CN111390966A - 一种机械臂电动旋转关节 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机械臂电动旋转关节，属于水下机器人技术领域，该机械臂电动旋转关节包括筒体、端盖、外转子电机、转轴和旋转外接部，外转子电机的动力输出端具有外接法兰，转轴上设有法兰盘，法兰盘与外接法兰连接，外转子电机安装在端盖上，端盖盖合在筒体筒口处且外转子电机置于筒体内，转轴的一端穿过外转子电机并伸出筒体的筒底，转轴的另一端穿过端盖并伸出，旋转外接部连接在转轴的另一端端部，转轴的两端所受轴向压力相同。通过上述结构，本发明提供的机械臂电动旋转关节置于介质中时，转轴两端受到的压力相同，故而其能够适用于深海机器人，并且其结构简单，成本更低。

Description

一种机械臂电动旋转关节

技术领域

本发明属于水下机器人技术领域，特别涉及一种机械臂电动旋转关节。

背景技术

随着海洋日益增深的开发程度，产生了更多种多样的水下作业，水下机器人成为必不可少的工具之一，水下机器人所配备的机械臂主要用于资源收集、样本采集等任务，浅水区的工具已无法满足人们对更深水域的探索与开发。目前大多数的深海水下机械臂关节多采用液压形式，每个关节均需设有液压缸，需设置液压泵站进行液压油的供给，重量较大，不适合中小型水下机器人搭载。

公开号为CN110253618A的专利申请公开了一种电机驱动的模块化水下机械臂关节，该机械臂关节主要由防水步进电机、防水多芯接头、输出轴、线缆、固定件及螺纹连接件等组成。可以看出，在该专利技术中，是通过防水步进电机连接输出轴来达到旋转运动的目的，通过螺纹连接件实现与其他关节的连接。但是该专利公开的机械臂关节存在结构复杂以及成本高的缺点。

发明内容

本发明提供一种机械臂电动旋转关节，用于解决现有技术中用于深海的机械臂关节苏哦存在的结构复杂以及成本高的技术问题。

本发明通过下述技术方案实现：一种机械臂电动旋转关节，包括筒体、端盖、外转子电机、转轴和旋转外接部，所述外转子电机的动力输出端具有外接法兰，所述转轴上同轴设有法兰盘，所述法兰盘与所述外接法兰连接，所述外转子电机安装在所述端盖上，所述端盖盖合在所述筒体筒口处且所述外转子电机置于所述筒体内，所述转轴的一端穿过所述外转子电机并伸出所述筒体的筒底，所述转轴的另一端穿过所述端盖并伸出，所述旋转外接部连接在所述转轴的另一端端部，所述转轴的两端所受轴向压力相同。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述转轴的两端分别为穿过所述外转子电机的A端和穿过所述端盖的B端，所述A端的外径小于所述B端的外径；

所述筒体的筒底设有第一轴承室，所述A端伸入所述第一轴承室，所述第一轴承室中安装有第一轴承，所述转轴配合插接在所述第一轴承中；

所述第一轴承室中安装有适配的活塞，所述活塞套接在所述A端上，还包括避免所述活塞从所述第一轴承室中移出的挡板，所述挡板安装在所述第一轴承室端壁上，所述挡板上设有通孔；

所述活塞靠近所述挡板的一端端面面积与所述B端端面面积相同。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述端盖上设有第二轴承室，还包括第二轴承，所述第二轴承安装在所述第二轴承室中，所述第二轴承室插接在所述筒体内，所述外接法兰的外壁以及所述法兰盘的外壁均与所述第二轴承的内环壁过盈配合。

进一步地，为了更好地实现本发明，所述第一轴承室伸出所述筒体的筒底且该第一轴承室伸出所述筒体的区段形成安装管，所述安装管外转动安装有从动板；

所述旋转外接部包括主动板和外接板，所述主动板垂直连接在所述B端的端部，所述外接板连接在所述主动板上，所述从动板与所述外接板相接。

进一步地，为了更好地实现本发明，还包括滑动轴承，所述滑动轴承套接在所述安装管外，所述从动板连接在所述滑动轴承上。

进一步地，为了更好地实现本发明，所述筒体的外壁上可拆卸固定安装有外接块。

进一步地，为了更好地实现本发明，所述筒体的外壁上设有与所述筒体同轴的环形槽，所述外接块上设有与所述环形槽适配的第一弧形板，还包括第二弧形板，所述第二弧形板和所述第一弧形板通过第一螺钉连接在一起形成套管结构，所述套管结构套接在所述环形槽内。

