CN109986547B - 一种有限空间内的四自由度操作装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有限空间内的四自由度操作装置，包括基板组件、电机丝杠组件、连接件A、电机直角减速机组件A、连接件B、电机直角减速机组件B、连接件C、摆杆电机减速机组件和末端组件；本发明装置通过将电机丝杠组件输出的纵向直线运动与电机直角减速机组件A输出的一级摆动、电机直角减速机组件B输出的二级摆动进行合成，实现各种末端运动规律。同时，通过钢丝绳带动整个装置升降，完成不同高度的作业需求。且末端的连接孔位可连接不同的执行机构，完成不同作业任务。整机体积紧凑，灵活性高，对于各种井坑作业任务具有较好的适应性，具有可观的工程应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及机械工程领域，尤其涉及一种有限空间内的四自由度操作装置。
背景技术
井坑内的空间有限，需要在既定空间完成指定的任务。传统的井坑内操作装置设计多考虑单一形式的应用，一般只为完成特定的任务，其灵活性较差且当有不同的工作需求时，需要重新设计相应的作业装置，设计过程繁琐且重复性大，因而迫切需要研制一种灵活性高且具有多适应性的井坑内操作装置。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，设计出一种有限空间内的四自由度操作装置，尤其适用于井坑内作业。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种有限空间内的四自由度操作装置，包括基板组件、电机丝杠组件、连接件A、电机直角减速机组件A、连接件B、电机直角减速机组件B、连接件C、摆杆电机减速机组件和末端组件；基板组件包括钢丝绳和基板，钢丝绳与基板固定连接，通过钢丝绳带动整个装置上下运动；电机丝杠组件固定在基板上，电机直角减速机组件A通过连接件A与电机丝杠组件相连，完成纵向直线运动；电机直角减速机组件B通过连接件B与电机直角减速机组件A连接，完成一级摆动；摆杆电机减速机组件通过连接件C与电机直角减速机组件B相连，完成二级摆动；末端组件具有末端转轴，末端转轴通过第二联轴器与摆杆电机减速机组件相连实现自转运动。
进一步地，所述电机丝杠组件包括第一电机、丝杠首端支撑件、丝杠螺母、滑块、丝杠、滑轨、丝杠末端支撑件、第一联轴器、第一轴承和第二轴承；其中，丝杠首端支撑件采用回形块结构，在中间掏空，两侧分别打孔；丝杠首端支撑件顶部与基座固定连接，第一电机固定在丝杠首端支撑件的侧面，第一电机通过第一联轴器联接丝杠的首端；丝杠上的丝杠螺母与连接件A固定连接；连接件A与滑块固定连接；滑轨安装在基板上，滑块与滑轨相配合；丝杠首端支撑件的侧面内部嵌有第一轴承，丝杠的首端通过第一轴承支撑；丝杠末端支撑件固定在基板上，嵌有第二轴承，丝杠的末端通过第二轴承支撑；第一电机通过驱动丝杠转动进而驱动丝杠螺母完成水平移动，丝杠螺母的水平移动驱动连接件A沿滑轨完成纵向直线运动。
进一步地，所述连接件A采用中间打孔连接丝杠螺母，底侧打孔连接电机直角减速机组件A，顶部先铣出一个槽口再进行打孔连接滑块的结构。
进一步地，所述电机直角减速机组件A和电机直角减速机组件B结构相同，电机直角减速机组件A包括第一直角减速机和第二电机，电机直角减速机组件B包括第二直角减速机和第三电机；连接件B具有两个垂直的安装面，分别安装第一直角减速机、第二直角减速机；第二电机驱动第一直角减速机完成一级摆动，第三电机驱动第二直角减速机完成二级摆动；通过设置第三电机的电机转动角度，进而控制二级摆动的摆角范围，保证末端转轴与外界不发生碰撞。
