CN114750923A - 一种具有强负载能力的水下伺服器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有强负载能力的水下伺服器，属于水下机器人的领域，其包括壳体，壳体内设置有相互连通的空腔一和空腔二，空腔一内固设有电机，电机的电机轴上固设有齿轮组，空腔二内设置有与齿轮组配合的多级行星减速齿轮组，行星减速齿轮组远离齿轮组的一端设置有传动输出轴，传动输出轴的中部固设有连接轴，多级行星减速齿轮组的中部开设有同轴同半径的让位孔，连接轴从让位孔中穿出行星减速齿轮组和齿轮组并固设有磁铁一；壳体远离传动输出轴的一侧设置有收纳腔，收纳腔内设置有控制板，收纳腔内对应磁铁一的位置设置有磁传感器一，磁铁一和磁传感器一之间通过磁感耦合。本发明具有便于在电机的输出轴上安装传感器、防止齿轮崩齿的效果。

Description

一种具有强负载能力的水下伺服器

技术领域

本发明涉及水下机器人的领域，尤其是涉及一种具有强负载能力的水下伺服器。

背景技术

机器人技术的发展从单一的陆地机器人逐渐发展成海陆空三足鼎立。特别是随着世界人口的增加以及资源紧缺情况的频发，人类已经将海洋、湖泊作为生存发展的新领域，也正是随着机器人技术的大发展，水下机器人在近些年来取得了长足的发展。水下机器人的种类丰富，大小不一，最大下潜深度也不尽相同，因此在实际技术领域，水下机器人的系统差异化比较明显。

水下舵机又名水下伺服器，水下舵机在自主式水下机器人上具有广泛的应用，通过舵叶的转动，能够实现自主式水下机器人的转向、俯仰运动。

舵机需要在减速器的传动输出轴上安装传感器，传感器用于感知传动输出轴的位置，以便控制板通过传感器准确感知传动输出轴的转动角度，为了便于在舵机的输出级安装传感器，传统舵机的减速箱通过双联齿轮实现传动减速，但是双联齿轮的每级传动都只有单对齿啮合，抗过载能力差，导致双联齿轮容易崩齿，因此，可通过行星减速齿轮代替双联齿轮传动减速，行星齿轮传动通过多对齿啮合，共同分担负载，实现功率分流，但是，由于行星齿轮的太阳齿中部为实心结构，导致传感器不便于安装在舵机输出级的传动轴上。

发明内容

为了便于在电机的输出级的输出轴上安装传感器，同时代替传统的双联齿轮减速，防止齿轮崩齿，本发明提供一种具有强负载能力的水下伺服器。

本发明提供的一种具有强负载能力的水下伺服器采用如下的技术方案：

一种具有强负载能力的水下伺服器，包括壳体，壳体内设置有相互连通的空腔一和空腔二，空腔一内固设有电机，电机的电机轴朝向空腔一和空腔二连通的一端，电机的电机轴上固设有齿轮组，空腔二内设置有与齿轮组配合的多级行星减速齿轮组，行星减速齿轮组远离齿轮组的一端设置有传动输出轴，传动输出轴的中部固设有连接轴，多级行星减速齿轮组的中部开设有同轴同半径的让位孔，齿轮组上也开设有让位孔，连接轴从让位孔中穿出行星减速齿轮组和齿轮组并固设有磁铁一；所述壳体远离传动输出轴的一侧固设有收纳板，收纳板和壳体之间形成收纳腔，收纳腔内设置有控制板，收纳腔内对应磁铁一的位置设置有磁传感器一，磁铁一和磁传感器一之间通过磁感耦合。

通过采用上述技术方案，电机工作，带动齿轮组转动，齿轮组带动多级行星齿轮组转动，通过行星减速齿轮减速，每级行星齿轮传动都有多对齿啮合，共同分担负载，实现功率分流，代替传统的双联齿轮之间通过单齿配合，因此不易崩齿，即行星齿轮传动更稳定；传动输出轴转动，带动连接轴和磁铁一转动，磁传感器一能够感应磁铁一转动的角度，进而能够感知传动输出轴的位置。

