的一侧安装在支撑轴上，外层离合器的另一侧与可滑动连接的外层传动齿轮连接，外层传动齿轮与输入齿轮端在外层离合器的驱动下啮合，

过轴支杆固定安装在输入齿轮端上，过轮轴平行于支撑轴并固定安装在过轴支杆上，中层内齿圈可移动套装在支撑轴上，且位于外层离合器的左侧，两个中层挡板分别安装在中层内齿圈的左右两侧，中间过轮套装在过轮轴上，且中间过轮在两个中层挡板内转动，中层输出端与输入齿轮端连接，双向离合器右端安装在中层内齿圈的左侧，中层内齿圈在双向离合器右端的驱动下在支撑轴上滑动，直至中间过轮移动至与中层输出端的齿轮啮合，

双向离合器左端可滑动套装在支撑轴上，且双向离合器左端位于双向离合器右端的左端，内层内齿圈套装在支撑轴上并位于双向离合器左端的左端，两个内层挡板分别安装在内层内齿圈的左右两侧，内层过轮套装在过轮轴上，过轮轴可转动安装在两个内层挡板内，内层输出端套在中层输出端外，内层输出端和中层输出端转动不发生干涉,内层内齿圈在双向离合器左端的驱动下滑动直至两个内层挡板内的内层过轮与内层输出端上的齿轮啮合。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

一、本发明只有一个驱动电机，可以控制多个动力输出，减少了电机的使用，从而减少对空间的占用，同时方便对电机等驱动装置进行集中保护。

二、本发明通过齿轮传动传递动力，各输出端之间通过轴承实现运动间的相互隔离，从而实现了三个输出端与输入端围绕相同中心轴旋转，避免运动间的相互干涉，保证了机构的稳定运行。

三、本发明在多个离合器的作用下，可以通过离合器的开合运动，分别控制三个输出端，实现输出端运动的相互独立。

四、本发明采用机械机构实现了单一动力源对多个动力输出的协调控制，降低了对控制系统的复杂需求，其在特殊环境下的工作可靠性较高。

五、本发明不仅可以实现三个输出，根据具体任务需求不同，可以以相同原理对本发明的结构进行修改，增加和减少输出端的数量，执行不同操作任务。

附图说明

图1为装置连接机械臂1-6后的状态，图2为结构移去外壳和机械臂的状态，图3为图2移去外层输出端的外层的正视图，图4为图3的轴测图，图5为图3反方向轴测图，图6是隐藏中间输入结构的图5。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1-图6说明本实施方式，本实施方式的一种基于齿轮传动的欠驱动机械臂手腕包括手腕本体和机械结构外壳1-5，机械结构外壳1-5套装在手腕本体上，手腕本体包括固定端1-1、电机1-2、电机支座1-3、输入齿轮端1-4、支撑轴5-1、外层传动齿轮2-1、外层离合器2-2、过轴支杆5-2、过轮轴5-3、内层过轮3-5、中间过轮4-5、双向离合器左端3-1、两个内层挡板3-4、内层内齿圈3-2、内层输出端3-3、双向离合器右端4-1、中层内齿圈4-2、中层输出端4-3和两个中层挡板4-4，

电机支座1-3固定安装在固定端1-1上，电机1-2安装在电机支座1-3上，支撑轴5-1平行于电机1-2的输出端并固定安装在固定端1-1上，输入齿轮端1-4套装在电机1-2的输出端，外层离合器2-2的一侧安装在支撑轴5-1上，外层离合器2-2的另一侧与可滑动连接的外层传动齿轮2-1连接，外层传动齿轮2-1与输入齿轮端1-4在外层离合器2-2的驱动下啮合，

过轴支杆5-2固定安装在输入齿轮端1-4上，过轮轴5-3平行于支撑轴5-1并固定安装在过轴支杆5-2上，中层内齿圈4-2可移动套装在支撑轴5-1上，且位于外层离合器2-2的左侧，两个中层挡板4-4分别安装在中层内齿圈4-2的左右两侧，中间过轮4-5套装在过轮轴5-3上，且中间过轮4-5在两个中层挡板4-4内转动，中层输出端4-3与输入齿轮端1-4连接，双向离合器右端4-1安装在中层内齿圈4-2的左侧，中层内齿圈4-2在双向离合器右端4-1的驱动下在支撑轴5-1上滑动，直至中间过轮4-5移动至与中层输出端4-3的齿轮啮合，