进一步地，所述摆杆电机减速机组件包括减速电机、第二联轴器和摆杆固定外壳；减速电机与摆杆固定壳体相连，末端组件的末端转轴通过第二联轴器与减速电机的输出轴连接；连接件C具有两个垂直安装面，摆杆电机减速机组件通过连接件C与电机直角减速机组件B连接。
进一步地，摆杆固定壳体上安装滑环，保证后端电气线路在自转的时候不会发生纠缠。
进一步地，所述摆杆固定壳体设计为两个矩形槽结构，分别为减速电机和第二联轴器提供安装空间；摆杆固定壳体侧面嵌有第三轴承，用于支撑末端组件。
进一步地，所述末端组件包括限位螺钉、限位套筒和末端转轴；限位套筒沿径向打孔；限位螺钉穿过限位套筒的径向孔与末端转轴连接，实现限位套筒和末端转轴的固接；限位套筒侧面顶住第三轴承保证末端转轴不会沿轴向滑动；末端转轴上具有多个连接孔位，用以连接外部机构。
进一步地，将电机丝杠组件输出的纵向直线运动与电机直角减速机组件A输出的一级摆动、电机直角减速机组件B输出的二级摆动进行合成，实现各种末端运动。
本发明的有益效果是：本发明有限空间内的四自由度操作装置通过将电机丝杠组件输出的纵向直线运动与电机直角减速机组件A输出的一级摆动、电机直角减速机组件B输出的二级摆动进行合成，实现各种末端运动规律。同时，通过钢丝绳带动整个装置升降，完成不同高度的作业需求。且末端的连接孔位可连接不同的执行机构，完成不同作业任务。整机体积紧凑，灵活性高，对于各种井坑作业任务具有较好的适应性，具有可观的工程应用前景。
附图说明
图1是有限空间内的四自由度操作装置整体正视图；
图2是有限空间内的四自由度操作装置整体轴测图；
图3是有限空间内的四自由度操作装置侧视图；
图4是电机丝杠组件正视图；
图5是摆杆电机减速机组件和末端组件的爆炸轴测图；
图6是丝杠螺母轴测图；
图7是滑块轴测图；
图8是丝杠末端支撑件轴测图；
图9是末端转轴轴测图；
图10是连接件A轴测图；
图11是连接件C轴测图；
图12是连接件B轴测图；
图13是丝杠首端支撑件轴测图；
图14是限位套筒轴测图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。
本发明提供的一种有限空间内的四自由度操作装置，包括基板组件3、电机丝杠组件1、连接件A 2、电机直角减速机组件A 10、连接件B 8、电机直角减速机组件B 9、连接件C7、摆杆电机减速机组件6和末端组件4；基板组件3包括四根钢丝绳3.1和基板3.2，钢丝绳3.1对称固接在基板3.2上，通过钢丝绳3.1带动整个装置上下运动；电机丝杠组件1固定在基板3.2上，电机直角减速机组件A10通过连接件A 2与电机丝杠组件1相连，完成纵向直线运动；电机直角减速机组件B 9通过连接件B 8与电机直角减速机组件A 10连接，完成一级摆动；摆杆电机减速机组件6通过连接件C 7与电机直角减速机组件B 9相连，完成二级摆动；末端组件4具有末端转轴4.3，末端转轴4.3通过第二联轴器6.2与摆杆电机减速机组件6相连实现自转运动。