可选的，所述齿轮组包括固设于电机的电机轴上的齿轮一，齿轮一上啮合有齿轮二，齿轮二上啮合有齿轮三，齿轮三转动连接于空腔二内；所述多级行星齿轮组包括设置于齿轮三上的一级太阳齿，一级太阳齿跟随齿轮三转动，空腔二的内壁固设有内齿圈，一级太阳齿外共同啮合有多个一级行星齿，一级行星齿共同固设有一级行星架，一级行星齿与内齿圈啮合；一级行星架远离一级行星齿一侧的中部固设有二级太阳齿，二级太阳齿外共同啮合有多个二级行星齿，二级行星齿共同固设有二级行星架，二级行星齿与内齿圈啮合；二级行星架远离二级行星齿一侧的中部固设有三级太阳齿，三级太阳齿外共同啮合有多个三级行星齿，三级行星齿共同固设有三级行星架，三级行星齿与内齿圈啮合。

通过采用上述技术方案，电机驱动齿轮一转动，齿轮一通过齿轮二和齿轮三传动，带动一级太阳齿转动，一级太阳齿轮驱动一级行星齿转动，一级行星齿轮沿着内齿圈自动运行转动,一级行星架连接二级太阳齿转动，通过一级行星齿轮的减速比传递给二级太阳齿，二级行星齿轮的减速比传递给三级太阳齿，三级行星齿轮的减速比传递传动输出轴，各级行星齿轮的减速比则倍增累计实现减速，由于减速电机的靠近输入级的扭矩小于靠近输出级的扭矩，因此，在电机轴上采用的双联齿轮，传动输出轴上采用的是行星减速齿轮，在输出级能够实现功率分流，从而不易崩齿。

可选的，所述连接轴穿过让位孔后固设有定位座，定位座远离连接轴的一端开设有凹槽，磁铁一固定连接于凹槽内，定位座和壳体内壁之间设置有轴承三。

通过采用上述技术方案，收纳腔内对应磁铁一的位置设置有磁传感器一，磁铁一和磁传感器一之间通过磁感耦合，能够准确感知电机传动输出轴的位置，轴承三便于支撑定位座且不影响定位座转动。

可选的，所述齿轮一上开设有贯穿孔，电机的电机轴穿过贯穿孔后固定连接有固定座，固定座远离电机轴的一端开设有卡槽，卡槽内固设有磁铁二，收纳腔内对应磁铁二的位置设置有磁传感器二。

通过采用上述技术方案，磁铁二和磁传感器二之间通过磁感耦合，能够准确感知电机轴的位置。

可选的，所述控制板上固设有电线，电线从收纳腔延伸至空腔一内与电机连接，壳体和收纳腔的侧壁开设有供电线穿过的通孔，壳体的通孔处设置有密封组件。

通过采用上述技术方案，电线用于将控制板和电机连接，便于控制板控制电机工作，空腔一内有充满变压器油，密封组件用于防止变压器油泄露。

可选的，所述壳体靠近收纳腔的一侧开设有密封槽，通孔位于密封槽内；所述密封组件包括卡接于密封槽内的PCB板，PCB板卡接于密封槽内，电线从PCB板中穿过，电线和PCB板的连接处焊接有焊锡，PCB板靠近空腔一内的一侧固设有隔离筒，电线从隔离筒中穿过。

通过采用上述技术方案，焊锡将PCB板和电线的连接处密封，防止空腔一内的变压器油泄露，隔离筒减少液压油与电线和PCB板连接处的接触量。

可选的，所述壳体的密封槽内壁对称的两侧开设有导向槽，PCB板上固设有导向块，导向块卡接于导向槽内，所述壳体的密封槽内壁对称的两侧开固设有弹性卡块，弹性卡块的顶部开设有斜面。