进一步地，为了更好地实现本发明，所述第一弧形板与所述筒体的筒壁之间通过第二螺钉连接在一起，所述第二弧形板与所述筒体的筒壁之间通过第三螺钉连接在一起。

进一步地，为了更好地实现本发明，所述筒体的筒底还设有线缆安装孔，所述线缆安装孔孔缘安装有线缆中转接头，还包括与所述外转子电机电连接的线缆，所述线缆插接在所述线缆中转接头上。

进一步地，为了更好地实现本发明，所述第二轴承室的外壁与所述筒体的内壁之间、所述转轴与所述端盖之间、所述活塞与所述第一轴承室内壁之间以及所述线缆中转接头与所述筒体的筒底之间均设有密封圈。

本发明相较于现有技术具有以下有益效果：

本发明提供的机械臂电动旋转关节，包括筒体、端盖、外转子电机、转轴和旋转外接部，外转子电机的动力输出端具有外接法兰，上述转轴上设有法兰盘，法兰盘与外接法兰连接，这样，外转子电机便可以带动转轴转动，而且该转轴的一端穿过上述外转子电机并伸出，上述外转子电机安装在端盖上，端盖则盖合在上述筒体的筒口处，此时，上述外转子电机便置于上述筒体中，并且上述转轴的另一端穿过上述端盖并伸出，上述旋转外接部便连接在上述转轴的另一端端部，这样，转轴便可以带动上述旋转外接部转动，此时，上述转轴的另一端便置于筒体以及端盖外，该转轴穿过上述外转子电机的一端穿过上述筒体的筒底，这样，转轴的两端均位于筒体以及端盖外，而且，当该机械臂电动旋转关节置于水中或者空气中时，上述转轴两端均位于介质中，限定转轴两端收到介质施加的轴向压力相同。通过上述结构，本发明提供的机械壁电动旋转关节置于水中时，转轴两端均位于水中，且该转轴两端所受的轴向压力相同，从而相互抵消，使得转轴不会产生径向偏移，因此水压不会对外转子电机造成影响，因此本实施例提供的机械臂电动旋转关节可适用于深海，并且其结构简单，成本更低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中的机械臂电动旋转关节的结构示意图；

图2是图1所示结构的另一视角图；

图3是图1所示结构的剖视图；

图4是图3中的A区域局部放大图；

图5是图3中的B区域局部放大图；

图6是本发明实施例中的外接块安装在筒体上时的爆炸图。

图中：

1-筒体；2-端盖；3-外转子电机；4-转轴；5-法兰盘；6-主动板；7-外接板；8-第一轴承室；9-第一轴承；10-活塞；11-挡板；12-第二轴承室；13-第二轴承；14-从动板；15-滑动轴承；16-外接块；17-第一弧形块；18-第二弧形块；19-第一螺钉；20-第二螺钉；21-第三螺钉；22-线缆中转接头；23-密封圈；24-卡簧；25-环板。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

实施例1：

本实施例提供一种机械臂电动旋转关节，可适用于深海作用的机械臂。

该机械臂电动旋转关节包括筒体1、端盖2、外转子电机3、转轴4和旋转连接部，上述筒体1为一个直筒结构且该筒体1具有筒口和筒底，最佳地，该筒体1的筒壁和筒底均由防水材料(譬如不锈钢)制成，上述端盖2也是由挡水材料制成的结构件，该端盖2盖合在上述筒体1的筒口处，具体地，该端盖2通过第四螺钉可拆卸固定连接在筒体1的筒口处，此时，上述端盖2能够将上述筒体1的筒口封住。

上述外转子电机3便安装在上述端盖2上且该外转子电机3置于上述筒体1内部。该外转子电机3的动力输出端具有外接法兰，上述转轴4转动插接在该外转子电机3的内部，并且在该转轴4上同轴设有法兰盘5，该法兰盘5便与上述外接法兰通过第五螺钉连接在一起。此时外转子电机3通电运行时便能带动上述法兰盘5以及转轴4在上述筒体1中转动。

