CN112025754A - 一种水下多功能电动机械臂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种水下多功能电动机械臂，包括底座、摆动关节、旋转关节和夹取关节；所述底座和所述摆动关节之间通过第一关节端盖和第一旋转轴连接，实现旋转功能和摆动功能；所述摆动关节和所述旋转关节之间通过第二旋转轴连接，实现摆动功能；所述旋转关节和所述夹取关节之间通过第二动密封套连接，实现旋转功能；所述夹取关节末端安装有夹爪，实现夹取功能。整机实现了摆动、旋转、夹取功能一体化，且结构紧凑，操作灵活，轻巧耐用，可靠性高；整机采用防水设计，能够满足长期水下工作需求；整机采用模块化设计，方便对齿轮组、夹爪和独立轴进行快速更换，方便装配和检修，具有较强的适用性和通用性。

Description

一种水下多功能电动机械臂
技术领域
本发明涉及水下机器人技术领域，尤其涉及一种水下多功能电动机械臂。
背景技术
水下机械臂作为水下机器人的执行机构，直接影响水下任务完成的质量和水平。目前水下机械臂种类较少，且自由度和功能单一，难以满足水下作业任务需求。另外，现有水下机械臂整机体积和质量都较大，且结构复杂，零部件数量众多，给加工、装配和维修都带来了极大的困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水下多功能电动机械臂，以解决现有技术中的水下机械臂自由度和功能单一，整机较重和结构复杂的问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种水下多功能电动机械臂，包括底座、摆动关节、旋转关节和夹取关节；所述底座通过第一关节端盖和第一旋转轴与所述摆动关节连接，用于实现所述底座和所述旋转关节之间的旋转功能和摆动功能；所述摆动关节通过第二旋转轴与所述旋转关节传动连接，用于实现所述摆动关节和所述旋转关节之间的摆动功能；所述旋转关节通过第二动密封套与所述夹取关节转动连接，用于实现所述旋转关节和所述夹取关节之间的旋转功能；所述夹取关节的末端安装有夹爪，所述夹取关节的内部设有与所述夹爪传动连接的推送装置，用于实现所述夹爪的夹取功能。
上述方案中，所述底座包括底座外壳，所述底座外壳的内部安装有第一电机和第一减速箱，所述第一电机的输出端与所述第一减速箱传动连接，所述第一减速箱的输出端与所述第一关节端盖固定连接。
上述方案中，所述底座外壳与所述第一关节端盖之间安装有第一动密封套，所述第一动密封套与所述底座外壳卡入式连接，所述第一动密封套的两侧接触面上分别有第一沟槽，每个第一沟槽中分别装配有第一密封圈。
上述方案中，所述第一动密封套与所述第一关节端盖相接触的内侧面上设有两道内沟槽，所述第一动密封套与所述底座外壳相接触的外侧面上设有一个外沟槽。
上述方案中，所述摆动关节包括摆动关节外壳、第二关节端盖、第三关节端盖，所述第二关节端盖与摆动关节外壳靠近所述底座的一端固定连接，所述第二关节端盖的一端与所述第一关节端盖固定连接，所述第二关节端盖的另一端通过铰接座与第一旋转轴的两端固定连接，所述第三关节端盖与摆动关节外壳靠近所述旋转关节的一端固定连接，所述第三关节端盖通过第二旋转轴与所述摆动关节连接，所述摆动关节外壳中设置有第二电机、第一传动机构、第三电机、第二传动机构，所述第二电机的输出端安装有第二减速箱，所述第二电机通过第二减速箱与所述第一传动机构传动连接，所述第一传动机构与第一旋转轴传动连接，所述第三电机的输出端与所述第二传动机构传动连接，所述第二传动机构与第二旋转轴传动连接。
上述方案中，优选的，所述第一传动机构和第二传动机构均为齿轮组传动机构。
