CN115571236B - 一种具有移动给水功能的机械手 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动化设备中的机械手，具体地说是一种具有移动给水功能的机械手，机械手包括给水机械手和移动底盘两部分，给水机械手安装在移动底盘的顶部，包括偏转机械臂、俯仰机械臂及给水执行器，偏转机械臂输出端连接俯仰机械臂，俯仰机械臂的输出端安装有可实现给水功能的给水执行器；移动底盘采用履带式移动机构，两侧安装有可实现回转的摆臂机构，摆臂机构可带动移动履带实现结构变形。本发明的机械手可以实现在对固定点的设备进行远程移动式给水作业，通过移动底盘带动给水机械手实现在不规则现场环境的狭小空间通行、楼梯攀爬等，给水机械手可以实现偏转、俯仰等动作，作业空间大。本发明具有控制灵活、适应性强、携带方便等特点。

Description

一种具有移动给水功能的机械手

技术领域

本发明涉及自动化设备中的机械手，具体地说是一种具有移动给水功能的机械手。

背景技术

随着工业化的发展，许多工业化设备应用而生。在自动化设备领域，存在很多设备在运行过程中需要进行给水作业，防止设备过热，影响使用寿命。在实际的作业需求中，许多自动化设备处于非结构化环境中，人工难以进入；或是作业环境较复杂，人工难以长时间进行给水作业。因此，针对复杂作业环境的灵活移动给水机械手，能有效地提供给水作业，同时可以实现远程给水，具有重要的研究意义。

发明内容

为了解决工业自动化设备复杂环境下的给水问题，代替人工实现自主远程高适应性给水作业，本发明的目的在于提供一种具有移动给水功能的机械手。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括给水机械手及移动底盘，其中给水机械手包括偏转机械臂、俯仰机械臂及给水执行器，所述偏转机械臂的底端安装于移动底盘的顶部，所述偏转机械臂的顶端为输出端，并与所述俯仰机械臂相连，所述俯仰机械臂的输出端与可实现水输送功能的给水执行器相连，所述给水执行器在偏转机械臂及俯仰机械臂的驱动下具有转动自由度及俯仰自由度；所述移动底盘包括底座，所述底座的左右两侧对称设置一组履带模块、摆臂模块及凸轮模块，所述摆臂模块及凸轮模块均位于同组履带模块中履带的内侧，每侧所述凸轮模块固定在底座上，所述摆臂模块的一端与履带啮合传动，所述摆臂模块的另一端与凸轮模块抵接；所述底座内分别安装有履带模块动力源及摆臂模块动力源，所述履带模块动力源驱动两侧履带模块移动，所述摆臂模块动力源驱动两侧摆臂模块摆动，进而带动所述履带模块中的履带外轮廓变形。

其中：所述偏转机械臂包括调整法兰、耐磨轴套及偏转驱动电机，所述调整法兰固接于移动底盘的顶部，所述偏转驱动电机的底部法兰与调整法兰连接，所述偏转驱动电机的输出端由调整法兰穿过，并与所述俯仰机械臂所具有的关节连接架相连；所述调整法兰内嵌有耐磨轴套，所述耐磨轴套位于关节连接架与调整法兰之间，所述耐磨轴套的内部与关节连接架转动连接。

所述俯仰机械臂包括关节连接架、回转轴套、俯仰电机外筒、俯仰驱动电机、电机轴套及连接法兰，所述关节连接架顶部的一侧内嵌有回转轴套，顶部的另一侧固接有连接法兰，所述俯仰电机外筒的一侧与所述回转轴套转动连接，另一侧内嵌有电机轴套，所述俯仰驱动电机安装于所述俯仰电机外筒的内部，所述俯仰驱动电机具有可转动的输出端，所述俯仰驱动电机的输出端与电机轴套转动连接，且与所述连接法兰固接，所述俯仰电机外筒作为俯仰机械臂的输出端，与所述给水执行器的外罩相连。

所述给水执行器包括外罩及分别容置于外罩内的伸缩架、丝杠、给水驱动电机、给水管、进给螺母和固定外框，所述外罩与俯仰机械臂的输出端相连，所述固定外框安装于外罩的一端，所述给水驱动电机固定于固定外框的内部，所述丝杠转动安装于固定外框内，且所述丝杠两端的轴肩与固定外框的内板抵接，实现轴向限位，所述给水驱动电机的输出端与丝杠相连；所述进给螺母与丝杠螺纹连接，所述伸缩架的一端穿过固定外框后与进给螺母相连，所述伸缩架的另一端与给水管连接，所述给水驱动电机通过进给螺母、丝杠驱动给水管在外罩的另一端伸缩。