双向离合器左端3-1可滑动套装在支撑轴5-1上，且双向离合器左端3-1位于双向离合器右端4-1的左端，内层内齿圈3-2套装在支撑轴5-1上并位于双向离合器左端3-1的左端，两个内层挡板3-4分别安装在内层内齿圈3-2的左右两侧，内层过轮3-5套装在过轮轴5-3上，过轮轴5-3可转动安装在两个内层挡板3-4内，内层输出端3-3与中层输出端4-3连接，内层内齿圈3-2在双向离合器左端3-1的驱动下滑动直至两个内层挡板3-4内的内层过轮3-5与内层输出端3-3上的齿轮啮合。

具体实施方式二：结合图6说明本实施方式，本实施方式的固定端1-1包括第一环形体1-1-1、第二环形体1-1-2和连接体1-1-3，第一环形体1-1-1和第二环形体1-1-2并列相对设置，第一环形体1-1-1的外沿和第二环形体1-1-2的外沿之间通过连接体1-1-3连接。如此设置，运动更加灵活。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图2-图3说明本实施方式，本实施方式的机械结构外壳1-5为内侧壁上带有内齿的外壳。如此设置，运动灵活。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。

结合图3和图4说明，本实施方案包括机械结构外壳1-5和所连接的机械臂1-6，外层工作原理是：电机1-2带动输入齿轮端1-4运动，输入齿轮端1-4上焊接有一固定齿轮，正常状态为空转，在外层离合器2-2的作用下，移动外层传动齿轮2-1，使外层传动齿轮2-1与输入齿轮端1-4啮合，带动外层输出端移动。实现了外层输出端的独立工作，里层输出端和中间输出端的停止工作。

结合图3和图5说明：本实施方案的中间输出结构工作原理：内层挡板3-4把内层过轮3-5限位在内层内齿圈3-2里，输入齿轮端1-4连接内层过轮3-5，可以使过轮与输入端同时移动，正常状态，内层过轮3-5在内层内齿圈3-2中空转，当双向离合器左端3-1移动内层内齿圈3-2时，内层过轮3-5与内层输出端3-3啮合，带动内层输出端3-3移动。实现了中层输出端的独立工作，外层输出端和里层输出端的停止工作。

结合图3和图6说明：本实施方案的内层输出结构的工作原理：中层挡板4-4把中间过轮4-5限位在中层内齿圈4-2里，输入齿轮端1-4连接中间过轮4-5，可以使过轮与输入端同时移动，正常状态，中间过轮4-5在中层内齿圈4-2中空转，当双向离合器右端4-1移动中层内齿圈4-2时，中间过轮4-5与中层输出端4-3啮合，带动中层输出端4-3移动。实现了里层输出端的独立工作，外层输出端和中间层输出端的停止工作。

本实施方式可以使中间输出端和外层输出端共同工作，里层输出端停止工作。

本实施方式可以使里层输出端和外层输出端共同工作，中间输出端停止工作。

本实施方式可以使里层输出端和中间输出端共同工作，外层输出端停止工作。

本实施方式可以使全部输出端一起工作。

工作原理

在一个输入轴的传动下，通过齿轮传动和离合器的配合，实现多输出的机械臂手腕工作。一、电机1-2带动输入齿轮端1-4运动，输入齿轮端1-4上焊接有一固定齿轮，正常状态为空套，在外层离合器2-2的作用下，移动外层传动齿轮2-1，使外层传动齿轮2-1可以与输入齿轮端1-4啮合，带动外层输出端移动。实施方式一实现了外层输出端的独立工作，里层输出端和中间输出端的停止工作。二、内层挡板3-4把内层过轮3-5限位在内层内齿圈3-2里，输入齿轮端1-4连接内层过轮3-5，可以使过轮与输入端同时移动，正常状态，内层过轮3-5在内层内齿圈3-2中空转，当双向离合器左端3-1移动内层内齿圈3-2时，内层过轮3-5与内层输出端3-3啮合，带动内层输出端3-3移动。实施方案二实现了中层输出端的独立工作，外层输出端和里层输出端的停止工作。三、中层挡板4-4把中间过轮4-5限位在中层内齿圈4-2里，输入齿轮端1-4连接中间过轮4-5，可以使过轮与输入端同时移动，正常状态，中间过轮4-5在中层内齿圈4-2中空转，当双向离合器右端4-1移动中层内齿圈4-2时，中间过轮4-5与中层输出端4-3啮合，带动中层输出端4-3移动。实施方案三实现了里层输出端的独立工作，外层输出端和中间层输出端的停止工作。从而依次实现外层输出端、中间输出端、里层输出端的分别独立工作。

