CN114654456A - 一种水下触点式模块化机械臂关节 - Google Patents

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何胜波
程勇
蔡根
冯常
廖礼斌
吴国强
杨丽
范兴超
周杨
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Abstract

本发明公开了一种水下触点式模块化机械臂关节，主要由壳体及密封模块(1)、电机及其电控模块(2)、快速对接装置(3)组成。电机及其电控模块(2)集成于壳体及密封模块(1)内部，关节之间通过所述快速对接装置(3)实现机械连接和电连接。本发明提出了一种水下触点式模块化机械臂，通过多个模块的组合可以灵活的组合成各种自由度的水下机械臂。

Description

一种水下触点式模块化机械臂关节
技术领域
本发明属于机械臂技术领域，涉及一种水下触点式模块化机械臂关节。
背景技术
机械臂是一种类似于人手臂的机器人，在如汽车制造、航空航天等工业领域得到广泛使用，尤其在一些需要重复、繁重、危险的作业场合。模块化机械臂关节可以根据使用需求灵活组装机械臂，同时机械臂损坏后只需要更换对应模块，使得维护成本大大降低，得到了广泛的认可与使用。但是这种模块化组装的机械臂间的电连接比较繁琐，同时不当的连接操作容易带来损坏。此外，在比如船体修复、水下打捞等领域，如何实现机械臂水下密封是一个重要的议题，也是工程应用中急需解决的重要课题。
发明内容
为解决现有技术中的问题，本发明提供一种水下触点式模块化机械臂关节。其主要的设计原理是使用弹簧触点式接口从而避免繁琐的关节模块间的电连接和机械连接，通过模块化封装、动静密封设计实现模块化和水下密封能力。
本发明的水下触点式模块化机械臂关节，将驱动电机、减速器、控制电路、密封机构集成于一体，可通过快速对接装置快速地组合成具有水下工作能力的水下机械臂。本发明具体用于水下机械臂的搭建，通过多个模块的组合可以灵活的组合成想要的机械臂，具备控制精度高、水下密封、免接线特点。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种水下触点式模块化机械臂关节，包括：壳体及密封模块、电机及其电控模块、快速对接装置。所述电机及其电控模块集成于壳体及密封模块内部，关节之间通过所述快速对接装置进行连接；
所述壳体及密封模块包括密封盖-编码器端、密封腔体、输出端盖、密封盖-驱动器端、气门芯胶、气门芯密封顶丝、气门芯密封盖；所述密封盖-编码器端与密封腔体连接，密封腔体与密封盖-驱动器端连接并通过O型圈密封；所述密封腔体与输出端盖连接并通过动密封圈密封；所述气门芯胶、气门芯密封盖安装于密封腔体上，所述气门芯密封顶丝与气门芯密封盖螺纹连接并封堵气门芯胶。
所述电机及其电控模块包括：编码器主体、电机-转子轴、电磁制动器、电机-定子轴、驱动器、谐波减速器、控制电路板，所述电机-转子轴嵌套于电机-定子内组成电机，所述谐波减速器位于电机与输出端盖之间，所述电磁制动器和编码器主体安装于电机后端，所述驱动器和控制电路板固定于电机侧面；
所述快速对接装置包括：触盘电路板安装法兰、触盘电路板、卡箍、弹簧触点电路板、弹簧触点电路板安装法兰；所述触盘电路板安装法兰上设计有销钉，弹簧触点电路板安装法兰上设计有销钉凹槽，可以相互嵌合，两者间设计有O型密封圈；所述触盘电路板安装在触盘电路板安装法兰上，弹簧探针电路板安装在弹簧触点电路板安装法兰上，触点在两个关节对接时被弹簧压紧在触盘上；所述卡箍平行安装于关节间接触面，用于连接固定两个关节，并压紧密O型封圈；
进一步地，所述气门芯胶用于向密封腔体内注入高压气体，所述控制电路板上设置有气压传感器，可以实时监测密封腔体内部气压。
进一步地，所述触盘电路板与弹簧触点电路板对接时触点被弹簧压紧在对应触盘上，使得模块间的电连接无需接线，便于拆装；各个关节模块间的机械连接通过触盘电路板安装法兰上的销钉、弹簧触点电路板安装法兰上的销钉凹槽、卡箍实现，销钉和销钉凹槽起到位置对准、力矩传递的作用，卡箍使两个关节紧密接触并密封。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)通过锁紧卡箍即可实现水下机械臂关节间的机械接口和电接口连接，避免繁琐的接线过程和机械连接过程。
(2)水下触点式模块化机械臂关节集成了驱动电机、传动系统、控制系统、密封模块，具有水下工作能力。
附图说明
图1本发明的水下触点式模块化机械臂关节整体剖视图；
图2本发明的水下触点式模块化机械臂关节壳体及密封模块剖视图；
图3本发明的水下触点式模块化机械臂关节密封机构剖视图；
图4本发明的水下触点式模块化机械臂关节电机及其驱动装置示意图；
图5本发明的水下触点式模块化机械臂关节快速对接装置示意图。
图中附图标记含义为：1.壳体及密封模块，2.电机及其电控模块，3.快速对接装置，101.密封盖-编码器端，102.密封腔体，103.输出端盖，104.密封盖-驱动器端，105.气门芯胶，106.气门芯密封顶丝，107.气门芯密封盖，201.编码器主体，202.电机-转子轴，203.电磁制动器，204.电机-定子，205.驱动器，206.谐波减速器，207.控制电路板，301.触盘电路板安装法兰，302.触盘电路板，303.卡箍，304.弹簧触点电路板，305.弹簧触点电路板安装法兰。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
