CN106571716A - 一种带位置反馈的水下电动直线缸机构 - Google Patents

一种带位置反馈的水下电动直线缸机构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及机器人工程，具体地说是一种带位置反馈的水下电动直线缸机构，包括缸体、前端盖、后端盖、拉线式直线电位计、电机减速箱组合体、滚珠丝杠螺杆、滚珠丝杠螺母及推杆，前、后端盖分别密封连接于缸体的两端，拉线式直线电位计、电机减速箱组合体、滚珠丝杠螺杆、滚珠丝杠螺母及推杆均内置于缸体内；电机减速箱组合体的输出端与滚珠丝杠螺杆连接，滚珠丝杠螺母与滚珠丝杠螺杆螺纹连接，滚珠丝杠螺母的一端与拉线式直线电位计的拉线相连接，另一端连接有推杆，推杆输出直线力和直线位移，通过检测拉线式直线电位计的输出电压测量直线缸的位移。本发明具有结构紧凑、功能齐全、故障率低、可全海深工作等优点。

Description

一种带位置反馈的水下电动直线缸机构
技术领域
本发明涉及机器人工程，具体地说是一种带位置反馈的水下电动直线缸机构，可应用于水下机械手等水下装备的研制。
背景技术
电机驱动具有体积重量小、功耗低、控制精度高，通过压力补偿器可实现全海深作业等优点，因此电机驱动装置在的水下机器人工程领域具有广阔的应用前景。
由于处于深海的特殊环境，水下驱动装置要求具有耐高压、耐腐蚀、结构紧凑、密封可靠等要求；针对水下自主机器人还要求具有功耗低、体积重量小等特点，研制出性能可靠、结构紧凑的带位置反馈的水下电动直线缸具有重大意义。
发明内容
为了满足深海特殊环境对水下驱动装置的要求，本发明的目的在于提供一种带位置反馈的水下电动直线缸结构。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明包括缸体、前端盖、后端盖、拉线式直线电位计、电机减速箱组合体、滚珠丝杠螺杆、滚珠丝杠螺母及推杆，其中前端盖与后端盖分别密封连接于所述缸体的两端，所述拉线式直线电位计、电机减速箱组合体、滚珠丝杠螺杆、滚珠丝杠螺母及推杆均内置于缸体内；所述电机减速箱组合体的输出端与转动安装在缸体内的所述滚珠丝杠螺杆连接、带动该滚珠丝杠螺杆旋转，所述滚珠丝杠螺母与滚珠丝杠螺杆螺纹连接，该滚珠丝杠螺母的一端与所述拉线式直线电位计的拉线相连接，另一端与所述推杆的一端连接，所述推杆的另一端由缸体穿出，输出直线力和直线位移；所述推杆通过滚珠丝杠螺母带动做直线运动、进而拉动拉线式直线电位计的拉线运动，通过内置的所述拉线式直线电位计检测电压测量出推杆的直线位移。
其中：所述后端盖上安装有向缸体引入补偿油实施压力补偿的充油管接头；所述推杆的一端沿周向均布有多个供补偿油通过的通油孔，该推杆一端外表面与缸体内壁之间安装有导向带，所述推杆的另一端由前端盖穿出，并与所述前端盖之间通过动密封圈密封连接；所述后端盖上安装有防止直线缸机构在海水中腐蚀的牺牲阳极；