该机械臂手腕适用于需要对驱动装置集中防护和末端执行器需多种动力输入的危险复杂领域。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明的，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其他变化，以及应用到本发明未提及的领域中，当然，这些依据本发明精神所做的变化都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (3)

1.一种基于齿轮传动的欠驱动机械臂手腕，其特征在于：它包括手腕本体和机械结构外壳(1-5)，机械结构外壳(1-5)套装在手腕本体上，手腕本体包括固定端(1-1)、电机(1-2)、电机支座(1-3)、输入齿轮端(1-4)、支撑轴(5-1)、外层传动齿轮(2-1)、外层离合器(2-2)、过轴支杆(5-2)、过轮轴(5-3)、内层过轮(3-5)、中间过轮(4-5)、双向离合器左端(3-1)、两个内层挡板(3-4)、内层内齿圈(3-2)、内层输出端(3-3)、双向离合器右端(4-1)、中层内齿圈(4-2)、中层输出端(4-3)和两个中层挡板(4-4)，电机支座(1-3)固定安装在固定端(1-1)上，电机(1-2)安装在电机支座(1-3)上，支撑轴(5-1)平行于电机(1-2)的输出端并固定安装在固定端(1-1)上，输入齿轮端(1-4)套装在电机(1-2)的输出端，外层离合器(2-2)的一侧安装在支撑轴(5-1)上，外层离合器(2-2)的另一侧与可滑动连接的外层传动齿轮(2-1)连接，外层传动齿轮(2-1)与输入齿轮端(1-4)在外层离合器(2-2)的驱动下啮合，

过轴支杆(5-2)固定安装在输入齿轮端(1-4)上，过轮轴(5-3)平行于支撑轴(5-1)并固定安装在过轴支杆(5-2)上，中层内齿圈(4-2)可移动套装在支撑轴(5-1)上，且位于外层离合器(2-2)的左侧，两个中层挡板(4-4)分别安装在中层内齿圈(4-2)的左右两侧，中间过轮(4-5)套装在过轮轴(5-3)上，且中间过轮(4-5)在两个中层挡板(4-4)内转动，中层输出端(4-3)与输入齿轮端(1-4)连接，双向离合器右端(4-1)安装在中层内齿圈(4-2)的左侧，中层内齿圈(4-2)在双向离合器右端(4-1)的驱动下在支撑轴(5-1)上滑动，直至中间过轮(4-5)移动至与中层输出端(4-3)的齿轮啮合，

双向离合器左端(3-1)可滑动套装在支撑轴(5-1)上，且双向离合器左端(3-1)位于双向离合器右端(4-1)的左端，内层内齿圈(3-2)套装在支撑轴(5-1)上并位于双向离合器左端(3-1)的左端，两个内层挡板(3-4)分别安装在内层内齿圈(3-2)的左右两侧，内层过轮(3-5)套装在过轮轴(5-3)上，过轮轴(5-3)可转动安装在两个内层挡板(3-4)内，内层输出端(3-3)与中层输出端(4-3)连接，内层内齿圈(3-2)在双向离合器左端(3-1)的驱动下滑动直至两个内层挡板(3-4)内的内层过轮(3-5)与内层输出端(3-3)上的齿轮啮合。

2.根据权利要求1所述一种基于齿轮传动的欠驱动机械臂手腕，其特征在于：固定端(1-1)包括第一环形体(1-1-1)、第二环形体(1-1-2)和连接体(1-1-3)，第一环形体(1-1-1)和第二环形体(1-1-2)并列相对设置，第一环形体(1-1-1)的外沿和第二环形体(1-1-2)的外沿之间通过连接体(1-1-3)连接。

3.根据权利要求2所述一种基于齿轮传动的欠驱动机械臂手腕，其特征在于：机械结构外壳(1-5)为内侧壁上带有内齿的外壳。