为了进一步解释本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明进行详细阐述。
如图1所示，本发明的水下触点式模块化机械臂关节包括壳体及密封模块1、电机及其电控模块2和快速对接装置3。所述电机及其电控模块2集成于所述壳体及密封模块1内部，关节之间通过所述快速对接装置3进行连接。
如图2、3所示，所述壳体及密封模块1包括密封盖-编码器端101、密封腔体102、输出端盖103、密封盖-驱动器端104、气门芯胶105、气门芯密封顶丝106、气门芯密封盖107；所述密封盖-编码器端101与密封腔体102连接，密封腔体102与密封盖-驱动器端104螺纹连接并通过O型圈密封；所述密封腔体102与输出端盖103螺纹连接并通过动密封圈密封；所述气门芯胶105、气门芯密封盖107安装于密封腔体102上，所述气门芯密封顶丝106与气门芯密封盖107螺纹连接并封堵气门芯胶105。
如图4所示，所述电机及其电控模块2包括编码器主体201、电机-转子轴202、电磁制动器203、电机-定子204、驱动器205、谐波减速器206、转接电路板207，所述电机-转子轴202嵌套于电机-定子204内组成电机，谐波减速器206位于电机与所述输出端盖103之间，电磁制动器203和编码器主体201位于电机后端，连接着驱动器205，驱动器205和控制电路板207固定于电机侧面。
如图5所示，所述快速对接装置3包括触盘电路板安装法兰301、触盘电路板302、卡箍303、弹簧触点电路板304、弹簧触点电路板安装法兰305；所述触盘电路板安装法兰301上设计有销钉，弹簧触点电路板安装法兰305上设计有销钉凹槽，可以相互嵌合，两者间设计有O型密封圈；所述触盘电路板302安装在触盘电路板安装法兰301上，弹簧触点电路板304安装在弹簧触点电路板安装法兰305上，触点在两个关节对接时被弹簧压紧在触盘上；所述卡箍303平行安装于关节间接触面，用于连接固定两个关节，并压紧密O型封圈。
所述气门芯胶105用于向密封腔体102内注入高压气体，所述控制电路板207上设置有气压传感器，可以实时监测密封腔体102内部气压。
所述触盘电路板302与弹簧触点电路板304对接时触点被弹簧压紧在对应触盘上，这种弹簧触点式接口使得模块间的电连接无需接线便于拆装；各个关节模块间的机械连接通过触盘电路板安装法兰301上的销钉、弹簧触点电路板安装法兰305上的凹槽、卡箍303实现，销钉和对应凹槽起到位置对准、力矩传递的作用，卡箍303使两个关节紧密接触并密封。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种水下触点式模块化机械臂关节，其特征在于：包括壳体及密封模块、电机及其电控模块和快速对接装置；所述电机及其电控模块集成于所述壳体及密封模块内部，关节之间通过所述快速对接装置进行连接；
所述壳体及密封模块包括密封盖-编码器端、密封腔体、输出端盖、密封盖-驱动器端、气门芯胶、气门芯密封顶丝、气门芯密封盖；所述密封盖-编码器端与密封腔体连接，密封腔体与密封盖-驱动器端螺纹连接并通过O型圈密封；所述密封腔体与输出端盖螺纹连接并通过动密封圈密封；所述气门芯胶、气门芯密封盖安装于密封腔体上，所述气门芯密封顶丝与气门芯密封盖螺纹连接并封堵气门芯胶；
所述电机及其电控模块包括编码器主体、电机-转子轴、电磁制动器、电机-定子、驱动器、谐波减速器、转接电路板，所述电机-转子轴嵌套于电机-定子内组成电机，谐波减速器位于电机与所述输出端盖之间，电磁制动器和编码器主体位于电机后端，连接驱动器，驱动器和控制电路板固定于电机侧面；
所述快速对接装置包括触盘电路板安装法兰、触盘电路板、卡箍、弹簧触点电路板、弹簧触点电路板安装法兰；所述触盘电路板安装法兰上设有销钉，弹簧触点电路板安装法兰上设有销钉凹槽，两者相互嵌合，两者间设有O型密封圈；所述触盘电路板安装在触盘电路板安装法兰上，弹簧触点电路板安装在弹簧触点电路板安装法兰上，触点在两个关节对接时被弹簧压紧在触盘上；所述卡箍平行安装于关节间接触面，用于连接固定两个关节，并压紧密O型封圈。
2.根据权利要求1所述的水下触点式模块化机械臂关节，其特征在于：所述气门芯胶用于向密封腔体内注入高压气体，所述控制电路板上设置有气压传感器，实时监测密封腔体内部气压。
3.根据权利要求1所述的水下触点式模块化机械臂关节，其特征在于：所述触盘电路板与弹簧触点电路板对接时触点被弹簧压紧在对应触盘上，使得关节模块间的电连接无需接线，便于拆装；各个关节模块间的机械连接通过触盘电路板安装法兰上的销钉、弹簧触点电路板安装法兰上的销钉凹槽和卡箍实现，销钉和销钉凹槽起到位置对准、力矩传递的作用，所述卡箍使两个关节紧密接触并密封。
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