CN204997686U - 一种小型水下液压机械手腕部二级回转机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型的目的在于提供一种小型水下液压机械手腕部二级回转机构，其组成主要包括机械臂外壳、一级驱动液压缸组件、直线回转运动转换组件、角度速度传感器、二级驱动液压缸组件、外壳组件以及密封组件等；一级驱动液压缸组件与直线回转运动转换组件连接，安装在机构后端提供手腕回转运动；传感器安装在直线回转运动转换组件前端运动输出轴上，同时输出轴通过联轴器同二级驱动液压缸组件尾部连接，二级驱动组件安装在机构前端提供直线驱动力；传感器信号线缆从机械臂内部穿过，并通过尾部硫化胶端盖导出；机械臂内部空间可进行充油密封，提高工作环境深度。本实用新型能实现360度连续回转并能对回转角度以及角加速度检测。

Description

一种小型水下液压机械手腕部二级回转机构

技术领域

本实用新型涉及的是一种水下机器人，具体地说是手腕部机器人。

背景技术

近些年来,机器人技术发展十分迅速,机器人在工业、农业、服务、医疗、军事等领域获得了广泛应用。机械手是机器人技术的重要分支,可以完成各种预期任务。机械手按其驱动方式可分为电驱动、气动、液压驱动。液压驱动机械手具有运动平稳、负载能力大、快速性好、可实现无级变速等优点，广泛应用于水下作业等重载作业场合。机械手腕部是机械手的关键部件,其灵活性、准确性很大程度上决定了机械手的灵活性、准确性。因此设计体积小,灵活性好的机械手腕部具有十分重要意义。

目前公开的机械手手腕结构有许多种,而当前适用于液压机械手的腕部结构大多采用液压马达和液压缸直接连接，是的其体积庞大，影响机械手灵活性，不适用于小型水下液压机械手。如中国专利申请号为200910071579.X的一种液压驱动机械手腕部结构，使用摆线马达和液压缸直接连接使用，能实现手腕的360度连续回转，但其结构相对较大，不适用于小型水下液压机械手使用；如中国专利申请号为2014106411657的小型水下液压机械手二级驱动关节，其结构紧凑，体积小重量轻，能为小型液压机械手提供灵活的腕部回转运动，但其回转角度只能实现180度回转。

发明内容

本实用新型的目的在于提供能实现360度连续回转并能对回转角度以及角加速度检测的一种小型水下液压机械手腕部二级回转机构。

本实用新型的目的是这样实现的：

本实用新型一种小型水下液压机械手腕部二级回转机构，其特征是：包括机械臂外壳、一级驱动液压缸组件、直线回转运动转换组件、二级驱动液压缸组件；

所述机械臂外壳包括前端外壳、中部外壳和后端外壳，前端外壳、中部外壳、后端外壳依次相连；

所述一级驱动液压缸组件包括驱动缸筒、输出轴C、液压缸缸头B，驱动缸筒为中空结构，液压缸缸头B安装在驱动缸筒的出口端处，驱动缸筒的入口端设置液压油通道，输出轴C设置在驱动缸筒里，输出轴C上设置与驱动缸筒内壁相接触的凸起部分，凸起部分与液压缸缸头B之间形成移动通道，凸起部分与驱动缸筒入口端之间形成与液压油通道相通的油腔；

所述直线回转运动转换组件包括输出轴B、丝杠螺母、螺母连接件，位于后端外壳里的输出轴B上设置有螺纹，丝杠螺母安装在输出轴B的螺纹上，螺母连接件与丝杠螺母固连，输出轴C连接螺母连接件；

所述二级驱动液压缸组件包括输出轴A、缸筒A，缸筒A安装在前端外壳里，缸筒A的两端均为封闭结构，输出轴A安装在缸筒A里，设置有螺纹的输出轴A的端部伸出至缸筒A外，输出轴A上设置与缸筒A内壁相接触的凸出部分，凸出部分与缸筒A的两端分别形成第一液压腔和第二液压腔，前端外壳上分别设置具有液压油路的第一连接头和第二连接头，第一连接头的液压油路连通第一液压腔，第二连接头的液压油路连通第二液压腔，缸筒A的一端通过联轴器连接输出轴B。

本实用新型还可以包括:

1、还包括角速度传感器，角速度传感器包括传感器定子和传感器转子，传感器定子固定在中部外壳内壁上，传感器转子为与传感器定子里并安装在输出轴B外部。

2、中部外壳上设置用于充油密封的充油口，充油口上安装堵头。

本实用新型的优势在于：

1、本实用新型将机械手腕关节运动与手爪的直线驱动集成在一个机械臂内部，使机械臂结构紧凑、体积小、重量轻，有利于机械手的小型化设计。

2、本实用新型通过滚珠丝杠螺母副将液压缸直线运动转换成回转运动，可以使手腕做360度回转，满足机械手连续回转运动作业要求。

3、本实用新型机械臂内部可进行充油密封，可适当提高机械臂的工作水深。

4、本实用新型内置传感器于机械臂空腔内部，用以检测手腕回转的角度以及角速度，同时可以使机械手手腕精确定位。

附图说明

图1为本实用新型的剖面图；

图2为一级驱动液压缸组件剖面图；

图3a为传感器外壳剖视图，图3b为传感器外壳立体图；

图4a为前端外壳剖视图，图4b为前端外壳立体图；

图5a为后端外壳剖视图，图5b为后端外壳立体图；

图6a为丝杠螺母剖视图，图6b为丝杠螺母立体图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本实用新型做更详细地描述：

结合图1～6b，本实用新型包括的部件有：输出轴A1、液压缸缸头A2、格莱圈3、滑动轴承A4、铜套A5、连接头6、缸筒A7、前端外壳8、滚珠轴承A9、联轴器10、传感器定子11、传感器转子12、滑动轴承B13、传感器外壳14、输出轴B15、丝杠螺母16、螺母连接件17、后端外壳18、后端盖19、信号线20、滑动轴承C21、焊接堵件22、驱动缸筒23、橡胶导向环B24、液压缸缸头B25、导向橡胶26、铜套B27、格莱圈端盖B28、输出轴C29、螺母30、安装轴肩31、卡簧32、堵头33、短轴肩34、导向环A35、O型密封圈36、格莱圈端盖A(37)。

如图1所示，本实用新型主要由机械臂外壳、一级驱动液压缸组件、直线回转运动转换组件、角度速度传感器、二级驱动液压缸组件、外壳组件以及密封组件等组成。一级驱动液压缸组件安装在机械臂的后端外壳18内部，利用螺母连接件17与直线回转运动转换组件的丝杠螺母16连接，直线回转运动转换组件的回转运动输出轴15前端安装角度速度传感器，其整体密封在传感器外壳14内部；输出轴B15通过联轴器10与二级驱动液压缸组件的缸筒7尾部连接，二级组件整体密封在前端外壳8内部，由于其自身在转换组件的带动下进行360度连续回转用以提供手腕运动，所以二级组件的缸筒7与前端外壳8之间采用双重格莱圈动密封，二级组件的输出轴A1同时提供指爪的直线驱动力矩，指爪未画出。

如图2所示，所述的一级驱动液压缸组件通过前后两个滑动轴承C21安装固定在后端外壳18上，后端的驱动缸筒23与后端盖19之间过盈配合，并采用格莱圈密封，后端盖19与后端外壳18之间O型密封圈静密封，后端盖19通孔走传感器信号线20并通过硫化胶密封；组件通过驱动缸筒23内部油路将进出油口安排在机械臂后端，液压缸的输出轴C29通过螺母30以及螺母连接件17连接直线回转运动组件，驱动缸筒23以及液压缸缸头B25与输出轴C通过格莱圈直线动密封以及导向环24导向，采用铜套B27和格莱圈端盖B28固定，液压缸的输出轴C29后部与驱动缸筒23之间采用格莱圈直线动密封，同时前后通过橡胶导向环B24导向。

如图1所示，直线回转运动转换组件主要功能将一级驱动液压缸组件的直线运动转换成回转运动，实现机械臂手腕回转，主要通过滚珠丝杠螺母副实现；输出轴B15通过滚珠轴承和滑动轴承B13支撑安装固定在传感器外壳14上。同时输出轴B15前端安装传感器用以检测手腕回转的角度，同时也可以得到转动的角速度，传感器转子12通过卡簧32和安装轴肩31定位，传感器定子11与传感器外壳14过盈配合安装固定；输出轴B15前端通过联轴器10与二级驱动液压缸组件的缸筒7连接；整个机械臂内部可通过堵头33处的孔进行充油密封，可适当提高机构的工作环境深度。

如图1所示，所述的二级驱动液压缸组件通过前后的滑动轴承A4和滚珠轴承A9安装固定在前端外壳8内部，液压缸进出油通过前端外壳8油路上的连接头6与外界油管连接，连接头6同前端外壳8采用1/8NPT的锥螺纹连接；二级组件可以进行360度连续回转，在液压缸缸筒A7与前端外壳8之间油路的动密封采用格莱圈双重密封；同时二级组件的内部组成方式与一级液压缸组件的组成以及密封方式类似，二级组件的输出轴A1与指爪连接指爪未画出，提供其所需的直线驱动力矩。