所述拉线式直线电位计安装在后端盖的内壁上，该后端盖的内壁上安装有将所述拉线转换为缸体轴向的导向装置；所述导向装置包括安装座及滑轮，该安装座固定在所述后端盖的内壁上，所述滑轮转动安装在该安装座上；所述拉线绕过滑轮后与安装在所述滚珠丝杠螺母一端的挂钩相连；所述缸体分为多段，两相邻段之间密封连接；所述电机减速箱组合体固定在固定块A上，该固定块A固接于一组相邻两段之间，所述滚珠丝杠螺杆通过推力球轴承转动安装在固定块B上，并通过联轴器与所述电机减速箱组合体的输出轴相连，该固定块B固接于另一组相邻两段之间；所述固定块B的两侧均设有推力球轴承，靠近所述滚珠丝杠螺母一侧的推力球轴承通过固定块B及滚珠丝杠螺杆上的轴肩定位，另一侧的推力球轴承通过螺纹安装在所述滚珠丝杠螺杆上的圆螺母顶紧定位；所述固定块A及固定块B上均开有供拉线穿过的侧孔，所述滚珠丝杠螺母一端的端面上设有挂钩，所述拉线上的拉头依次由固定块A及固定块B上的侧孔穿过，悬挂于所述挂钩上；
所述拉线式直线电位计输出电压测量推杆位移，该拉线式直线电位计的数据线与安装于所述后端盖上的水密电缆插头相连、输出数据。
本发明的优点与积极效果为：
1.性能稳定：本发明采用内置拉线式直线电位计，避免了电位计受外界环境的影响，具有更高的可靠性。
2.结构紧凑：本发明的拉线式直线电位计置于缸体内部，结构更加紧凑。
3.本发明的后端盖上装有充油管接头，通过充油管接头可引入补偿油，实施压力补偿，确保在水下高压环境中能够正常工作。
4.本发明的后端盖上连接有牺牲阳极，防止直线缸机构在海水中腐蚀。
5.调试、维护方便：本发明中的缸体分为多段，便于零件的安装和更换。
附图说明
图1为本发明的内部结构示意图；
图2为图1中的A向视图；
其中：1为充油管接头，2为后端盖，3为导向装置，4为拉线式直线电位计，5为缸体A段，6为电机减速箱组合体，7为固定块A，8为缸体B段，9为联轴器，10为圆螺母，11为固定块B，12为推力球轴承，13为挂钩，14为滚珠丝杠螺杆，15为滚珠丝杠螺母，16为推杆，17为缸体C段，18为前端盖，19为牺牲阳极，20为水密电缆插头，21为拉线，22为动密封圈，23为通油孔，24为安装座，25为静密封圈。
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、图2所示，本发明包括缸体、前端盖18、后端盖2、拉线式直线电位计4、电机减速箱组合体6、联轴器9、滚珠丝杠螺杆14、滚珠丝杠螺母15及推杆16，其中前端盖18与后端盖2分别通过静密封圈25密封连接于缸体的前后两端；为了便于安装和更换，缸体可分为多段，本实施例的缸体即分为缸体A段5、缸体B段8及缸体C段17，缸体A段5的一端与后端盖2之间通过静密封圈25密封连接，另一端与缸体B段8的一端之间设有固定块A7，用螺钉固接在一起，并通过静密封圈25密封；缸体B段8的另一端与缸体C段17的一端之间设有固定块B11，用螺钉固接在一起，并通过静密封圈25密封；缸体C段17的另一端与前端盖2之间通过静密封圈25密封连接。
拉线式直线电位计4、电机减速箱组合体6、滚珠丝杠螺杆14、滚珠丝杠螺母15及推杆16均内置于缸体内，缸体A段5、电机减速箱组合体6、固定块A7、缸体B段8、联轴器9、固定块B11、滚珠丝杠螺杆14、滚珠丝杠螺母15、推杆16、缸体C段17、前端盖18构成本发明水下电动直线缸机构的执行机构。电机减速箱组合体6通过螺钉固定在固定块A7上，电机减速箱组合体6的输出轴和联轴器9的一端键连接，联轴器9的另一端与滚珠丝杠螺杆14相连，电机减速箱组合体6经联轴器9将旋转运动传递到滚珠丝杠螺杆14上、带动滚珠丝杠螺杆14做旋转运动。滚珠丝杠螺杆14头部装有两个推力球轴承12，滚珠丝杠螺杆14通过这两个推力球轴承12转动安装在固定块B11上。