通过采用上述技术方案，导向块卡接于导向槽内，便于PCB板的安装，斜面便于PCB板插接于密封槽内，弹性卡块能够将PCB板和壳体内壁固定，便于PCB板的焊接。

可选的，所述空腔一内设置有柔性的油压补偿膜。

通过采用上述技术方案，当变压器油受热膨胀后，油压补偿膜发生形变，能够降低壳体内的压力差，进而提高壳体的防水性能。

附图说明

图1是实施例的整体结构示意图。

图2是实施例的剖视图。

图3是未凸显行星齿轮而作的爆炸图。

图4是图2的A部放大图。

图5是图2的B部放大图。

图6是为凸显密封组件而作的爆炸图。

附图标记说明：1、壳体；10、通孔；11、隔板；12、空腔一；13、空腔二；14、电机；140、电机轴；141、齿轮一；1411、贯穿孔；142、齿轮二；143、齿轮三；144、轴承一；145、固定座；146、卡槽；147、磁铁二；148、磁传感器二；15、油压补偿膜；16、一级太阳齿；161、一级行星齿；162、一级行星架；163、二级太阳齿；164、二级行星齿；165、二级行星架；166、三级太阳齿；167、三级行星齿；168、三级行星架；169、让位孔；17、内齿圈；18、传动输出轴；181、轴承二；19、U型摆杆；2、收纳板；21、收纳腔；22、控制板；221、电线；23、连接轴；24、定位座；241、凹槽；242、磁铁一；243、磁传感器一；25、轴承三；3、密封组件；31、密封槽；32、PCB板；321、隔离筒；322、导向槽；323、导向块；34、弹性卡块；4、格兰头。

具体实施方式

以下结合附图1-6对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例公开一种具有强负载能力的水下伺服器。参照图1和图2，一种具有强负载能力的水下伺服器包括壳体1，壳体1由不锈钢材质制成，壳体1内固设有隔板11，隔板11将壳体1内分为两个相互连通的空腔一12和空腔二13，空腔一12和空腔二13内充满变压器油。空腔一12内固设有电机14，电机14的电机轴140朝向空腔一12和空腔二13连通的一端，空腔一12内设置有柔性的油压补偿膜15，当变压器油受热膨胀后，油压补偿膜15发生形变，能够降低壳体1内的压力差，进而提高壳体1的防水性能。

参照图2和图3，电机14的电机轴140上固设有齿轮一141，齿轮一141上啮合有齿轮二142，齿轮二142上啮合有齿轮三143，齿轮三143转动连接于空腔二13内，齿轮三143和空腔二13内壁之间设置有轴承一144，轴承一144便于齿轮三143转动；齿轮三143上固设有一级太阳齿16，一级太阳齿16跟随齿轮三143转动，空腔二13的内壁固设有内齿圈17，一级太阳齿16外共同啮合有多个一级行星齿161，图中示出为三个，但不局限于三个，一级行星齿161共同固设有一级行星架162，一级行星齿161沿一级太阳齿16的周向均匀分布，一级行星架162位于一级太阳齿16远离齿轮三143的一端，一级行星齿161与内齿圈17啮合；一级行星架162远离一级行星齿161一侧的中部固设有二级太阳齿163，二级太阳齿163外共同啮合有多个二级行星齿164，图中示出为三个，但不局限于三个，二级行星齿164共同固设有二级行星架165，二级行星齿164沿二级太阳齿163的周向均匀分布，二级行星齿164与内齿圈17啮合；二级行星架165远离二级行星齿164一侧的中部固设有三级太阳齿166，三级太阳齿166外共同啮合有多个三级行星齿167，图中示出为三个，但不局限于三个，三级行星齿167共同固设有三级行星架168，三级行星齿167沿三级太阳齿166的周向均匀分布，三级行星齿167与内齿圈17啮合。此外，图中仅示出三级减速行星齿轮，但不局限于三级减速，可根据水下伺服器的需求来安装不同级数的行星减速齿轮。传统的双联齿轮减速，齿轮之间通过单齿配合，齿轮之间容易崩齿，通过行星减速齿轮减速，增大多个齿轮之间的配合，实现功率分流，防止齿轮崩齿，即行星齿轮传动比双联齿轮传动更稳定。

参照图2和图4，三级行星架168远离三级行星齿167的一端固设有传动输出轴18，传动输出轴18外固设有轴承二181，传动输出轴18穿过轴承二181并延伸出壳体1。传动输出轴18延伸出壳体1外并固设有一根U型摆杆19，U型摆杆19的一端与电机轴140固定，另一端与壳体1转动连接，以便传动输出轴18可驱动U型摆杆19转动。壳体1远离传动输出轴18的一侧固设有收纳板2，收纳板2和壳体1之间形成收纳腔21，收纳腔21内填充有环氧树脂。U型摆杆19远离传动输出轴18的一端转动连接于收纳板2上。

