CN113001528A - 一种水下六自由度高精度机械臂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水下六自由度高精度机械臂，包括第一旋转关节、第二旋转关节、第三旋转关节、第四旋转关节、第五旋转关节和第六旋转关节，各个旋转关节分别对应一个活动关节。六个活动关节之间均通过旋转密封圈与下一关节相连，达到旋转时保持密封性的目的；第六旋转关节的末端为开放式转接法兰，可以对接不同样式的夹取装置；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；整机完全防水设计，能够满足长期水下工作需求；采用模块化设计，允许对关节、独立轴和夹爪进行快速更换，方便装配和检修，具有较强的适用性和通用性。
Description
技术领域
本发明涉及水下机器人技术领域，尤其涉及一种水下六自由度高精度机械臂。
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六自由度高精度机械臂，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：
一种水下六自由度高精度机械臂，包括第一旋转关节、第二旋转关节、第三旋转关节、第四旋转关节、第五旋转关节和第六旋转关节，所述第一旋转关节的一侧转动连接有底座，所述第一旋转关节的另一侧外壁与第二旋转关节转动连接，所述第二旋转关节的外壁通过第一连接架与第三旋转关节的外壁固定连接，所述第三旋转关节的输出端转动连接有第二连接架，所述第二连接架与第四旋转关节的外壁固定连接，所述第四旋转关节的输出端与第五旋转关节的外壁转动连接，所述第五旋转关节的输出端与第六旋转关节外壁的转动连接，所述第六旋转关节的输出端安装有用于对接夹取装置的转接法兰。
上述方案中，第一旋转关节与底座的连接处、所述第一旋转关节与第二旋转关节的连接处、所述第二旋转关节与第一连接架的连接处、所述第一连接架与第三旋转关节、所述第三旋转关节与第二连接架的连接处、所述第二连接架与第四旋转关节的连接处、所述第四旋转关节与第五旋转关节的连接处、所述第五旋转关节与第六旋转关节的连接处分别至少设有一道密封圈。
上述方案中，所述第三旋转关节的结构分别与第一旋转关节的结构、第二旋转关节的结构、第四旋转关节的结构、第五旋转关节的结构、第六旋转关节的结构相同。
上述方案中，所述第三旋转关节包括第三外壳、第三电机和第三传动套，所述第三外壳的外侧与第一连接架固定连接，所述第三电机固定安装在第三外壳的内部，所述第三电机的输出端与第三传动套固定连接，所述第三传动套的外侧远端与第二连接架转动连接，所述第三传动套的外侧设有与第二连接架相连接的卡持部。
上述方案中，所述第三外壳的外侧通过密封圈与第一连接架的端部密封连接，所述第三传动套的外端远端通过密封圈与第二连接架密封连接，所述第三传动套的外侧近端通过密封圈与第三外壳的内部密封连接。
上述方案中，所述第一旋转关节与第二旋转关节在中心轴线的垂直方向上相互转动连接、所述第二旋转关节与第一连接架在中心轴线的垂直方向上相互固定连接、所述第一连接架与第三旋转关节在中心轴线的垂直方向上相互固定连接、所述第三旋转关节与第二连接架在中心轴线的垂直方向上相互转动连接、所述第二连接架与第四旋转关节在中心轴线的垂直方向上相互固定连接、所述第四旋转关节与第五旋转关节在中心轴线的垂直方向上相互转动连接、所述第五旋转关节与第六旋转关节在中心轴线的垂直方向上相互转动连接。
上述方案中，所述第一连接架和第二连接架均为变径轴。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：六个活动关节之间均通过旋转密封圈与下一关节相连，达到旋转时保持密封性的目的；第六旋转关节的末端为开放式转接法兰，可以对接不同样式的夹取装置；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；整机完全防水设计，能够满足长期水下工作需求；采用模块化设计，允许对关节、独立轴和夹爪进行快速更换，方便装配和检修，具有较强的适用性和通用性。