滚珠丝杠螺母15与滚珠丝杠螺杆14螺纹连接，组成滚珠丝杠副，滚珠丝杠副将滚珠丝杠螺杆14的旋转运动转化为滚珠丝杠螺母15的直线运动。两个推力球轴承12分别位于固定块B11的两侧，靠近滚珠丝杠螺母15一侧的推力球轴承12通过固定块B11及滚珠丝杠螺杆14上的轴肩定位，另一侧的推力球轴承12通过螺纹安装在滚珠丝杠螺杆14上的两个圆螺母10顶紧定位。滚珠丝杠螺母15的一端端面上设有挂钩13，固定块A7及固定块B11上均开有供拉线21穿过的侧孔，拉线式直线电位计4的拉线21上的拉头依次由固定块A7及固定块B11上的侧孔穿过，悬挂于挂钩13上。滚珠丝杠螺母15的另一端与推杆16的一端连接，推杆16的另一端由前端盖18穿出，并与前端盖18之间通过动密封圈22密封连接。推杆16一端外表面与缸体内壁之间安装有导向带。滚珠丝杠螺母15带动固连的挂钩13和推杆16做直线运动，推杆16输出直线力和直线位移，从而驱动水下机器人关节运动。拉线式直线电位计4固定于后端盖2的内壁上，该后端盖2的内壁上安装有将拉线21转换为缸体轴向的导向装置3；导向装置3包括安装座24及滑轮，该安装座24固定在后端盖2的内壁上，滑轮转动安装在安装座24上，拉线21绕过滑轮转换为竖直方向后穿过固定块A7、固定块B11上的侧孔，并悬挂于挂钩13。挂钩13随推杆16一起运动，挂钩13的直线运动拉动拉线式直线电位计4拉线的运动，通过检测电压检测出直线缸(即推杆16)的位移。拉线式直线电位计4的数据线与固连于后端盖2上的水密电缆插头20相连、输出数据。后端盖2上装有充油管接头1，可引入补偿油，实施压力补偿，确保直线缸能够在高压(110MPa)水环境下正常工作，推杆16的一端沿周向均布有多个供补偿油通过的通油孔23。后端盖2上装有牺牲阳极19，防止直线缸在海水中腐蚀。后端盖2、缸体A段5、固定块A7、缸体B段8、固定块B11、缸体C段17、前端盖18依次连接，各段之间装有静密封圈25，防止外界海水进入。
本发明的拉线式直线电位计4为市购产品，购置于济南星峰自动化设备有限公司，型号为LS-XF01系列。
本发明的工作原理为：
缸体内置的滚珠丝杠螺母15和滚珠丝杠螺杆14组成滚珠丝杠副，滚珠丝杠副将电机减速箱组合件6的旋转运动转化为滚珠丝杠螺母15的直线运动，滚珠丝杠螺母15带动挂钩13和推杆16做直线运动，推杆16输出直线力和位移。拉线式直线电位计4与控制器数据采集板相连，通过拉线式直线电位计4反馈信息测量直线缸的运动状态，可实现直线缸的闭环控制；同时直线缸具有压力补偿功能并装有牺牲阳极，适合在全海深环境中工作。
综上所述，本发明具有结构紧凑，性能可靠、调试方便等优点。本发明采用内置传感器，避免了传感器收外界环境的影响，具有更高的可靠性，结构更加紧凑。

Claims (10)

1.一种带位置反馈的水下电动直线缸机构，其特征在于：包括缸体、前端盖(18)、后端盖(2)、拉线式直线电位计(4)、电机减速箱组合体(6)、滚珠丝杠螺杆(14)、滚珠丝杠螺母(15)及推杆(16)，其中前端盖(18)与后端盖(2)分别密封连接于所述缸体的两端，所述拉线式直线电位计(4)、电机减速箱组合体(6)、滚珠丝杠螺杆(14)、滚珠丝杠螺母(15)及推杆(16)均内置于缸体内；所述电机减速箱组合体(6)的输出端与转动安装在缸体内的所