上述方案中，所述旋转关节包括第四关节端盖和旋转关节外壳，所述第四关节端盖与旋转关节外壳固定连接，所述第四关节端盖的外侧通过铰接座与第二旋转轴转动连接，所述旋转关节外壳中安装有第四电机，所述第四电机输出端与所述夹取关节连接。
上述方案中，所述夹取关节包括夹取关节外壳和第五关节端盖，所述夹取关节外壳通过螺钉与第五关节端盖固定连接，所述夹爪通过夹爪固定支座与所述第五关节端盖固定连接，所述夹爪与夹爪固定支座转动连接，所述夹取关节外壳的内部设有与所述夹爪传动连接的推送装置。
上述方案中，优选的，所述推送装置包括第五电机、丝杠螺母和丝杠，所述第五电机的输出端通过丝杠螺母与所述丝杠传动连接，所述丝杠的端部连接有丝杠连接轴，所述丝杠连接轴贯穿所述第五关节端盖并与第五关节端盖活动连接，所述丝杠通过丝杠连接轴与所述夹爪铰接。
上述方案中，所述旋转关节外壳与所述夹取关节外壳之间安装有第二动密封套，所述旋转关节外壳上设有两道第二沟槽，每个第二沟槽中分别装配有第二密封圈，所述第二动密封套与所述夹取关节外壳卡接，所述第二动密封套上设有一道内部装配有第三密封圈第三沟槽。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本水下多功能电动机械臂集摆动、旋转、夹取功能一体化，且结构紧凑，操作灵活，轻巧耐用，可靠性高。整机外形采用防水设计，能够满足长期水下工作需求。在关节端盖与关节外壳之间采用嵌套式固定连接结构，且装配密封圈保证静密封，在相对运动的关节端盖之间和关节外壳之间装配动密封套和密封圈保证静密封和动密封。整个电动机械臂采用模块化设计，方便对齿轮组、夹爪和独立轴进行快速更换，方便装配和检修，具有较强的适用性和通用性。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明的外部结构示意图；
图2为本发明的剖视图；
图3为图2中A处局部放大视图；
图4为图2中B处局部放大视图；
图5为本发明中夹爪被撑开后的结构示意图。
附图标记说明：1、底座外壳；2、第一电机；3、第一减速箱；4、第一关节端盖；5、第一动密封套；6、第二关节端盖；7、第一旋转轴；8、第一传动机构；9、摆动关节外壳；10、第二减速箱；11、第二电机；12、第三电机；13、第二传动机构；14、第二旋转轴；15、第三关节端盖；16、第四关节端盖；17、旋转关节外壳；18、第四电机；19、第二动密封套；20、夹取关节外壳；21、第五电机；22、丝杠螺母；23、丝杠；24、丝杠连接轴；25、第五关节端盖；26、夹爪固定支座；27、夹爪；101、第一密封圈；102、第二密封圈；103、第三密封圈。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
如图1和图2所示，一种水下多功能电动机械臂，包括底座、摆动关节、旋转关节和夹取关节。底座通过第一关节端盖4和第一旋转轴7与摆动关节连接，用于实现旋转关节的旋转功能和摆动功能。底座通过驱动第一关节端盖4转动与摆动关节固定连接，来实现底座和旋转关节之间的旋转功能，底座通过第一旋转轴7与摆动关节相对转动连接，来实现底座和摆动关节之间的摆动功能。
具体的，底座包括底座外壳1，底座外壳1的内部安装有第一电机2和第一减速箱3，第一电机2的输出端与第一减速箱3传动连接，第一减速箱3的输出端与第一关节端盖4固定连接。通过第一电机2驱动第一关节端盖4转动，第一关节端盖4转动与摆动关节固定连接，从而驱动摆动关节转动，来在本水下多功能电动机械臂中实现底座和摆动关节之间的旋转功能。