本实施例中，上述转轴4的一端穿过外转子电机3并伸出筒体1的筒底，而该转轴4的另一端则穿过上述端盖2并伸出，这样，转轴4的两端均伸出上述筒体1以及端盖2，而上述旋转外接部则连接在上述转轴4伸出端盖2的一端端部，转轴4能够带动旋转外接部旋转，值得注意的是，本实施例中的旋转外接部实际上是用于与外部关节连接的部件。

通过上述结构，本实施例提供的机械臂电动旋转关节中，转轴4的两端均伸出，这样，当其置于介质中时，转轴4的两端均置于介质中，限定转轴4的两端所受的轴向压力相同，这样，介质施加在转轴4两端的轴向压力将会相互抵消，从而不会造成转轴4产生轴向偏移，故而不会对外转子电机3造成损伤，借助于该结构，本实施例提供的机械臂电动旋转关节能够适用于深海作业的机械臂，并且其结构更加简单，成本更低。

作为本实施例的一种最佳实施方式，本实施例中的外转子电机3为谐波减速电机，以使得整体结构重量更轻，旋转外接部所能承受的负载更大。

实施例2：

本实施例作为实施例1的一种最佳实施方式，本实施例中，将转轴4穿过外转子电机3的一端定义为A端，将转轴4穿过端盖2的一端定义为B端，由于A端将穿过上述外转子电机3，而且B端连接上述旋转外接部，故而需要将B端的直径设计得更大，以输出更大的转矩，将上述A端的直径设计得更小一些，以便于其穿过上述外转子电机3，也即使得B端的外径大于A端的外径。

在上述筒体1的筒底设有第一轴承室8，在该第一轴承室8中安装有第一轴承9，上述转轴4的A端便伸入上述第一轴承室8，而且该A端配合插接在上述第一轴承9中，这样，第一轴承9便对转轴4的A端起到径向定位和限位的作用，以使得转轴4转动更加灵活。

上述第一轴承室8中还安装有活塞10，该活塞10与上述第一轴承室8适配，也即该活塞10能够在第一轴承室8中沿转轴4的轴向滑动，而且该活塞10便套接在上述转轴4的A端上，在上述第一轴承室8的端壁上还安装有挡板11，该挡板11能够挡住活塞10，避免其滑出上述第一轴承室8，以使得活塞10只能在第一轴承室8中滑动，最佳低，该挡板11能够将上述第一轴承室8封住，并且在该挡板11上设有通孔。

当本实施例提供的机械臂电动旋转关节置于介质中时，介质将能过穿过上述挡板11上的通孔并进入第一轴承室8而作用于上述活塞10上，最佳地，该活塞10靠近挡板11的一端端面面积和转轴4的B端端面面积相同，这样，当转轴4处于介质同一高度或深度时，介质施加到B端的压强与其施加到活塞10上的压强相同，由于两者面积相同，故而介质施加到B端以及活塞10上的轴向压力则相同，活塞10传递至转轴4的A端的压力则于转轴4B端所受压力相同，由此而使得转轴4的两端所受压力相同。

上述结构中，巧妙地采用活塞10来平衡转轴4两端所受压力，结构更加简单，而且活塞10还可以起到密封的效果，并且转轴4的转动不会受到影响。

作为本实施例的一种更优实施方式，本实施例中，转轴4靠近A端的区段上设有轴阶，上述活塞10的端面便顶在该轴阶端面上，而且，该轴阶与上述第一轴承9配合，在该轴阶上还设有一卡簧槽，该卡簧槽内安装有卡簧24，该卡簧24则将第一轴承9压紧在第一轴承室8内壁上，以使得第一轴承9稳固地安装在第一轴承室8内。

实施例3：

本实施例作为实施例2的一种更优实施方式，本实施例中，在上述端盖2上还设有第二轴承室12，当端盖2安装在上述筒体1的筒口处时，该第二轴承室12则插接在上述筒体1内部，上述外转子电机3则通过第六螺钉连接在该第轴承室12的自由端端部。

在上述第二轴承室12中配合安装有第二轴承13，上述外转子电机3动力输出端的外接法兰的外壁以及上述法兰盘5的外壁均与该第二轴承13的内环壁过盈配合，采用该种结构，本实施例中的转轴4以及外转子电机3的动力输出端则共用一个第二轴承13，从而使得结构更加紧凑，进而可以大大减小本实施例提供的机械臂电动旋转关节的体积。