述滚珠丝杠螺杆(14)连接、带动该滚珠丝杠螺杆(14)旋转，所述滚珠丝杠螺母(15)与滚珠丝杠螺杆(14)螺纹连接，该滚珠丝杠螺母(15)的一端与所述拉线式直线电位计(4)的拉线(21)相连接，另一端与所述推杆(16)的一端连接，所述推杆(16)的另一端由缸体穿出，输出直线力和直线位移；所述推杆(16)通过滚珠丝杠螺母(15)带动做直线运动、进而拉动拉线式直线电位计(4)的拉线运动，通过内置的所述拉线式直线电位计(4)检测电压测量出推杆(16)的直线位移。
2.按权利要求1所述带位置反馈的水下电动直线缸机构，其特征在于：所述后端盖(2)上安装有向缸体引入补偿油实施压力补偿的充油管接头(1)。
3.按权利要求2所述带位置反馈的水下电动直线缸机构，其特征在于：所述推杆(16)的一端沿周向均布有多个供补偿油通过的通油孔(23)，该推杆(16)一端外表面与缸体内壁之间安装有导向带，所述推杆(16)的另一端由前端盖(18)穿出，并与所述前端盖(18)之间通过动密封圈(22)密封连接。
4.按权利要求1所述带位置反馈的水下电动直线缸机构，其特征在于：所述后端盖(2)上安装有防止直线缸机构在海水中腐蚀的牺牲阳极(19)。
5.按权利要求1、2或4所述带位置反馈的水下电动直线缸机构，其特征在于：所述拉线式直线电位计(4)安装在后端盖(2)的内壁上，该后端盖(2)的内壁上安装有将所述拉线(21)转换为缸体轴向的导向装置(3)。
6.按权利要求5所述带位置反馈的水下电动直线缸机构，其特征在于：所述导向装置(3)包括安装座(24)及滑轮，该安装座(24)固定在所述后端盖(2)的内壁上，所述滑轮转动安装在该安装座(24)上；所述拉线(21)绕过滑轮后与安装在所述滚珠丝杠螺母(15)一端的挂钩(13)相连。
7.按权利要求1、2或4所述带位置反馈的水下电动直线缸机构，其特征在于：所述缸体分为多段，两相邻段之间密封连接；所述电机减速箱组合体(6)固定在固定块A(7)上，该固定块A(7)固接于一组相邻两段之间，所述滚珠丝杠螺杆(14)通过推力球轴承(12)转动安装在固定块B(11)上，并通过联轴器(9)与所述电机减速箱组合体(6)的输出轴相连，该固定块B(11)固接于另一组相邻两段之间。
8.按权利要求7所述带位置反馈的水下电动直线缸机构，其特征在于：所述固定块B(11)的两侧均设有推力球轴承(12)，靠近所述滚珠丝杠螺母(15)一侧的推力球轴承(12)通过固定块B(11)及滚珠丝杠螺杆(14)上的轴肩定位，另一侧的推力球轴承(12)通过螺纹安装在所述滚珠丝杠螺杆(14)上的圆螺母(10)顶紧定位。
9.按权利要求7所述带位置反馈的水下电动直线缸机构，其特征在于：所述固定块A(7)及固定块B(11)上均开有供拉线(21)穿过的侧孔，所述滚珠丝杠螺母(15)一端的端面上设有挂钩(13)，所述拉线(21)上的拉头依次由固定块A(7)及固定块B(11)上的侧孔穿过，悬挂于所述挂钩(13)上。
10.按权利要求1、2或4所述带位置反馈的水下电动直线缸机构，其特征在于：所述拉线式直线电位计(4)输出电压测量推杆(16)位移，该拉线式直线电位计(4)的数据线与安装于所述后端盖(2)上的水密电缆插头(20)相连、输出数据。
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