所述底座左右两侧的履带模块为履带模块A、履带模块B，所述履带模块A与履带模块B结构相同，均包括履带、驱动轮A、压带轮及驱动轮B，所述驱动轮A及驱动轮B分别转动安装于底座一侧的前后两端，所述履带套在驱动轮A及驱动轮B外围，且所述履带的内齿分别与驱动轮A及驱动轮B啮合；所述驱动轮A与驱动轮B之间设有多个安装于底座上的压带轮，所述履带的内侧内齿沉于各压带轮的沟槽内；所述履带模块A中的驱动轮A与驱动轮B通过一个履带模块动力源驱动同步转动，所述履带模块B中的驱动轮A与驱动轮B通过另一个履带模块动力源驱动同步转动。

所述底座左右两侧的摆臂模块为摆臂模块A、摆臂模块B，所述摆臂模块A与摆臂模块B结构相同，均包括摆臂轮、摆臂板、调节弹簧、伸缩滑块、支撑导板及传动法兰，所述摆臂模块A中的传动法兰与摆臂模块B中的传动法兰分别与摆臂模块动力源相连，通过所述摆臂模块动力源的驱动实现摆臂模块A与摆臂模块B的同步回转，所述摆臂轮与履带模块中的履带内齿啮合，所述摆臂模块A中的摆臂轮与摆臂模块B中的摆臂轮共用一根轮轴；所述摆臂板的一端与摆臂轮连接，另一端与所述支撑导板的一端可相对移动地相连，所述支撑导板的另一端与传动法兰相连，所述支撑导板上套设有调节弹簧，且设有可相对滑动的伸缩滑块，所述调节弹簧的两端分别与摆臂板的另一端及伸缩滑块相连，所述摆臂板、调节弹簧及伸缩滑块共同与支撑导板产生直线运动，通过所述摆臂板与支撑导板之间的直线运动，带动所述摆臂轮压紧履带，实现摆臂动作，所述伸缩滑块始终与凸轮模块抵接。

所述底座左右两侧的凸轮模块为凸轮模块A、凸轮模块B，所述凸轮模块A与凸轮模块B结构相同，均包括凸轮及凸轮法兰架，所述凸轮法兰架的一端固定在底座上，另一端与所述凸轮固接，所述凸轮的外表面与摆臂模块的另一端滚动抵接，实现所述摆臂模块的另一端沿凸轮的外轮廓运动，起到支撑作用。

所述凸轮呈横放的“8”字形。

所述底座内安装有两个履带模块动力源，一个所述履带模块动力源包括前驱动电机、左链条组件及左链条调节机构，所述前驱动电机固定在底座内，所述底座左侧的前后两端分别转动安装有左前输出轴及左后输出轴，所述左前输出轴及左后输出轴分别与同侧的履带模块连接，所述前驱动电机的输出端与左前输出轴相连，所述左前输出轴与左后输出轴之间通过左链条组件连接，所述左前输出轴与左后输出轴通过所述前驱动电机的驱动实现同步转动，所述左链条组件同侧的底座内安装有左链条调节机构，所述左链条组件通过左链条调节机构实现张紧；另一个所述履带模块动力源包括后驱动电机、右链条组件及右链条调节机构，所述后驱动电机固定在底座内，所述底座右侧的前后两端分别转动安装有右前输出轴及右后输出轴，所述右前输出轴及右后输出轴分别与同侧的履带模块连接，所述后驱动电机的输出端与右后输出轴相连，所述右前输出轴与右后输出轴之间通过右链条组件连接，所述右前输出轴与右后输出轴通过所述后驱动电机的驱动实现同步转动，所述右链条组件同侧的底座内安装有右链条调节机构，所述右链条组件通过右链条调节机构实现张紧。

所述摆臂模块动力源包括摆臂电机、蜗轮蜗杆减速器组件、同步带轮机构及摆臂输出轴，所述摆臂电机、蜗轮蜗杆减速器组件及同步带轮机构分别安装于底座内，所述摆臂输出轴的两端分别与底座的左右两侧转动连接，且所述摆臂输出轴的两端分别由底座的左右两侧伸出，并分别与两侧的摆臂模块相连；所述摆臂电机的输出端与蜗轮蜗杆减速器组件的输入端连接，所述蜗轮蜗杆减速器组件的输出端与摆臂输出轴相连，进而通过所述摆臂电机驱动两侧摆臂模块的同步转动；所述同步带轮机构的输入端通过顶丝与摆臂输出轴实现连动，所述同步带轮机构的输出端连接有电位计，所述摆臂输出轴在转动的同时带动电位计转动，实现对所述摆臂模块转动圈数及位置的计数。