为了能够准确反馈传动输出轴18的转动角度和位置，收纳腔21内设置有控制板22，传动输出轴18上固设有一根连接轴23，齿轮三143、一级太阳齿16、一级行星架162、二级太阳齿163、二级行星架165、三级太阳齿166以及三级行星架168的中间位置开设有同轴同半径的让位孔169，让位孔169的半径大于连接轴23的半径，连接轴23从让位孔169中穿过；连接轴23穿过让位孔169后固设有定位座24，定位座24位铝合金座，定位座24远离连接轴23的一端开设有凹槽241，凹槽241内固设有一块磁铁一242，收纳腔21内对应磁铁一242的位置设置有磁传感器一243，磁铁一242和磁传感器一243之间通过磁感耦合，能够准确感知电机14传动输出轴18的位置。定位座24和壳体1内壁之间设置有轴承三25。

参照图2和图5，齿轮一141上开设有贯穿孔1411，电机14的电机轴140穿过贯穿孔1411后固定连接有固定座145，固定座145也为铝合金座，固定座145远离电机轴140的一端开设有卡槽146，卡槽146内固设有磁铁二147，收纳腔21内对应磁铁二147的位置设置有磁传感器二148，磁铁二147和磁传感器二148之间通过磁感耦合，能够准确感知电机14电机轴140的位置。

参照图2和图6，控制板22上固设有电线221，电线221从收纳腔21延伸至空腔一12内与电机14连接，壳体1和收纳腔21的侧壁开设有供电线221穿过的通孔10，壳体1的通孔10处设置有密封组件3。壳体1靠近收纳腔21的一侧开设有密封槽31，通孔10位于密封槽31内，密封组件31包括卡接于密封槽31内的PCB板32，PCB板32卡接于密封槽31内，电线221从PCB板32中穿过，电线221和PCB板32的连接处焊接有焊锡，焊锡将PCB板32和电线221的连接处密封，防止空腔一12内的变压器油泄露。PCB板32靠近空腔一12内的一侧固设有隔离筒321，电线221从隔离筒321中穿过，隔离筒321减少液压油与电线221和PCB板32连接处的接触量。壳体1的密封槽31内壁对称的两侧开设有导向槽322，PCB板32上固设有导向块323，导向块323卡接于导向槽322内，便于PCB板32的安装；壳体1的密封槽31内壁对称的两侧开固设有弹性卡块34，弹性卡块34的顶部开设有斜面，斜面便于PCB板32插接于密封槽31内，弹性卡块34能够将PCB板32和壳体1内壁固定，便于PCB板32的焊接。

收纳板2靠近电机14的一侧固设有格兰头4，格兰头4便于将电缆与壳体1内的控制板22连接。

本发明实施例一种具有强负载能力的水下伺服器的实施原理为：电机14工作，带动齿轮一141、齿轮二142和齿轮三143转动，齿轮三143再一次带动一级行星齿161、二级行星齿164和三级行星齿167转动，通过行星减速齿轮减速，变为多个齿轮之间的配合，实现功率分流，代替传统的双联齿轮减速，齿轮之间通过单齿配合，防止齿轮崩齿，即行星齿轮传动更稳定。传动输出轴18转动，带动连接轴23和磁铁一242转动，磁传感器一243能够感应磁铁一242转动的角度，进而能够感知传动输出轴18的位置。

以上均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种具有强负载能力的水下伺服器，包括壳体(1)，壳体(1)内设置有相互连通的空腔一(12)和空腔二(13)，空腔一(12)内固设有电机(14)，电机(14)的电机轴(140)朝向空腔一(12)和空腔二(13)连通的一端，其特征在于：所述电机(14)的电机轴(140)上固设有齿轮组，空腔二(13)内设置有与齿轮组配合的多级行星减速齿轮组，行星减速齿轮组远离齿轮组的一端设置有传动输出轴(140)，传动输出轴(140)的中部固设有连接轴(23)，多级行星减速齿轮组的中部开设有同轴同半径的让位孔(169)，齿轮组上也开设有让位孔(169)，连接轴(23)从让位孔(169)中穿出行星减速齿轮组和齿轮组并固设有磁铁一(242)；