附图说明
参照附图来说明本发明的公开内容。应当了解，附图仅仅用于说明目的，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。在附图中，相同的附图标记用于指代相同的部件。其中：
图1为本发明整体外形结构示意图；
图2为本发明整体内部剖视结构示意图；
图3为本发明中第三旋转关节的内部结构示意图；
图4为图3中A部结构放大图。
图中标号：1-第一旋转关节；10-底座；11-第一外壳；12-第一电机；13-第一传动套；2-第二旋转关节；21-第二外壳；22-第二电机；23-第二传动套；3-第三旋转关节；31-第三外壳；32-第三电机；33-第三传动套；34-端盖；35-卡持部；4-第四旋转关节；41-第四外壳；42-第四电机；43-第四传动套；5-第五旋转关节；51-第五外壳；52-第五电机；53-第五传动套；6-第六旋转关节；60-转接法兰；61-第六外壳；62-第六电机；63-第六传动套；7-第一连接架；8-第二连接架；9-密封圈。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示本发明有关的构成。
根据本发明的技术方案，在不变更本发明实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。
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至图4所示，一种水下六自由度高精度机械臂，包括第一旋转关节1、第二旋转关节2、第三旋转关节3、第四旋转关节4、第五旋转关节5和第六旋转关节6，各个旋转关节分别对应一个活动关节，六个旋转关节也就对应了六个活动关节，第一旋转关节1的一侧转动连接有底座10，可以在底座10上开设线槽用于各个驱动电机连接电源。
第一旋转关节1的另一侧外壁与第二旋转关节2转动连接，第二旋转关节2的外壁通过第一连接架7与第三旋转关节3的外壁固定连接，第三旋转关节3的输出端转动连接有第二连接架8，第二连接架8与第四旋转关节4的外壁固定连接，第四旋转关节4的输出端与第五旋转关节5的外壁转动连接，第五旋转关节5的输出端与第六旋转关节6外壁的转动连接，第六旋转关节6的输出端安装有用于对接夹取装置的转接法兰60，夹取装置可以为为夹爪或者其他现有的夹取机构。
其中，第一连接架7和第二连接架8均为变径轴，实现不同工作域的作业。
在第一旋转关节1与底座10的连接处、第一旋转关节1与第二旋转关节2的连接处、第二旋转关节2与第一连接架7的连接处、第一连接架7与第三旋转关节3、第三旋转关节3与第二连接架8的连接处、第二连接架8与第四旋转关节4的连接处、第四旋转关节4与第五旋转关节5的连接处、第五旋转关节5与第六旋转关节6的连接处分别至少设有一道密封圈9，参阅图4。通过在连接处设置密封圈9提高连接处的密封性能，根据需要在连接处设置一道密封圈9或多道密封圈9，整机完全防水设计，能够满足长期水下工作需求。
第三旋转关节3的结构分别与第一旋转关节1的结构、第二旋转关节2的结构、第四旋转关节4的结构、第五旋转关节5的结构、第六旋转关节6的结构相同。这样便于模块化安装，方便对关节、独立轴和夹爪进行快速更换，方便装配和检修，具有较强的适用性和通用性。
具体的，上述方案中，在第一旋转关节1中，第一旋转关节1包括第一外壳11、第一电机12和第一传动套11，第一外壳11的外侧与第二旋转关节2转动连接，第一电机12固定安装在第一外壳11的内部，第一电机12的输出端与第一传动套11固定连接，第一传动套11的外侧远端与底座10转动连接，第一传动套11的外侧设有与底座10相连接的卡持部35。