本发明的优点与积极效果为：

1．本发明提出了一种具有移动给水功能的机械手，其环境适应性强，可实现在障碍、楼梯、狭小空间等复杂环境的给水作业。

2．本发明移动底盘及给水机械手为模块化设计，可根据实际作业任务进行装卸和替换，结构简单轻便，运动灵活，操控精准。

3.本发明的移动底盘两侧为可伸缩式摆臂履带，可实现对履带的自适应松紧调节，通过伸缩结构实现在变形过程中对履带的实时预紧。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明移动底盘的立体结构示意图；

图3为本发明偏转机械臂及俯仰机械臂的内部结构示意图；

图4为本发明给水执行器的内部结构示意图；

图5为本发明履带模块的立体结构示意图；

图6为本发明摆臂模块的立体结构示意图；

图7为本发明凸轮模块的立体结构示意图；

图8为本发明底座的立体结构示意图；

图9为本发明底座的内部结构示意图之一；

图10为本发明底座的内部结构示意图之二；

图11为本发明越障状态摆臂模块呈30°时的结构示意图；

图12为本发明越障状态摆臂模块呈90°时的结构示意图；

其中：1为给水机械手，2为移动底盘，3为偏转机械臂，4为俯仰机械臂，5为给水执行器，6为调整法兰，7为耐磨轴套，8为偏转驱动电机，9为关节连接架，10为回转轴套，11为俯仰电机外筒，12为俯仰驱动电机，13为电机轴套，14为连接法兰，15为伸缩架，16为上导轨，17为丝杠，18为联轴器，19为给水驱动电机，20为给水管，21为外罩，22为下导轨，23为进给螺母，24为固定外框，25为底座，26为履带模块A，27为履带模块B，28为摆臂模块A，29为摆臂模块B，30为凸轮模块A，31为凸轮模块B，32为履带，33为驱动轮A，34为压带轮，35为驱动轮B，36为摆臂轮，37为摆臂板，38为摆臂直线轴承，39为调节弹簧，40为伸缩滑块，41为支撑导板，42为传动法兰，43为凸轮，44为凸轮法兰架，45为顶板，46为左侧板，47为后板，48为前板，49为右侧板，50为底板，51为右后输出轴，52为右前输出轴，53为左前输出轴，54为左后输出轴，55为摆臂电机，56为后驱动电机，57为前驱动电机，58为右链条调节机构，59为左链条调节机构，60为右链条组件，61为左链条组件，62为同步带轮机构，63为蜗轮蜗杆减速器组件，64为摆臂输出轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1、图2所示，本发明包括给水机械手1及移动底盘2，其中给水机械手1包括偏转机械臂3、俯仰机械臂4及给水执行器5，偏转机械臂3的底端安装于移动底盘2的顶部，偏转机械臂3的顶端为输出端，并与俯仰机械臂4相连，俯仰机械臂4的输出端与给水执行器5相连，给水执行器5在偏转机械臂3及俯仰机械臂4的驱动下具有转动自由度及俯仰自由度，可实现水输送功能。移动底盘2包括底座25，底座25的左右两侧对称设置一组履带模块、摆臂模块及凸轮模块，摆臂模块及凸轮模块均位于同组履带模块中履带的内侧，每侧凸轮模块固定在底座25上，摆臂模块的一端与履带啮合传动，摆臂模块的另一端与凸轮模块抵接；底座25内分别安装有履带模块动力源及摆臂模块动力源，履带模块动力源驱动两侧履带模块移动，摆臂模块动力源驱动两侧摆臂模块摆动，进而带动履带模块中的履带外轮廓变形。

如图1及图3所示，本实施例的偏转机械臂3包括调整法兰6、耐磨轴套7及偏转驱动电机8，调整法兰6固接于底座25的顶部，偏转驱动电机8的底部法兰通过螺栓与调整法兰6连接，偏转驱动电机8的输出端由调整法兰6穿过，并与俯仰机械臂4所具有的关节连接架9相连；偏转驱动电机8的输出端带动关节连接架9旋转，进而带动俯仰机械臂4的俯仰转动。调整法兰6内嵌有耐磨轴套7，耐磨轴套7位于关节连接架9与调整法兰6之间，耐磨轴套7的内部与关节连接架9转动连接。