如图1、2、4、6、7、8、13所示，所述电机丝杠组件1包括第一电机1.1、丝杠首端支撑件1.2、丝杠螺母1.3、滑块1.4、丝杠1.5、滑轨1.6、丝杠末端支撑件1.7、第一联轴器1.8、第一轴承1.9和第二轴承1.10；其中，丝杠首端支撑件1.2(如图13所示)采用回形块结构，在中间掏空，两侧分别打孔；丝杠首端支撑件1.2顶部与基座3固定连接，第一电机1.1固定在丝杠首端支撑件1.2的侧面，第一电机1.1通过第一联轴器1.8联接丝杠1.5的首端；丝杠1.5上的丝杠螺母1.3(如图6所示)与连接件A2固定连接；连接件A 2与滑块1.4(如图7所示)固定连接；滑轨1.6安装在基板3.2上，滑块1.4与滑轨1.6相配合，能够沿滑轨1.6滑动；丝杠首端支撑件1.2的侧面内部嵌有第一轴承1.9，丝杠1.5的首端通过第一轴承1.9支撑；丝杠末端支撑件1.7(如图8所示)固定在基板3.2上，嵌有第二轴承1.10，丝杠1.5的末端通过第二轴承1.10支撑；第一电机1.1通过驱动丝杠1.5转动进而驱动丝杠螺母1.3完成水平移动，丝杠螺母1.3的水平移动驱动连接件A2沿滑轨1.6完成纵向直线运动。
如图10所示，连接件A2采用中间打孔连接丝杠螺母1.3，底侧打孔连接电机直角减速机组件A 10，顶部先铣出一个槽口再进行打孔连接滑块1.4的结构。
如图1、2、12所示，所述电机直角减速机组件A 10和电机直角减速机组件B 9结构相同，电机直角减速机组件A10包括第一直角减速机10.2和第二电机10.1，电机直角减速机组件B 9包括第二直角减速机9.1和第三电机9.2；其中，第一直角减速机10.2、第二直角减速机9.1的输出端为法兰盘输出型；连接件B8(如图12所示)具有两个垂直的安装面，分别安装第一直角减速机10.2、第二直角减速机9.1；第二电机10.1驱动第一直角减速机10.2完成一级摆动，第三电机9.2驱动第二直角减速机9.1完成二级摆动。
如图1、5、9、11所示，所述摆杆电机减速机组件6包括减速电机6.1、第二联轴器6.2、第三轴承6.3和摆杆固定外壳6.4；减速电机6.1与摆杆固定壳体6.4相连，末端转轴4.3(如图9所示)通过第二联轴器6.2与减速电机6.1的输出轴连接；摆杆固定壳体6.4设计为两个矩形槽结构，分别为减速电机6.1和第二联轴器6.2提供安装空间；第三轴承6.3嵌在摆杆固定壳体6.4侧面，用于支撑末端组件4；连接件C 7具有两个垂直安装面，摆杆电机减速机组件6通过连接件C 7(如图11所示)与电机直角减速机组件B 9连接。
如图1，2，5，9，14所示，末端组件4包括限位螺钉4.1、限位套筒4.2和末端转轴4.3；限位套筒4.2(如图14所示)沿径向打孔；限位螺钉4.1穿过限位套筒4.2的径向孔与末端转轴4.3连接，实现限位套筒4.2和末端转轴4.3的固接；限位套筒4.2侧面顶住第三轴承6.3保证末端转轴4.3不会沿轴向滑动；末端转轴4.3上具有多个连接孔位，用以连接外部机构。摆杆固定壳体6.4上安装滑环5，保证后端电气线路在自转的时候不会发生纠缠。
如图1、2、3、5所示，通过设置第三电机9.2的电机转动角度，进而控制二级摆动的摆角范围，保证末端转轴4.3与井坑内壁11不发生碰撞。
本装置通过电机直角减速机组件B 9的旋转和电机丝杠组件1的纵向直线运动共同配合，完成末端转轴4.3的横向直线运动。
本发明的工作过程如下：
(1)将四自由度操作装置内部的各个组件连接起来；
(2)将执行机构安装在末端转轴4.3上；
(3)安装好后，进行升降运动和四自由度操作测试；