在第二旋转关节2中，第二旋转关节2包括第二外壳21、第二电机22和第二传动套22，第二外壳21的外侧与第一连接架7固定连接，第二电机22固定安装在第二外壳21的内部，第二电机22的输出端与第二传动套22固定连接，第二传动套22的外侧远端与第一传动套11转动连接，第二传动套22的外侧设有与第一外壳11相连接的卡持部35。
在第三旋转关节3中，第三旋转关节3包括第三外壳31、第三电机32和第三传动套33，第三外壳31的外侧与第一连接架7固定连接，第三电机32固定安装在第三外壳31的内部，第三电机32的输出端与第三传动套33固定连接，第三传动套33的外侧远端与第二连接架8转动连接，第三传动套33的外侧设有与第二连接架8相连接的卡持部35。
在第四旋转关节4中，第四旋转关节4包括第四外壳41、第四电机42和第四传动套44，第四外壳41的外侧与第二连接架8固定连接，第四电机42固定安装在第四外壳41的内部，第四电机42的输出端与第四传动套44固定连接，第四传动套44的外侧远端与第五旋转关节5转动连接，第四传动套44的外侧设有与第五旋转关节5外壳相连接的卡持部35。
在第五旋转关节5中，第五旋转关节5包括第五外壳51、第五电机52和第五传动套55，第五外壳51的外侧与第四传动套44转动连接，第五电机52固定安装在第五外壳51的内部，第五电机52的输出端与第五传动套55固定连接，第五传动套55的外侧远端与第六旋转关节6转动连接，第五传动套55的外侧设有与第六旋转关节6的外壳相连接的卡持部35。
在第六旋转关节6中，第六旋转关节6包括第六外壳61、第六电机62和第六传动套66，第六外壳61的外侧与五传动套55转动连接，第六电机62固定安装在第六外壳61的内部，第六电机62的输出端与第六传动套66固定连接，第六传动套66的外侧远端与转接法兰60固定连接，第六传动套66的外侧设有与转接法兰60相连接的卡持部65。
在上述六个旋转关节中的卡持部35，卡持部35具有防止两个连接处在转动过程中发生脱离，也用于提高两者之间的密封性能。六个旋转关节均通过电机带动传动套转动，传动套与下一关节通过密封圈9密封连接，驱动自身的旋转关节相对下一关节或自身转动。在实施是电机均采用直流无框力矩电机，电机定子部分与固定外壳相连接，电机转子部分与谐波减速机相连接，谐波减速机通过法兰面与旋转关节相连接，从而驱动对应的旋转关节旋转。
第三外壳31的外侧通过密封圈9与第一连接架7的端部密封连接，该连接处为固定连接，因此该密封为静密封结构，第三传动套33的外端远端通过密封圈9与第二连接架8密封连接，该连接处为转动连接，因此该密封为动密封结构，第三传动套33的外侧近端通过密封圈9与第三外壳31的内部密封连接，该连接处为转动连接，因此该密封为静密封结构。
第一旋转关节1与第二旋转关节2在中心轴线的垂直方向上相互转动连接、第二旋转关节2与第一连接架7在中心轴线的垂直方向上相互固定连接、第一连接架7与第三旋转关节3在中心轴线的垂直方向上相互固定连接、第三旋转关节3与第二连接架8在中心轴线的垂直方向上相互转动连接、第二连接架8与第四旋转关节4在中心轴线的垂直方向上相互固定连接、第四旋转关节4与第五旋转关节5在中心轴线的垂直方向上相互转动连接、第五旋转关节5与第六旋转关节6在中心轴线的垂直方向上相互转动连接。这样在各个关节内电机的驱动下六个关节可以任意轴向旋转或径向旋转，经过多组关节转动，从而完全覆盖一个球面空间。
本方案中，六个活动关节之间均通过旋转密封圈9与下一关节相连，达到旋转时保持密封性的目的；第六旋转关节6的末端为开放式转接法兰60，可以对接不同样式的夹取装置；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；整机完全防水设计，能够满足长期水下工作需求；采用模块化设计，允许对关节、独立轴和夹爪进行快速更换，方便装配和检修，具有较强的适用性和通用性。