本实施例的俯仰机械臂4包括关节连接架9、回转轴套10、俯仰电机外筒11、俯仰驱动电机12、电机轴套13及连接法兰14，关节连接架9顶部的一侧内嵌有回转轴套10，顶部的另一侧固接有连接法兰14；本实施例的关节连接架9的顶部呈“U”形，“U”形开口的两侧各设有固定架，左侧固定架内嵌入回转轴套10，右侧固定架与连接法兰14固连。俯仰电机外筒11的一侧与回转轴套10转动连接，另一侧内嵌有电机轴套13，俯仰驱动电机12安装于俯仰电机外筒11的内部，俯仰驱动电机12具有可转动的输出端，俯仰驱动电机12的输出端与电机轴套13转动连接，且与连接法兰14固接。俯仰电机外筒11作为俯仰机械臂4的输出端，侧面与给水执行器5的外罩21相连。俯仰驱动电机12固定于俯仰电机外筒11内，输出端带动连接法兰14和关节连接架9转动，由于俯仰驱动电机12的输出端与连接法兰14、关节连接架9固接，且与电机轴套13转动连接，因此能够实现俯仰电机外筒11和关节连接架9之间的相对转动，回转轴套10嵌入关节连接架9的一端，并与俯仰电机外筒11的后部实现转动连接，主要起支撑作用。本实施例的俯仰驱动电机12为市购产品，购置于苏州脉塔智能科技有限公司，型号为x8 pro。

本实施例的偏转机械臂3最大可实现±120°的偏转动作，俯仰机械臂4可实现-25°～+120°的俯仰动作。

如图1及图4所示，本实施例的给水执行器5包括外罩21及分别容置于外罩21内的伸缩架15、上导轨16、丝杠17、联轴器18、给水驱动电机19、给水管20、下导轨22、进给螺母23和固定外框24，外罩21与俯仰机械臂4的输出端（即俯仰电机外筒11）相连，外罩21为中空结构，一端口径较大，另一端口径较小，口径较大的一端与俯仰电机外筒11相连；固定外框24安装于外罩21口径较大一端的内部，给水驱动电机19固定于固定外框24内部，丝杠17转动安装于固定外框24内，且丝杠17两端的轴肩与固定外框24的内板抵接，实现轴向限位，给水驱动电机19的输出端与联轴器18通过螺栓夹紧固连，丝杠17的一端与联轴器18通过螺栓夹紧固连。上导轨16和下导轨22分别架设于丝杠17的上下两侧，且与丝杠17相平行，上导轨16和下导轨22的两端轴肩与固定外框24的内板抵接，进给螺母23与上导轨16和下导轨22为滑动连接，且与丝杠17为螺纹连接，将由给水驱动电机19通过联轴器18传递给丝杠17的旋转运动转化为沿丝杠17方向的直线运动。伸缩架15的一端穿过固定外框24后与进给螺母23的上下面固连，给水管20的一端固定在伸缩架15的另一端，给水管20的另一端朝外罩21的口径较小的另一端延伸。给水驱动电机19通过进给螺母23、丝杠17驱动给水管20在外罩21的另一端伸缩。

如图1、图2、图8、图9及图10所示，本实施例的底座25为由顶板45、左侧板46、后板47、前板48、右侧板49及底板50围成的中空长方体。

如图1、图2及图5所示，本实施例底座25左右两侧的履带模块为履带模块A26、履带模块B27，履带模块A26与履带模块B27结构相同，均包括履带32、驱动轮A33、压带轮34及驱动轮B35，驱动轮A33及驱动轮B35分别转动安装于底座25左侧板46或右侧板49的前后两端，履带32套在驱动轮A33及驱动轮B35外围，且履带32的内齿分别与驱动轮A33及驱动轮B35啮合；驱动轮A33与驱动轮B35之间设有多个（本实施例为五个）安装于左侧板46或右侧板49上的压带轮34，各压带轮34沿底座25长度方向依次设置，履带32的内侧内齿沉于各压带轮34的沟槽内；履带模块A26中的驱动轮A33与驱动轮B35通过一个履带模块动力源驱动同步转动，履带模块B27中的驱动轮A33与驱动轮B35通过另一个履带模块动力源驱动同步转动。

如图1、图2、图5及图6所示，本实施例底座25左右两侧的摆臂模块为摆臂模块A28、摆臂模块B29，摆臂模块A28与摆臂模块B29结构相同，均包括摆臂轮36、摆臂板37、摆臂直线轴承38、调节弹簧39、伸缩滑块40、支撑导板41及传动法兰42，摆臂模块A28中的传动法兰42与摆臂模块B29中的传动法兰42分别与摆臂模块动力源相连，通过摆臂模块动力源的驱动实现摆臂模块A28与摆臂模块B29的同步回转，摆臂轮36与履带模块中的履带32内齿啮合，并实现随动，摆臂模块A28中的摆臂轮36与摆臂模块B29中的摆臂轮36共用一根轮轴，即摆臂模块A28中的摆臂轮36与摆臂模块B29中的摆臂轮36分别连接于轮轴的左右两端；摆臂板37的一端与摆臂轮36连接，另一端设有一摆臂直线轴承38，支撑导板41的一端与摆臂直线轴承38连接，进而实现摆臂板37的另一端与支撑导板41的一端可相对移动地相连，支撑导板41的另一端与传动法兰42相连，支撑导板41上套设有调节弹簧39，且设有可相对滑动的伸缩滑块40，调节弹簧39的两端分别与摆臂板37的另一端及伸缩滑块40相连，摆臂板37、调节弹簧39及伸缩滑块40共同与支撑导板41产生直线运动，通过摆臂板37与支撑导板41之间的直线运动，带动摆臂轮36压紧履带32，实现摆臂动作；伸缩滑块40始终与凸轮模块抵接，通过与凸轮模块外表面接触实现伸缩滑块40的支撑，进而实现整体摆臂模块对履带32的张紧。