作为一种优选的方案，请参阅图3，在底座外壳1与第一关节端盖4之间安装有第一动密封套5，第一动密封套5与底座外壳1卡入式连接，便于两者固定牢固。在第一动密封套5的两侧接触面上分别有第一沟槽，每个第一沟槽中分别装配有第一密封圈101，用于密封起来防止在水下工作时进水，具有防水的作用。
进一步的，第一动密封套5与第一关节端盖4相接触的内侧面上设有两道内沟槽，用于密封与第一关节端盖4的接触面，第一动密封套5与底座外壳1相接触的外侧面上设有一个外沟槽，用于密封与底座外壳1的接触面。
摆动关节通过第二旋转轴14与旋转关节传动连接，用于实现旋转关节的摆动功能。
具体的，摆动关节包括摆动关节外壳9、第二关节端盖6和第三关节端盖15，第二关节端盖6与摆动关节外壳9靠近底座的一端嵌套式固定连接，第二关节端盖6的一端与第一关节端盖4嵌套式固定连接，在第一电机2的驱动下，来实现底座和旋转关节之间的旋转功能，第二关节端盖6的另一端通过铰接座与第一旋转轴7的两端固定连接，在驱动第一旋转轴7的转动下，来实现摆动关节和旋转关节之间的摆动功能。
第三关节端盖15与摆动关节外壳9靠近旋转关节的一端固定连接，第三关节端盖15通过第二旋转轴14与摆动关节连接。摆动关节外壳9中设置有第二电机11、第一传动机构8、第三电机12、第二传动机构13，第二电机11和第一传动机构8安装在摆动关节外壳9靠近底座的一端，第三电机12和第二传动机构13安装在摆动关节外壳9靠近旋转关节的一端。
进一步的，第二电机11的输出端安装有第二减速箱10，第二电机11通过第二减速箱10与第一传动机构8传动连接，第一传动机构8与第一旋转轴7传动连接，第三电机12的输出端与第二传动机构13传动连接，第二传动机构13与第二旋转轴14传动连接，从而实现摆动关节的两端都可以相对转动从而实现摆动功能。
作为一种优选的方案，第一传动机构8和第二传动机构13均为齿轮组传动机构。该齿轮组传动机构可以为图2所示的那样实施，在第二电机11和第三电机12的输出端分别固定一个小的锥齿轮，在通过小的锥齿轮分别驱动一个大锥齿轮，大锥齿轮的外侧设有小齿轮。摆动关节底部的小齿轮驱动固定在第一旋转轴7的大齿轮，大齿轮转动从而带动第一旋转轴7转动。摆动关节顶部小齿轮驱动固定在第二旋转轴14的大齿轮，该大齿轮转动从而带动第二旋转轴14转动。
旋转关节通过第二动密封套19与夹取关节转动连接，实现旋转关节和夹取关节之间的旋转功能。
具体的，旋转关节包括第四关节端盖16和旋转关节外壳17，第四关节端盖16与旋转关节外壳17通过螺丝固定连接，第四关节端盖16的外侧通过铰接座与第二旋转轴14的两端固定连接。旋转关节外壳17中安装有第四电机18，第四电机18输出端与夹取关节连接，第四电机18工作时，从而驱动夹取关节转动，从而使本水下多功能电动机械臂实现旋转关节和夹取关节之间的旋转功能。
在夹取关节的末端安装有夹爪27，夹爪27为现有的产品，本发明是为了实现夹爪27能够多功能的调整来设计创造的。具体的，夹取关节包括夹取关节外壳20和第五关节端盖25，夹取关节外壳20通过螺钉与第五关节端盖25固定连接，夹爪27通过夹爪固定支座26与第五关节端盖25固定连接，夹爪27与夹爪固定支座26转动连接，夹取关节外壳20的内部设有与夹爪27传动连接的推送装置，通过夹取关节内的推送装置来将夹爪27推送出来夹取水下的物品。
夹取关节的内部设有与夹爪27传动连接的推送装置，用于实现夹爪27的夹取功能，请参阅图5，夹爪27在夹取物品时通过推送装置实现其收纳和撑开，在开合过程中来完成对物品的夹取。
具体的，推送装置包括第五电机21、丝杠螺母22和丝杠23，丝杠螺母22和丝杠23在夹取关节外壳20内部构成丝杠螺母传动机构。第五电机21的输出端通过丝杠螺母22与丝杠23传动连接，丝杠23的端部连接有丝杠连接轴24，丝杠连接轴24贯穿第五关节端盖25并与第五关节端盖25活动连接，丝杠23通过丝杠连接轴24与夹爪27铰接，从而带动夹爪27实现开合运动。