所述壳体(1)远离传动输出轴(140)的一侧固设有收纳板(2)，收纳板(2)和壳体(1)之间形成收纳腔(21)，收纳腔(21)内设置有控制板(22)，收纳腔(21)内对应磁铁一(242)的位置设置有磁传感器一(243)，磁铁一(242)和磁传感器一(243)之间通过磁感耦合。

2.根据权利要求1所述的一种具有强负载能力的水下伺服器，其特征在于：

所述齿轮组包括固设于电机(14)的电机轴(140)上的齿轮一(141)，齿轮一(141)上啮合有齿轮二(142)，齿轮二(142)上啮合有齿轮三(143)，齿轮三(143)转动连接于空腔二(13)内；

所述多级行星齿轮组包括设置于齿轮三(143)上的一级太阳齿(16)，一级太阳齿(16)跟随齿轮三(143)转动，空腔二(13)的内壁固设有内齿圈(17)，一级太阳齿(16)外共同啮合有多个一级行星齿(161)，一级行星齿(161)共同固设有一级行星架(162)，一级行星齿(161)与内齿圈(17)啮合；一级行星架(162)远离一级行星齿(161)一侧的中部固设有二级太阳齿(163)，二级太阳齿(163)外共同啮合有多个二级行星齿(164)，二级行星齿(164)共同固设有二级行星架(165)，二级行星齿(164)与内齿圈(17)啮合；二级行星架(165)远离二级行星齿(164)一侧的中部固设有三级太阳齿(166)，三级太阳齿(166)外共同啮合有多个三级行星齿(167)，三级行星齿(167)共同固设有三级行星架(168)，三级行星齿(167)与内齿圈(17)啮合。

3.根据权利要求1所述的一种具有强负载能力的水下伺服器，其特征在于：所述连接轴(23)穿过让位孔(169)后固设有定位座(24)，定位座(24)远离连接轴(23)的一端开设有凹槽(241)，磁铁一(242)固定连接于凹槽(241)内，定位座(24)和壳体(1)内壁之间设置有轴承三(25)。

4.根据权利要求2所述的一种具有强负载能力的水下伺服器，其特征在于：所述齿轮一(141)上开设有贯穿孔(1411)，电机(14)的电机轴(140)穿过贯穿孔(1411)后固定连接有固定座(145)，固定座(145)远离电机轴(140)的一端开设有卡槽(146)，卡槽(146)内固设有磁铁二(147)，收纳腔(21)内对应磁铁二(147)的位置设置有磁传感器二(148)。

5.根据权利要求1所述的一种具有强负载能力的水下伺服器，其特征在于：所述控制板(22)上固设有电线(221)，电线(221)从收纳腔(21)延伸至空腔一(12)内与电机(14)连接，壳体(1)和收纳腔(21)的侧壁开设有供电线(221)穿过的通孔(10)，壳体(1)的通孔(10)处设置有密封组件(3)。

6.根据权利要求5所述的一种具有强负载能力的水下伺服器，其特征在于：

所述壳体(1)靠近收纳腔(21)的一侧开设有密封槽(31)，通孔(10)位于密封槽(31)内；

所述密封组件(3)包括卡接于密封槽(31)内的PCB板(32)，PCB板(32)卡接于密封槽(31)内，电线(221)从PCB板(32)中穿过，电线(221)和PCB板(32)的连接处焊接有焊锡，PCB板(32)靠近空腔一(12)内的一侧固设有隔离筒(321)，电线(221)从隔离筒(321)中穿过。

7.根据权利要求6所述的一种具有强负载能力的水下伺服器，其特征在于：所述壳体(1)的密封槽(31)内壁对称的两侧开设有导向槽(322)，PCB板(32)上固设有导向块(323)，导向块(323)卡接于导向槽(322)内，所述壳体(1)的密封槽(31)内壁对称的两侧开固设有弹性卡块(34)，弹性卡块(34)的顶部开设有斜面。

8.根据权利要求1所述的一种具有强负载能力的水下伺服器，其特征在于：所述空腔一(12)内设置有柔性的油压补偿膜(15)。

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