本实施例摆臂模块中的调节弹簧39为矩形弹簧，线径1.2毫米，可调节对履带32的预紧力，并实现缓冲作用。

如图1及图7所示，本实施例底座25左右两侧的凸轮模块为凸轮模块A30、凸轮模块B31，凸轮模块A30与凸轮模块B31结构相同，均包括凸轮43及凸轮法兰架44，凸轮法兰架44的一端固定在底座25上，另一端与凸轮43固接，凸轮43的外表面与摆臂模块中的伸缩滑块40滚动抵接，实现伸缩滑块40沿凸轮43的外轮廓运动，起到支撑作用。本实施例凸轮模块中的凸轮43呈横放的“8”字形，确保摆臂模块在进行回转运动时，履带32能始终保持预紧状态，防止跳齿或脱齿现象。

如图8～10所示，本实施例的底座25内安装有两个履带模块动力源，一个履带模块动力源包括前驱动电机57、左链条组件61及左链条调节机构59，前驱动电机57固定在底座25内的底板50上，底座25的左侧板46的前后两端分别转动安装有左前输出轴53及左后输出轴54，位于左侧的履带模块B27中的驱动轮A33与左前输出轴53相连，驱动轮B35与左后输出轴54相连，前驱动电机57的输出端与左前输出轴53相连，左前输出轴53与左后输出轴54之间通过左链条组件61连接，将动力传递至左后输出轴54，左前输出轴53与左后输出轴54通过前驱动电机57的驱动实现同步转动，进而整体带动履带模块B27的驱动轮A33、驱动轮B35运动。左链条组件61同侧的左侧板46的内表面安装有左链条调节机构59，左链条组件61通过左链条调节机构59实现张紧，并且更便于拆卸。另一个履带模块动力源包括后驱动电机56、右链条组件60及右链条调节机构58，后驱动电机56固定在底座25内的底板50上，底座25的右侧板49的前后两端分别转动安装有右前输出轴52及右后输出轴51，位于右侧的履带模块A26中的驱动轮A33与右前输出轴52相连，驱动轮B35与右后输出轴51相连，后驱动电机56的输出端与右后输出轴51相连，右前输出轴52与右后输出轴51之间通过右链条组件60连接，将动力传递至右前输出轴52，右前输出轴52与右后输出轴51通过后驱动电机56的驱动实现同步转动，进而整体带动履带模块A26的驱动轮A33、驱动轮B35运动。右链条组件60同侧的右侧板49的内表面安装有右链条调节机构58，右链条组件60通过右链条调节机构58实现张紧，并且更便于拆卸。本实施例的左链条组件61、左链条调节机构59、右链条组件60及右链条调节机构58均为现有技术，在此不再赘述。

本实施例的摆臂模块动力源包括摆臂电机55、蜗轮蜗杆减速器组件63、同步带轮机构62及摆臂输出轴64，摆臂电机55、蜗轮蜗杆减速器组件63及同步带轮机构62分别安装于底座25内的底板50上，摆臂输出轴64的两端分别与底座25的左侧板46、右侧板49转动连接，且摆臂输出轴64的两端分别由左侧板46、右侧板49的左右两侧伸出，并分别与两侧的摆臂模块中的传动法兰42相连，带动两侧的摆臂模块整体回转；摆臂输出轴64的两端均为驱动轴，可防止摆臂模块在进行前后摆臂时因单驱动轮包角过小造成的传动负荷增大。摆臂电机55的输出端与蜗轮蜗杆减速器组件63的输入端连接，进而将动力传递至蜗轮蜗杆减速器组件63的输入端，蜗轮蜗杆减速器组件63的输出端与摆臂输出轴64相连，摆臂传动轴64与蜗轮同步转动，进而通过摆臂电机55驱动两侧摆臂模块的同步转动。同步带轮机构62的输入端通过顶丝与摆臂输出轴64实现连动，同步带轮机构62的输出端连接有电位计，摆臂输出轴64在转动的同时带动电位计转动，实现对摆臂模块转动圈数及位置的计数。