上述方案中，推送装置采用的是丝杠螺母传动机构，作为一种优选的方案，也可以采用在夹取关节外壳20内部安装一个油缸或者电动气缸来完成推送夹爪27夹取物品的过程。推送装置均是在推送时通过丝杠连接轴24使夹爪27撑开，在收回时使夹爪27闭合。
作为一种优选的方案，请参阅图4，在旋转关节外壳17与夹取关节外壳20之间安装有第二动密封套19，旋转关节外壳17上设有两道第二沟槽，每个第二沟槽中分别装配有第二密封圈102，第二动密封套19与夹取关节外壳20卡接，第二动密封套19上设有一道内部装配有第三密封圈103第三沟槽。第二动密封套19以及安装在第二动密封套19内外的第二密封圈102和第三密封圈103，都是用于为旋转关节与夹取关节提供密封作用，防止本水下多功能电动机械臂在水下工作时进水，也用于防止空气中飞尘的影响。
实施时，上述方案中所列举的第一电机2、第二电机11、第三电机12、第四电机18和第五电机21均通过安装在机体内部的线路与底座底部的电源线连接。
本发明的工作原理是：在第一电机2的驱动下，底座和摆动关节之间可以实现相对旋转；在第二电机11通过第一传动机构8驱动第一旋转轴7转动的作用下，底座和摆动关节之间可以实现相对摆动；在第三电机12通过第二传动机构12驱动第二旋转轴14转动的作用下，摆动关节和旋转关节之间可以实现相对摆动；在第四电机18的驱动下，旋转关节和夹取关节之间可以实现相对旋转；在第五电机21的驱动下，丝杠23带动丝杠连接轴24作直线运动，从而带动夹爪27开合，实现夹取功能。通过对各旋转、摆动功能的选取与组合，可将夹爪27移动到目标位置，继而通过夹爪27的开合实现抓取物体的目的，完成水下任务。
本多功能电动机械臂用于在水下工作，比如海底、湖底，还可以在非水下的环境中工作，比如在其他液体介质中作业夹取目标物品，在生产车间中夹取目标产品。
通过本发明的技术方案实现了水下多功能电动机械臂集摆动、旋转、夹取功能一体化，且结构紧凑，操作灵活，轻巧耐用，可靠性高。整机外形采用防水设计，能够满足长期水下工作需求。在关节端盖与关节外壳之间采用嵌套式固定连接结构，且装配密封圈保证静密封，在相对运动的关节端盖之间和关节外壳之间装配动密封套和密封圈保证静密封和动密封。整个电动机械臂采用模块化设计，方便对齿轮组、夹爪和独立轴进行快速更换，方便装配和检修，具有较强的适用性和通用性。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水下多功能电动机械臂，其特征在于：包括底座、摆动关节、旋转关节和夹取关节；所述底座通过第一关节端盖(4)和第一旋转轴(7)与所述摆动关节连接，用于实现所述底座和所述旋转关节之间的旋转功能和摆动功能；所述摆动关节通过第二旋转轴(14)与所述旋转关节传动连接，用于实现所述摆动关节和所述旋转关节之间的摆动功能；所述旋转关节通过第二动密封套(19)与所述夹取关节转动连接，用于实现所述旋转关节和所述夹取关节之间的旋转功能；所述夹取关节的末端安装有夹爪(27)，所述夹取关节的内部设有与所述夹爪(27)传动连接的推送装置，用于实现所述夹爪(27)的夹取功能。
2.根据权利要求1所述的一种水下多功能电动机械臂，其特征在于：所述底座包括底座外壳(1)，所述底座外壳(1)的内部安装有第一电机(2)和第一减速箱(3)，所述第一电机(2)的输出端与所述第一减速箱(3)传动连接，所述第一减速箱(3)的输出端与所述第一关节端盖(4)固定连接。