作为本实施例中一种具体实施方式，本实施例提供的机械臂电动旋转关节还包括一块环板25，该环板25通过第九螺钉连接在上述第二轴承室12的端壁上，上述外转子电机3的外壳则通过第十螺钉连接在该环板25上，而且该环板25上还设有环形凸台，该环形凸台则将第二轴承13压紧在第二轴承室12内。

实施例4：

本实施例作为上述实施例的一种更优实施方式，具体地，本实施例中，上述旋转外接部包括主动板6和外接板7，其中，主动板6通过键连接的方式与转轴4的B端相接且通过第七螺钉锁紧，上述外接板7上设有通孔和/或螺纹孔以用于与外部结构相连接，并且该外接板7通过第八螺钉连接在上述主动板6远离转轴4的一端。最佳地，上述主动板6垂直上述转轴4，上述外接板7垂直上述主动板6。此时，上述外接板7与上述转轴4平行。当转轴4转动时，转轴4能够带动主动板6转动，主动板6能够带动外接板7转动。

本实施例中，上述第一轴承室8伸出上述筒体1的筒底，且该第一轴承室8伸出筒体1的区段为圆管且该区段形成安装管，在该安装管外转动套接有一块从动板14，该从动板14则连接在上述外接板7上，也即主动板6和从动板14分别连接在外接板7的两端形成旋转支撑，这样，则可以保证外接板7的转动更加平顺，而且，该外接板7的两端具有支撑，其能够承受的负载则更大。

作为本实施例的一种更优实施方式，本实施例中，在上述安装管外套装有一个滑动轴承15，上述从动板14则连接在该滑动轴承15上，也即使得上述从动板14通过该滑动轴承15与上述安装管连接，从而使得从动板14在安装管上的转动更加灵活。

实施例5：

本实施例作为上述实施例的一种更优实施方式，本实施例中，在上述筒体1的外壁上可拆卸固定安装有外接块16，该外接块16上也设有用于安装的通孔和/或螺纹孔。使用该外接块16，则可以将筒体1以及本实施例提供的机械臂电动旋转关节连接在外物上。这样，譬如三个该机械臂电动旋转关节组合形成机械臂时，则可以将第一个的外接板7与第二个的外接块16连接在一起，再将第一个的外接块16与第三个的外接板7连接在一起。

作为本实施例的一种具体实施方式，本实施例中，上述筒体1的外壁上设有环形槽，该环形槽与上述筒体1同轴，在上述外接块16上设有与环形槽适配的第一弧形板17，还包括第二弧形板18，该第一弧形板17和第二弧形板18拼接形成套管结构并通过第一螺钉19紧固。安装时，将上述套管结构套在环形槽内且该套管结构嵌装在该环形槽内，以使得整体结构更加紧凑。这样，外接块16能够快速地从筒体1上拆装。

作为本实施例的一种更优实施方式，本实施例中，上述第一弧形板17通过第二螺钉20与上述筒体1的筒壁连接，上述第二弧形板18通过第三螺钉21与筒体1的筒壁连接，这样，则可以使得第一弧形板17和第二弧形板18之间的连接更加牢固，以使得外接块16更加稳固地连接在筒体1上。具体地，在上述筒体1设有第一轴承室8的一端端面上设有多个盲孔，在上述第一弧形板17和第二弧形板18的端壁上分别设有第一螺孔和第二螺孔，上述第二螺钉20穿过对应的盲孔后螺接在上述第一螺孔中，第三螺钉21穿过对应的盲孔后螺接在上述第二螺孔中。

实施例6：

本实施例作为上述实施例的一种更优实施方式，本实施例中，在上述筒体1的筒底还设有线缆安装孔，该线缆安装孔给外转子电机3供电，在该线缆安装孔孔缘安装有线缆中转接头22，该线缆中转接头22位于上述筒体1外，并且该线缆中转接头22与给外转子电机3供电的线缆电连接。也即，通过该线缆中转接头22，将筒体1外部的线缆和筒体1内部的线缆连接起来，该线缆则是给外转子电机3供电的线缆。

实施例7：

本实施例作为上述实施例的一种更优实施方式，本实施例中，还包括密封圈23，在上述第二轴承室12的外壁与筒体1筒口处的内壁之间、转轴4与端盖2之间、活塞10与第一轴承室8内壁之间以及线缆中转接头22与筒体1的筒底之间均设有上述密封圈23。其中转轴4与端盖2之间的密封圈23以及活塞10与第一轴承室8内壁之间的密封圈23均是旋转密封圈，也即能够在旋转时起到密封的密封圈，上述第二轴承室12外壁与筒体1筒口处的内壁之间的密封圈23以及线缆中转接头22与筒体1筒底之间的密封圈23为橡胶密封圈。