本实施例的蜗轮蜗杆减速器组件63、同步带轮机构62均为现有技术，蜗轮蜗杆减速器组件63的减速比为1:30。

本实施例底座25左右两侧的摆臂模块A28与摆臂模块B29要求实现同步回转，摆臂模块中的传动法兰42与底座25上的摆臂输出轴64之间采用高精度配合，配合公差为±0.02毫米。

如图11、12所示，机械手在执行远程给水作业时，需要进行越障等动作，摆臂模块A28与摆臂模块B29可以抬起与地面呈30°和90°夹角，适应各种复杂的作业环境。

本发明的工作原理为：

给水机械手1的工作原理为：偏转机械臂3中的偏转驱动电机8输出端与俯仰机械臂4中的关节连接架9相连，带动俯仰机械臂4实现偏转动作。俯仰机械臂4中的俯仰驱动电机12输出端通过连接法兰14与关节连接架9相连，实现俯仰电机外筒11与关节连接架9的相对转动。给水执行器5的给水驱动电机19带动联轴器18，将动力传递至丝杠17上，丝杠17与进给螺母23之间为螺纹副，将旋转运动转化为直线运动，带动进给螺母23实现沿上导轨16及下导轨22的直线运动，给水管20固定在进给螺母23上，并实现直线运动。给水机械手1的末端给水管20可以实现偏转、俯仰及直线运动。

移动底盘2的工作原理为：前驱动电机57、后驱动电机56的输出端分别与左前输出轴53、右后输出轴51相连，左前输出轴53通过左链条组件61将动力传递至左后输出轴54，带动履带模块B27的驱动轮A33、驱动轮B35转动，进而带动位于左侧的履带模块B27运动。右后输出轴51通过右链条组件60将动力传递至右前输出轴52，带动履带模块A26的驱动轮A33、驱动轮B35转动，进而带动位于右侧的履带模块A26运动。摆臂电机55输出端通过联轴器与蜗轮蜗杆减速器组件63相连，蜗轮蜗杆减速器组件63的输出端与摆臂输出轴64连接，带动摆臂输出轴64转动。摆臂输出轴64的左右两端分别与左右两侧的摆臂模块A28和摆臂模块B29中的传动法兰42相连，带动传动法兰42同步转动。传动法兰42与支撑导板41固连，支撑导板41分别与伸缩滑块40、摆臂板37通过直线运动副实现连接，伸缩滑块40与摆臂板37之间安装有调节弹簧39，伸缩滑块40内侧与凸轮43的外轮廓表面抵接，带动伸缩滑块40、调节弹簧39、摆臂板37沿着凸轮43的边缘回转运动。摆臂板37与摆臂轮36相连，通过凸轮模块和调节弹簧39实现对履带32的预紧，同时传动法兰42的转动带动整体摆臂模块的回转，末端的摆臂轮36带动履带32实现履带32外轮廓的变形，通过摆臂模块的抬起和降下，实现机械手整体的远程越障等动作。

具有移动给水功能的机械手的具体工作过程为：

在执行给水任务时，移动底盘2的前驱动电机57、后驱动电机56提供动力带动履带模块的履带32转动，进而带动机械手整体移动。在移动过程中，遇到较高障碍，摆臂电机55提供动力通过蜗轮蜗杆减速器组件63带动摆臂输出轴64转动，进而带动摆臂模块抬起。当摆臂模块前端搭在障碍物边缘后，摆臂模块降下，带动给水机械手1及移动底盘2整体的抬起，继续向前运动，翻过障碍。到达给水目标任务点后，给水机械手1调整姿态，通过偏转机械臂3和俯仰机械臂4的旋转运动使给水执行器5末端的给水管20的管口对准目标点，给水执行器5的给水驱动电机19转动，带动丝杠17的转动，通过螺纹副传递给进给螺母23，进而带动给水管20实现直线运动。

Claims (9)

1.一种具有移动给水功能的机械手，其特征在于：包括给水机械手（1）及移动底盘（2），其中给水机械手（1）包括偏转机械臂（3）、俯仰机械臂（4）及给水执行器（5），所述偏转机械臂（3）的底端安装于移动底盘（2）的顶部，所述偏转机械臂（3）的顶端为输出端，并与所述俯仰机械臂（4）相连，所述俯仰机械臂（4）的输出端与可实现水输送功能的给水执行器（5）相连，所述给水执行器（5）在偏转机械臂（3）及俯仰机械臂（4）的驱动下具有转动自由度及俯仰自由度；所述移动底盘（2）包括底座（25），所述底座（25）的左右两侧对称设置一组履带模块、摆臂模块及凸轮模块，所述摆臂模块及凸轮模块均位于同组履带模块中履带的内侧，每侧所述凸轮模块固定在底座（25）上，所述摆臂模块的一端与履带啮合传动，所述摆臂模块的另一端与凸轮模块抵接；所述底座（25）内分别安装有履带模块动力源及摆臂模块动力源，所述履带模块动力源驱动两侧履带模块移动，所述摆臂模块动力源驱动两侧摆臂模块摆动，进而带动所述履带模块中的履带外轮廓变形；