3.根据权利要求2所述的一种水下多功能电动机械臂，其特征在于：所述底座外壳(1)与所述第一关节端盖(4)之间安装有第一动密封套(5)，所述第一动密封套(5)与所述底座外壳(1)卡入式连接，所述第一动密封套(5)的两侧接触面上分别有第一沟槽，每个第一沟槽中分别装配有第一密封圈(101)。
4.根据权利要求3所述的一种水下多功能电动机械臂，其特征在于：所述第一动密封套(5)与所述第一关节端盖(4)相接触的内侧面上设有两道内沟槽，所述第一动密封套(5)与所述底座外壳(1)相接触的外侧面上设有一个外沟槽。
5.根据权利要求1所述的一种水下多功能电动机械臂，其特征在于：所述摆动关节包括摆动关节外壳(9)、第二关节端盖(6)、第三关节端盖(15)，所述第二关节端盖(6)与摆动关节外壳(9)靠近所述底座的一端固定连接，所述第二关节端盖(6)的一端与所述第一关节端盖(4)固定连接，所述第二关节端盖(6)的另一端通过铰接座与第一旋转轴(7)的两端固定连接，所述第三关节端盖(15)与摆动关节外壳(9)靠近所述旋转关节的一端固定连接，所述第三关节端盖(15)通过第二旋转轴(14)与所述摆动关节连接，所述摆动关节外壳(9)中设置有第二电机(11)、第一传动机构(8)、第三电机(12)、第二传动机构(13)，所述第二电机(11)的输出端安装有第二减速箱(10)，所述第二电机(11)通过第二减速箱(10)与所述第一传动机构(8)传动连接，所述第一传动机构(8)与第一旋转轴(7)传动连接，所述第三电机(12)的输出端与所述第二传动机构(13)传动连接，所述第二传动机构(13)与第二旋转轴(14)传动连接。
6.根据权利要求5所述的一种水下多功能电动机械臂，其特征在于：所述第一传动机构(8)和第二传动机构(13)均为齿轮组传动机构。
7.根据权利要求1所述的一种水下多功能电动机械臂，其特征在于：所述旋转关节包括第四关节端盖(16)和旋转关节外壳(17)，所述第四关节端盖(16)与旋转关节外壳(17)固定连接，所述第四关节端盖(16)的外侧通过铰接座与第二旋转轴(14)转动连接，所述旋转关节外壳(17)中安装有第四电机(18)，所述第四电机(18)输出端与所述夹取关节连接。
8.根据权利要求7所述的一种水下多功能电动机械臂，其特征在于：所述夹取关节包括夹取关节外壳(20)和第五关节端盖(25)，所述夹取关节外壳(20)通过螺钉与第五关节端盖(25)固定连接，所述夹爪(27)通过夹爪固定支座(26)与所述第五关节端盖(25)固定连接，所述夹爪(27)与夹爪固定支座(26)转动连接，所述夹取关节外壳(20)的内部设有与所述夹爪(27)传动连接的推送装置。
9.根据权利要求8所述的一种水下多功能电动机械臂，其特征在于：所述推送装置包括第五电机(21)、丝杠螺母(22)和丝杠(23)，所述第五电机(21)的输出端通过丝杠螺母(22)与所述丝杠(23)传动连接，所述丝杠(23)的端部连接有丝杠连接轴(24)，所述丝杠连接轴(24)贯穿所述第五关节端盖(25)并与第五关节端盖(25)活动连接，所述丝杠(23)通过丝杠连接轴(24)与所述夹爪(27)铰接。
10.根据权利要求8所述的一种水下多功能电动机械臂，其特征在于：所述旋转关节外壳(17)与所述夹取关节外壳(20)之间安装有第二动密封套(19)，所述旋转关节外壳(17)上设有两道第二沟槽，每个第二沟槽中分别装配有第二密封圈(102)，所述第二动密封套(19)与所述夹取关节外壳(20)卡接，所述第二动密封套(19)上设有一道内部装配有第三密封圈(103)第三沟槽。
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