(4)通过各个电机的驱动，将电机丝杠组件1输出的纵向直线运动与电机直角减速机组件A10输出的一级摆动、电机直角减速机组件B 9输出的二级摆动进行合成，实现各种末端运动规律。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种有限空间内的四自由度操作装置，其特征在于，包括基板组件、电机丝杠组件、连接件A、电机直角减速机组件A、连接件B、电机直角减速机组件B、连接件C、摆杆电机减速机组件和末端组件；基板组件包括钢丝绳和基板，钢丝绳与基板固定连接，通过钢丝绳带动整个装置上下运动；电机丝杠组件固定在基板上，电机直角减速机组件A通过连接件A与电机丝杠组件相连，完成纵向直线运动；电机直角减速机组件B通过连接件B与电机直角减速机组件A连接，完成一级摆动；摆杆电机减速机组件通过连接件C与电机直角减速机组件B相连，完成二级摆动；末端组件具有末端转轴，末端转轴通过第二联轴器与摆杆电机减速机组件相连实现自转运动；
所述连接件A采用中间打孔连接丝杠螺母，底侧打孔连接电机直角减速机组件A，顶部先铣出一个槽口再进行打孔连接滑块的结构；
所述电机直角减速机组件A和电机直角减速机组件B结构相同，电机直角减速机组件A包括第一直角减速机和第二电机，电机直角减速机组件B包括第二直角减速机和第三电机；连接件B具有两个垂直的安装面，分别安装第一直角减速机、第二直角减速机；连接件C具有两个垂直安装面，摆杆电机减速机组件通过连接件C与电机直角减速机组件B连接。
2.根据权利要求1所述的一种有限空间内的四自由度操作装置，其特征在于，所述电机丝杠组件包括第一电机、丝杠首端支撑件、丝杠螺母、滑块、丝杠、滑轨、丝杠末端支撑件、第一联轴器、第一轴承和第二轴承；其中，丝杠首端支撑件采用回形块结构，在中间掏空，两侧分别打孔；丝杠首端支撑件顶部与基座固定连接，第一电机固定在丝杠首端支撑件的侧面，第一电机通过第一联轴器联接丝杠的首端；丝杠上的丝杠螺母与连接件A固定连接；连接件A与滑块固定连接；滑轨安装在基板上，滑块与滑轨相配合；丝杠首端支撑件的侧面内部嵌有第一轴承，丝杠的首端通过第一轴承支撑；丝杠末端支撑件固定在基板上，嵌有第二轴承，丝杠的末端通过第二轴承支撑；第一电机通过驱动丝杠转动进而驱动丝杠螺母完成水平移动，丝杠螺母的水平移动驱动连接件A沿滑轨完成纵向直线运动。
3.根据权利要求1所述的一种有限空间内的四自由度操作装置，其特征在于，第二电机驱动第一直角减速机完成一级摆动，第三电机驱动第二直角减速机完成二级摆动；通过设置第三电机的电机转动角度，进而控制二级摆动的摆角范围，保证末端转轴与外界不发生碰撞。
4.根据权利要求1所述的一种有限空间内的四自由度操作装置，其特征在于，所述摆杆电机减速机组件包括减速电机、第二联轴器和摆杆固定外壳；减速电机与摆杆固定壳体相连，末端组件的末端转轴通过第二联轴器与减速电机的输出轴连接。
5.根据权利要求4所述的一种有限空间内的四自由度操作装置，其特征在于，摆杆固定壳体上安装滑环，保证后端电气线路在自转的时候不会发生纠缠。
6.根据权利要求4所述的一种有限空间内的四自由度操作装置，其特征在于，所述摆杆固定壳体设计为两个矩形槽结构，分别为减速电机和第二联轴器提供安装空间；摆杆固定壳体侧面嵌有第三轴承，用于支撑末端组件。
7.根据权利要求6所述的一种有限空间内的四自由度操作装置，其特征在于，所述末端组件包括限位螺钉、限位套筒和末端转轴；限位套筒沿径向打孔；限位螺钉穿过限位套筒的径向孔与末端转轴连接，实现限位套筒和末端转轴的固接；限位套筒侧面顶住第三轴承保证末端转轴不会沿轴向滑动；末端转轴上具有多个连接孔位，用以连接外部机构。
8.根据权利要求1所述的一种有限空间内的四自由度操作装置，其特征在于，将电机丝杠组件输出的纵向直线运动与电机直角减速机组件A输出的一级摆动、电机直角减速机组件B输出的二级摆动进行合成，实现各种末端运动。
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