所述给水执行器（5）包括外罩（21）及分别容置于外罩（21）内的伸缩架（15）、丝杠（17）、给水驱动电机（19）、给水管（20）、进给螺母（23）和固定外框（24），所述外罩（21）与俯仰机械臂（4）的输出端相连，所述固定外框（24）安装于外罩（21）的一端，所述给水驱动电机（19）固定于固定外框（24）的内部，所述丝杠（17）转动安装于固定外框（24）内，且所述丝杠（17）两端的轴肩与固定外框（24）的内板抵接，实现轴向限位，所述给水驱动电机（19）的输出端与丝杠（17）相连；所述进给螺母（23）与丝杠（17）螺纹连接，所述伸缩架（15）的一端穿过固定外框（24）后与进给螺母（23）相连，所述伸缩架（15）的另一端与给水管（20）连接，所述给水驱动电机（19）通过进给螺母（23）、丝杠（17）驱动给水管（20）在外罩（21）的另一端伸缩。

2.根据权利要求1所述具有移动给水功能的机械手，其特征在于：所述偏转机械臂（3）包括调整法兰（6）、耐磨轴套（7）及偏转驱动电机（8），所述调整法兰（6）固接于移动底盘（2）的顶部，所述偏转驱动电机（8）的底部法兰与调整法兰（6）连接，所述偏转驱动电机（8）的输出端与所述俯仰机械臂（4）所具有的关节连接架（9）相连；所述调整法兰（6）内嵌有耐磨轴套（7），所述耐磨轴套（7）位于关节连接架（9）与调整法兰（6）之间，所述耐磨轴套（7）的内部与关节连接架（9）转动连接。

3.根据权利要求1所述具有移动给水功能的机械手，其特征在于：所述俯仰机械臂（4）包括关节连接架（9）、回转轴套（10）、俯仰电机外筒（11）、俯仰驱动电机（12）、电机轴套（13）及连接法兰（14），所述关节连接架（9）顶部的一侧内嵌有回转轴套（10），顶部的另一侧固接有连接法兰（14），所述俯仰电机外筒（11）的一侧与所述回转轴套（10）转动连接，另一侧内嵌有电机轴套（13），所述俯仰驱动电机（12）安装于所述俯仰电机外筒（11）的内部，所述俯仰驱动电机（12）具有可转动的输出端，所述俯仰驱动电机（12）的输出端与电机轴套（13）转动连接，且与所述连接法兰（14）固接，所述俯仰电机外筒（11）作为俯仰机械臂（4）的输出端，与所述给水执行器（5）的外罩（21）相连。

4.根据权利要求1所述具有移动给水功能的机械手，其特征在于：所述底座（25）左右两侧的履带模块为履带模块A（26）、履带模块B（27），所述履带模块A（26）与履带模块B（27）结构相同，均包括履带（32）、驱动轮A（33）、压带轮（34）及驱动轮B（35），所述驱动轮A（33）及驱动轮B（35）分别转动安装于底座（25）一侧的前后两端，所述履带（32）套在驱动轮A（33）及驱动轮B（35）外围，且所述履带（32）的内齿分别与驱动轮A（33）及驱动轮B（35）啮合；所述驱动轮A（33）与驱动轮B（35）之间设有多个安装于底座（25）上的压带轮（34），所述履带（32）的内侧内齿沉于各压带轮（34）的沟槽内；所述履带模块A（26）中的驱动轮A（33）与驱动轮B（35）通过一个履带模块动力源驱动同步转动，所述履带模块B（27）中的驱动轮A（33）与驱动轮B（35）通过另一个履带模块动力源驱动同步转动。

