CN115256453A - 一种用于水下机械臂的大功率减速关节 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于水下机械臂的大功率减速关节，包括驱动仓和与驱动仓连接的主壳体，驱动仓内设置有转动驱动装置，转动驱动装置的转动端伸出驱动仓后与转动设置在主壳体内的激波凸轮连接，主壳体的内壁设置有与激波凸轮的偏心传动面对应的活齿固定齿圈，主壳体内转动设置有活动支架，活动支架上周向间隔设置有若干与活齿固定齿圈的内圆周齿面以及激波凸轮的偏心传动面配合的滚轮组件，活动支架的输出端与主壳体外的主输出端连接，当转动驱动装置的转动端转动时，带动激波凸轮转动，滚轮组件在激波凸轮的偏心传动面与活齿固定齿圈的内圆周齿面的共同作用下周向转动，带动活动支架的输出端转动，进而带动主输出端转动。

Description

一种用于水下机械臂的大功率减速关节

技术领域

本发明涉及水下机器人上的机械臂配件技术领域，特别涉及一种用于水下机械臂的大功率减速关节。

背景技术

机械臂是水下机器人最主要的作业单元，对于机器人能否完成特定的水下作业起到至关重要的作用。

机械臂关节是机械臂的关键部件，其控制灵活性、承载能力、结构尺寸、可靠性等直接影响机械臂的整体，是机械臂中最重要的部分。

当前市场上的机械臂关节大都为工业机器人或者普通机器人设计，其体积通常较大，较为笨重，无法直接安装到水下机器人上。能够用于水下环境的机械臂又大都为消费级水下机器人设计，其转动扭矩较小，无法完成工业级水下机器人的重载作业。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的上述不足和缺陷，提供一种用于水下机械臂的大功率减速关节，以解决上述问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种用于水下机械臂的大功率减速关节，包括驱动仓和与所述驱动仓连接的主壳体，所述驱动仓内设置有转动驱动装置，所述转动驱动装置的转动端伸出所述驱动仓后与转动设置在主壳体内的激波凸轮连接，所述主壳体的内壁设置有与激波凸轮的偏心传动面对应的活齿固定齿圈，所述主壳体内转动设置有活动支架，所述活动支架上周向间隔设置有若干与所述活齿固定齿圈的内圆周齿面以及激波凸轮的偏心传动面配合的滚轮组件，所述活动支架的输出端与所述主壳体外的主输出端连接，当所述转动驱动装置的转动端转动时，带动激波凸轮转动，滚轮组件在所述激波凸轮的偏心传动面与活齿固定齿圈的内圆周齿面的共同作用下周向转动，带动所述活动支架的输出端转动，进而带动所述主输出端转动。

在本发明的一个优选实施例中，所述活动支架包括转动设置在主壳体内的活动主支架和转动设置在主壳体内的活动次支架，所述活动主支架和活动次支架的外周边缘通过定位销固定，所述活动主支架和活动次支架的外周周向间隔设置有若干径向槽，所述滚轮组件包括滚轮，所述滚轮两端的滚轮轴分别连接在所述活动主支架和活动次支架的径向槽上。

在本发明的一个优选实施例中，所述活齿固定齿圈的内圆周齿面为周向间隔均匀分布的波峰波谷交替齿面。

在本发明的一个优选实施例中，所述激波凸轮的偏心传动面两端分别同轴是有大圆柱段和小圆柱段，所述大圆柱段的外径小于所述偏心传动面的外径，所述大圆柱段的中部与所述转动驱动装置的转动端连接，所述小圆柱段和大圆柱段上分别套设有第一内轴承和第二内轴承，所述主壳体内壁分别设置有与所述第一内轴承和第二内轴承对应的第一外轴承和第二外轴承，所述活动主支架分别与所述第一内轴承、第一外轴承配合，所述活动次支架分别与所述第二内轴承、第二外轴承配合。

在本发明的一个优选实施例中，所述转动驱动装置包括设置在所述驱动仓内的驱动马达以及与所述驱动马达连接的马达驱动板。

在本发明的一个优选实施例中，所述驱动仓内设置有安装架，所述驱动马达和马达驱动板设置在所述安装架上。

在本发明的一个优选实施例中，所述驱动仓和所述主壳体之间配合面是有第一防水密封槽，所述第一防水密封槽设置有密封圈。

在本发明的一个优选实施例中，所述驱动仓的底部设置有驱动仓盖板，所述驱动仓盖板上设置有第二防水密封槽，所述第二防水密封槽设置有密封圈。

在本发明的一个优选实施例中，所述活动主支架与主壳体的内壁之间设置有第三防水密封槽，所述第三防水密封槽设置有密封圈。

在本发明的一个优选实施例中，所述驱动仓和所述主壳体内填充有绝缘润滑油，绝缘润滑油在一定压力下填充，使所述驱动仓和所述主壳体内部具备一定的初始压力。

由于采用了如上技术方案，本发明通过一级活齿减速系统，将转动驱动装置的转速降低后通过主输出端输出，其传动级数少，结构紧凑，易于匹配各种型号的水下机械臂，同时承载能力强，转动扭矩大，可以满足工业级水下机器人对于重载作业的需求。而且，本发明将普通行星传动的单齿接触优化为多滚轮同时接触，接触面积更大，因此整个系统的强度密度高，同等尺寸条件小可以传递更大的扭矩，更适应工业级水下机器人重载的使用场景。