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式，并不用于限定本发明保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种水下六自由度高精度机械臂，其特征在于：包括第一旋转关节(1)、第二旋转关节(2)、第三旋转关节(3)、第四旋转关节(4)、第五旋转关节(5)和第六旋转关节(6)，所述第一旋转关节(1)的一侧转动连接有底座(10)，所述第一旋转关节(1)的另一侧外壁与第二旋转关节(2)转动连接，所述第二旋转关节(2)的外壁通过第一连接架(7)与第三旋转关节(3)的外壁固定连接，所述第三旋转关节(3)的输出端转动连接有第二连接架(8)，所述第二连接架(8)与第四旋转关节(4)的外壁固定连接，所述第四旋转关节(4)的输出端与第五旋转关节(5)的外壁转动连接，所述第五旋转关节(5)的输出端与第六旋转关节(6)外壁的转动连接，所述第六旋转关节(6)的输出端安装有用于对接夹取装置的转接法兰(60)。
2.根据权利要求1所述的一种水下六自由度高精度机械臂，其特征在于：所述第一旋转关节(1)与底座(10)的连接处、所述第一旋转关节(1)与第二旋转关节(2)的连接处、所述第二旋转关节(2)与第一连接架(7)的连接处、所述第一连接架(7)与第三旋转关节(3)、所述第三旋转关节(3)与第二连接架(8)的连接处、所述第二连接架(8)与第四旋转关节(4)的连接处、所述第四旋转关节(4)与第五旋转关节(5)的连接处、所述第五旋转关节(5)与第六旋转关节(6)的连接处分别至少设有一道密封圈(9)。
3.根据权利要求2所述的一种水下六自由度高精度机械臂，其特征在于：所述第三旋转关节(3)的结构分别与第一旋转关节(1)的结构、第二旋转关节(2)的结构、第四旋转关节(4)的结构、第五旋转关节(5)的结构、第六旋转关节(6)的结构相同。
4.根据权利要求3所述的一种水下六自由度高精度机械臂，其特征在于：所述第三旋转关节(3)包括第三外壳(31)、第三电机(32)和第三传动套(33)，所述第三外壳(31)的外侧与第一连接架(7)固定连接，所述第三电机(32)固定安装在第三外壳(31)的内部，所述第三电机(32)的输出端与第三传动套(33)固定连接，所述第三传动套(33)的外侧远端与第二连接架(8)转动连接，所述第三传动套(33)的外侧设有与第二连接架(8)相连接的卡持部(35)。
5.根据权利要求4所述的一种水下六自由度高精度机械臂，其特征在于：所述第三外壳(31)的外侧通过密封圈(9)与第一连接架(7)的端部密封连接，所述第三传动套(33)的外端远端通过密封圈(9)与第二连接架(8)密封连接，所述第三传动套(33)的外侧近端通过密封圈(9)与第三外壳(31)的内部密封连接。
6.根据权利要求1所述的一种水下六自由度高精度机械臂，其特征在于：所述第一旋转关节(1)与第二旋转关节(2)在中心轴线的垂直方向上相互转动连接、所述第二旋转关节(2)与第一连接架(7)在中心轴线的垂直方向上相互固定连接、所述第一连接架(7)与第三旋转关节(3)在中心轴线的垂直方向上相互固定连接、所述第三旋转关节(3)与第二连接架(8)在中心轴线的垂直方向上相互转动连接、所述第二连接架(8)与第四旋转关节(4)在中心轴线的垂直方向上相互固定连接、所述第四旋转关节(4)与第五旋转关节(5)在中心轴线的垂直方向上相互转动连接、所述第五旋转关节(5)与第六旋转关节(6)在中心轴线的垂直方向上相互转动连接。
7.根据权利要求1所述的一种水下六自由度高精度机械臂，其特征在于：所述第一连接架(7)和第二连接架(8)均为变径轴。
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| CN117415081A (zh) * | 2023-11-23 | 2024-01-19 | 苏州霓丝蒙科技有限公司 | 基于声光融合识别和定位的六轴水下清污自主作业机械臂 |
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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