5.根据权利要求1所述具有移动给水功能的机械手，其特征在于：所述底座（25）左右两侧的摆臂模块为摆臂模块A（28）、摆臂模块B（29），所述摆臂模块A（28）与摆臂模块B（29）结构相同，均包括摆臂轮（36）、摆臂板（37）、调节弹簧（39）、伸缩滑块（40）、支撑导板（41）及传动法兰（42），所述摆臂模块A（28）中的传动法兰（42）与摆臂模块B（29）中的传动法兰（42）分别与摆臂模块动力源相连，通过所述摆臂模块动力源的驱动实现摆臂模块A（28）与摆臂模块B（29）的同步回转，所述摆臂轮（36）与履带模块中的履带（32）内齿啮合，所述摆臂模块A（28）中的摆臂轮（36）与摆臂模块B（29）中的摆臂轮（36）共用一根轮轴；所述摆臂板（37）的一端与摆臂轮（36）连接，另一端与所述支撑导板（41）的一端可相对移动地相连，所述支撑导板（41）的另一端与传动法兰（42）相连，所述支撑导板（41）上套设有调节弹簧（39），且设有可相对滑动的伸缩滑块（40），所述调节弹簧（39）的两端分别与摆臂板（37）的另一端及伸缩滑块（40）相连，所述摆臂板（37）、调节弹簧（39）及伸缩滑块（40）共同与支撑导板（41）产生直线运动，通过所述摆臂板（37）与支撑导板（41）之间的直线运动，带动所述摆臂轮（36）压紧履带（32），实现摆臂动作，所述伸缩滑块（40）始终与凸轮模块抵接。

6.根据权利要求1所述具有移动给水功能的机械手，其特征在于：所述底座（25）左右两侧的凸轮模块为凸轮模块A（30）、凸轮模块B（31），所述凸轮模块A（30）与凸轮模块B（31）结构相同，均包括凸轮（43）及凸轮法兰架（44），所述凸轮法兰架（44）的一端固定在底座（25）上，另一端与所述凸轮（43）固接，所述凸轮（43）的外表面与摆臂模块的另一端滚动抵接，实现所述摆臂模块的另一端沿凸轮（43）的外轮廓运动，起到支撑作用。

7.根据权利要求6所述具有移动给水功能的机械手，其特征在于：所述凸轮（43）呈横放的“8”字形。

8.根据权利要求1所述具有移动给水功能的机械手，其特征在于：所述底座（25）内安装有两个履带模块动力源，一个所述履带模块动力源包括前驱动电机（57）、左链条组件（61）及左链条调节机构（59），所述前驱动电机（57）固定在底座（25）内，所述底座（25）左侧的前后两端分别转动安装有左前输出轴（53）及左后输出轴（54），所述左前输出轴（53）及左后输出轴（54）分别与同侧的履带模块连接，所述前驱动电机（57）的输出端与左前输出轴（53）相连，所述左前输出轴（53）与左后输出轴（54）之间通过左链条组件（61）连接，所述左前输出轴（53）与左后输出轴（54）通过所述前驱动电机（57）的驱动实现同步转动，所述左链条组件（61）同侧的底座（25）内安装有左链条调节机构（59），所述左链条组件（61）通过左链条调节机构（59）实现张紧；另一个所述履带模块动力源包括后驱动电机（56）、右链条组件（60）及右链条调节机构（58），所述后驱动电机（56）固定在底座（25）内，所述底座（25）右侧的前后两端分别转动安装有右前输出轴（52）及右后输出轴（51），所述右前输出轴（52）及右后输出轴（51）分别与同侧的履带模块连接，所述后驱动电机（56）的输出端与右后输出轴（51）相连，所述右前输出轴（52）与右后输出轴（51）之间通过右链条组件（60）连接，所述右前输出轴（52）与右后输出轴（51）通过所述后驱动电机（56）的驱动实现同步转动，所述右链条组件（60）同侧的底座（25）内安装有右链条调节机构（58），所述右链条组件（60）通过右链条调节机构（58）实现张紧。

9.根据权利要求1所述具有移动给水功能的机械手，其特征在于：所述摆臂模块动力源包括摆臂电机（55）、蜗轮蜗杆减速器组件（63）、同步带轮机构（62）及摆臂输出轴（64），所述摆臂电机（55）、蜗轮蜗杆减速器组件（63）及同步带轮机构（62）分别安装于底座（25）内，所述摆臂输出轴（64）的两端分别与底座（25）的左右两侧转动连接，且所述摆臂输出轴（64）的两端分别由底座（25）的左右两侧伸出，并分别与两侧的摆臂模块相连；所述摆臂电机（55）的输出端与蜗轮蜗杆减速器组件（63）的输入端连接，所述蜗轮蜗杆减速器组件（63）的输出端与摆臂输出轴（64）相连，进而通过所述摆臂电机（55）驱动两侧摆臂模块的同步转动；所述同步带轮机构（62）的输入端通过顶丝与摆臂输出轴（64）实现连动，所述同步带轮机构（62）的输出端连接有电位计，所述摆臂输出轴（64）在转动的同时带动电位计转动，实现对所述摆臂模块转动圈数及位置的计数。

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