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是本发明一种实施例的结构示意图。

图2是图1的结构爆炸图。

图3是图1的剖面图。

图4是本发明一种实施例的活动支架与活齿固定齿圈以及激波凸轮配合状态俯视图。

图5是图4的剖面图。

图6是图4的结构爆炸图。

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，下面进一步阐述本发明。

参见图1至图6所示的一种用于水下机械臂的大功率减速关节，包括驱动仓100和与驱动仓100连接的主壳体200，本实施例中的驱动仓100和主壳体200整体呈圆筒状。

驱动仓100具有上顶板110和驱动仓盖板120，驱动仓盖板120上设置有防水密封槽121，防水密封槽121设置有密封圈。驱动仓100和主壳体200之间配合面是有防水密封槽101，防水密封槽101设置有密封圈。

转动驱动装置300设置在驱动仓100内，转动驱动装置300的转动端310伸出驱动仓100的上顶板110后与转动设置在主壳体200内的激波凸轮400连接。本实施例中，转动驱动装置300包括设置在驱动仓100内的驱动马达320以及与驱动马达320连接的马达驱动板330，驱动仓100内设置有安装架340，驱动马达320和马达驱动板330设置在安装架340上。

主壳体200的内壁设置有与激波凸轮400的偏心传动面410对应的活齿固定齿圈500，主壳体200内转动设置有活动支架600，活动支架600上周向间隔设置有若干与活齿固定齿圈500的内圆周齿面510以及激波凸轮400的偏心传动面410配合的滚轮组件700，活动支架600的输出端与主壳体200外的主输出端800连接。主输出端800为主输出轮，与活动支架600的输出端通过紧固件连接。活齿固定齿圈500的内圆周齿面510为周向间隔均匀分布的波峰波谷交替齿面。

本实施例中，活动支架600包括转动设置在主壳体200内的活动主支架610和转动设置在主壳体200内的活动次支架620，活动主支架610和活动次支架620的外周边缘通过定位销630固定，活动主支架610和活动次支架620的外周周向间隔设置有若干径向槽611、621。滚轮组件700包括滚轮710，滚轮710两端的滚轮轴711分别连接在活动主支架610和活动次支架620的径向槽611、621上。活动主支架610与主壳体200的内壁之间设置有防水密封槽612，防水密封槽612设置有密封圈。

激波凸轮400的偏心传动面410两端分别同轴是有大圆柱段420和小圆柱段430，大圆柱段420的外径小于偏心传动面410的外径，大圆柱段420的中部与转动驱动装置300的转动端310连接，也即是驱动马达320的输出端与大圆柱段420的中部连接。小圆柱段430和大圆柱段420上分别套设有第一内轴承10a和第二内轴承10b，主壳体200内壁分别设置有与第一内轴承10a和第二内轴承10b对应的第一外轴承20a和第二外轴承20b，活动主支架610分别与第一内轴承10a、第一外轴承20a配合，活动次支架620分别与第二内轴承10b、第二外轴承20b配合。为了进一步固定第一外轴承配合20a，可以通过轴承压板21将第一外轴承进行限位。

本实施例中的驱动仓100和主壳体200内填充有绝缘润滑油，绝缘润滑油在一定压力下填充，使驱动仓100和主壳体200内部具备一定的初始压力。绝缘润滑油可以给活齿减速系统提供润滑，降低系统的磨损，提高使用寿命。同时润滑油可以将驱动马达工作时的热量更快的导出到主壳体，改善驱动马达的散热，提高其工作稳定性及寿命，更适合重载环境下的使用。同时，绝缘润滑油在一定压力下填充，使驱动仓100和主壳体200内部具备一定的初始压力，可以提高整个产品的防水等级，与整体三层密封结构配合，满足更大水深的产品使用需求。