通过上述结构，可以起到密封防水的效果，避免水从转轴4与端盖2之间的间隙、活塞10与第一轴承室8内壁之间的间隙、第二轴承室12外壁与筒体1内壁之间的间隙以及线缆中转接头22与筒体1筒底之间的间隙中渗入筒体1中而损伤外转子电机3。值得注意的时，该密封圈23为高压密封圈，其能够承受至少3500米水深的压力。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明记载的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种机械臂电动旋转关节，其特征在于：包括筒体、端盖、外转子电机、转轴和旋转外接部，所述外转子电机的动力输出端具有外接法兰，所述转轴上同轴设有法兰盘，所述法兰盘与所述外接法兰连接，所述外转子电机安装在所述端盖上，所述端盖盖合在所述筒体筒口处且所述外转子电机置于所述筒体内，所述转轴的一端穿过所述外转子电机并伸出所述筒体的筒底，所述转轴的另一端穿过所述端盖并伸出，所述旋转外接部连接在所述转轴的另一端端部，所述转轴的两端所受轴向压力相同。

2.根据权利要求1所述的一种机械臂电动旋转关节，其特征在于：所述转轴的两端分别为穿过所述外转子电机的A端和穿过所述端盖的B端，所述A端的外径小于所述B端的外径；

所述筒体的筒底设有第一轴承室，所述A端伸入所述第一轴承室，所述第一轴承室中安装有第一轴承，所述转轴配合插接在所述第一轴承中；

所述第一轴承室中安装有适配的活塞，所述活塞套接在所述A端上，还包括避免所述活塞从所述第一轴承室中移出的挡板，所述挡板安装在所述第一轴承室端壁上，所述挡板上设有通孔；

所述活塞靠近所述挡板的一端端面面积与所述B端端面面积相同。

3.根据权利要求2所述的一种机械臂电动旋转关节，其特征在于：所述端盖上设有第二轴承室，还包括第二轴承，所述第二轴承安装在所述第二轴承室中，所述第二轴承室插接在所述筒体内，所述外接法兰的外壁以及所述法兰盘的外壁均与所述第二轴承的内环壁过盈配合。

4.根据权利要求3所述的一种机械臂电动旋转关节，其特征在于：所述第一轴承室伸出所述筒体的筒底且该第一轴承室伸出所述筒体的区段形成安装管，所述安装管外转动安装有从动板；

所述旋转外接部包括主动板和外接板，所述主动板垂直连接在所述B端的端部，所述外接板连接在所述主动板上，所述从动板与所述外接板相接。

5.根据权利要求4所述的一种机械臂电动旋转关节，其特征在于：还包括滑动轴承，所述滑动轴承套接在所述安装管外，所述从动板连接在所述滑动轴承上。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种机械臂电动旋转关节，其特征在于：所述筒体的外壁上可拆卸固定安装有外接块。

7.根据权利要求6所述的一种机械臂电动旋转关节，其特征在于：所述筒体的外壁上设有与所述筒体同轴的环形槽，所述外接块上设有与所述环形槽适配的第一弧形板，还包括第二弧形板，所述第二弧形板和所述第一弧形板通过第一螺钉连接在一起形成套管结构，所述套管结构套接在所述环形槽内。

8.根据权利要求7任一项所述的一种机械臂电动旋转关节，其特征在于：所述第一弧形板与所述筒体的筒壁之间通过第二螺钉连接在一起，所述第二弧形板与所述筒体的筒壁之间通过第三螺钉连接在一起。

9.根据权利要求5所述的一种机械臂电动旋转关节，其特征在于：所述筒体的筒底还设有线缆安装孔，所述线缆安装孔孔缘安装有线缆中转接头，还包括与所述外转子电机电连接的线缆，所述线缆插接在所述线缆中转接头上。

10.根据权利要求9所述的一种机械臂电动旋转关节，其特征在于：所述第二轴承室的外壁与所述筒体的内壁之间、所述转轴与所述端盖之间、所述活塞与所述第一轴承室内壁之间以及所述线缆中转接头与所述筒体的筒底之间均设有密封圈。

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