本发明的工作原理如下：

当转动驱动装置300的转动端310转动时，带动激波凸轮400转动，滚轮组件700在激波凸轮400的偏心传动面410与活齿固定齿圈500的内圆周齿面510的共同作用下周向转动，带动活动支架600的输出端转动，进而带动主输出端800转动。具体到本实施例，当驱动马达320的输出端转动时，带动激波凸轮400转动，滚轮710在激波凸轮400的偏心传动面410与活齿固定齿圈500的内圆周齿面510的共同作用下周向转动，即偏心传动面410的最外点挤压滚轮710，滚轮710在径向槽611、621内沿径向运动，由于受到活齿固定齿圈500的内圆周齿面510的波峰波谷形状作用，使得滚轮710连同滚轮轴711同步沿圆周方向转动，所以带动活动主支架610和活动次支架620转动，进而通过活动主支架610带动主输出轮转动。本发明的活齿传动系统的传动比通常为1/n，其中n为滚轮710数量。本发明通过一级活齿减速系统，将转动驱动装置的转速降低后通过主输出端输出，其传动级数少，结构紧凑，易于匹配各种型号的水下机械臂，同时承载能力强，转动扭矩大，可以满足工业级水下机器人对于重载作业的需求。而且，本发明将普通行星传动的单齿接触优化为多滚轮同时接触，接触面积更大，因此整个系统的强度密度高，同等尺寸条件小可以传递更大的扭矩，更适应工业级水下机器人重载的使用场景。本发明中整个传动系统为活齿传动，使用普通的直齿渐开线齿轮加工刀具即可完成所有传动零部件的加工，对加工工艺的要求较低。由于本发明传动系统简单，零部件较少，本发明的成本优势明显。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种用于水下机械臂的大功率减速关节，其特征在于，包括驱动仓和与所述驱动仓连接的主壳体，所述驱动仓内设置有转动驱动装置，所述转动驱动装置的转动端伸出所述驱动仓后与转动设置在主壳体内的激波凸轮连接，所述主壳体的内壁设置有与激波凸轮的偏心传动面对应的活齿固定齿圈，所述主壳体内转动设置有活动支架，所述活动支架上周向间隔设置有若干与所述活齿固定齿圈的内圆周齿面以及激波凸轮的偏心传动面配合的滚轮组件，所述活动支架的输出端与所述主壳体外的主输出端连接，当所述转动驱动装置的转动端转动时，带动激波凸轮转动，滚轮组件在所述激波凸轮的偏心传动面与活齿固定齿圈的内圆周齿面的共同作用下周向转动，带动所述活动支架的输出端转动，进而带动所述主输出端转动。

2.根据权利要求1所述的一种用于水下机械臂的大功率减速关节，其特征在于，所述活动支架包括转动设置在主壳体内的活动主支架和转动设置在主壳体内的活动次支架，所述活动主支架和活动次支架的外周边缘通过定位销固定，所述活动主支架和活动次支架的外周周向间隔设置有若干径向槽，所述滚轮组件包括滚轮，所述滚轮两端的滚轮轴分别连接在所述活动主支架和活动次支架的径向槽上。

3.根据权利要求1所述的一种用于水下机械臂的大功率减速关节，其特征在于，所述活齿固定齿圈的内圆周齿面为周向间隔均匀分布的波峰波谷交替齿面。

4.根据权利要求2所述的一种用于水下机械臂的大功率减速关节，其特征在于，所述激波凸轮的偏心传动面两端分别同轴是有大圆柱段和小圆柱段，所述大圆柱段的外径小于所述偏心传动面的外径，所述大圆柱段的中部与所述转动驱动装置的转动端连接，所述小圆柱段和大圆柱段上分别套设有第一内轴承和第二内轴承，所述主壳体内壁分别设置有与所述第一内轴承和第二内轴承对应的第一外轴承和第二外轴承，所述活动主支架分别与所述第一内轴承、第一外轴承配合，所述活动次支架分别与所述第二内轴承、第二外轴承配合。

5.根据权利要求1所述的一种用于水下机械臂的大功率减速关节，其特征在于，所述转动驱动装置包括设置在所述驱动仓内的驱动马达以及与所述驱动马达连接的马达驱动板。

6.根据权利要求5所述的一种用于水下机械臂的大功率减速关节，其特征在于，所述驱动仓内设置有安装架，所述驱动马达和马达驱动板设置在所述安装架上。

7.根据权利要求1所述的一种用于水下机械臂的大功率减速关节，其特征在于，所述驱动仓和所述主壳体之间配合面是有第一防水密封槽，所述第一防水密封槽设置有密封圈。

8.根据权利要求1所述的一种用于水下机械臂的大功率减速关节，其特征在于，所述驱动仓的底部设置有驱动仓盖板，所述驱动仓盖板上设置有第二防水密封槽，所述第二防水密封槽设置有密封圈。

9.根据权利要求2所述的一种用于水下机械臂的大功率减速关节，其特征在于，所述活动主支架与主壳体的内壁之间设置有第三防水密封槽，所述第三防水密封槽设置有密封圈。

10.根据权利要求1所述的一种用于水下机械臂的大功率减速关节，其特征在于，所述驱动仓和所述主壳体内填充有绝缘润滑油，绝缘润滑油在一定压力下填充，使所述驱动仓和所述主壳体内部具备一定的初始压力。

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