如图1、图3a，图3b、图4a，图4b、图5a，图5b所示，前端外壳8、传感器外壳14、后端外壳18之间通过螺栓连接，而且相互之间通过O型密封圈端面静密封。

这种实施方式的工作原理为：

二级回转机构通过驱动缸筒23尾部的进出油口通入液压介质驱动一级液压缸组件的输出轴C29进行直线往复运动，直线回转运动转换组件将输出轴C29的直线往复运动转换成回转运动并通过输出轴B15和联轴器10将回转运动传递到一级液压缸组件；一级液压缸组件通过与连接头6连接的液压油管中的液压介质驱动出输出轴A1直线往复运动，输出轴A1与指爪连接指爪未画出，提供其所需的直线驱动力矩，液压缸缸筒A7与前端外壳8之间油路的动密封采用格莱圈双重密封，防止液压油外泄漏；堵头33处的孔进行充油密封，可适当提高机构的工作环境深度。

本实用新型组成主要包括机械臂外壳、一级驱动液压缸组件、直线回转运动转换组件、角度速度传感器、二级驱动液压缸组件、外壳组件以及密封组件等；一级驱动液压缸组件安装在机械臂后端，并在其直线运动输出轴上通过连接件与直线回转运动转换组件，经直线运动转换成手腕的回转运动；传感器安装在直线回转运动转换组件的输出轴上，其信号线通过机械臂内部走线并通过后端盖硫化胶密封的通孔与外界连接；二级驱动液压缸组件的输出轴与指爪连接指爪未画出，提供其所需的直线驱动力矩，二级组件与直线回转运动转换组件的输出轴通过联轴器连接，组件整体可带动指爪进行手腕回转运动。

一级驱动液压缸组件安装在机械臂后端外壳内部，其通过螺母连接件与直线回转运动转换组件连接，将一级驱动液压缸组件的直线运动转换成回转运动；二级驱动液压缸组件与直线回转运动转换组件通过联轴器连接，其自身整体在直线回转运动转换组件的带动下能实现360度连续旋转，并提供直线驱动力。

一级驱动液压缸组件、直线回转运动转换组件以及二级驱动液压缸组件通过滑动轴承以及滚动轴承支撑安装在其各自外壳内部，几部分外壳之间通过螺栓连接组成机械臂，在机械臂外壳之间采用O型密封圈静密封，二级驱动液压缸组件与其前端外壳之间有相对运动，其油路的动密封采用双重格莱圈密封；机械臂外壳内部可进行充油密封，可适当提高机械臂的工作水深。

机械臂内部的直线回转运动转换组件的输出轴上安装传感器，用以检测手腕回转的角度，同时也可以得到转动的角速度；其信号线从机械臂内部穿过，通过尾部硫化胶端盖导出。

一种小型水下液压机械手腕部二级回转机构，其组成主要包括机械臂外壳、一级驱动液压缸组件、直线回转运动转换组件、角度速度传感器、二级驱动液压缸组件、外壳组件以及密封组件等；一级驱动液压缸组件安装在机械臂后端外壳内部，其通过螺母连接件17与直线回转运动转换组件连接；直线回转运动转换组件的回转运动输出轴15前端安装角度速度传感器，其整体密封在传感器外壳14内部；输出轴15前端通过联轴器10与二级驱动液压缸组件的缸筒7连接，二级驱动液压缸组件及其油路整体安装密封在前端外壳8内部，其自身能360度连续旋转，并提供直线驱动力。

一级驱动液压缸组件整体通过前后两个支撑滑动轴承21安装固定在后端外壳18上，并采用格莱圈3以及O型密封圈36密封，后端盖19通孔走传感器信号线20并通过硫化胶密封；组件通过驱动缸筒23内部油路将进出油口安排在机械臂后端，液压缸输出轴29通过螺母30以及螺母连接件17连接直线回转运动组件，驱动缸筒23以及液压缸缸头25与输出轴29通过格莱圈直线动密封以及导向环24导向。

直线回转运动转换组件将一级驱动液压缸组件的直线运动转换成回转运动，实现机械臂手腕回转；转换组件主要由滚珠丝杠螺母副组成，其输出轴15通过滚珠轴承和滑动轴承13支撑安装固定在传感器外壳14。

角度速度传感器用以检测手腕回转的角度，同时也可以得到转动的角速度；传感器安装在输出轴15上，传感器转子12通过卡簧32和安装轴肩31定位，传感器定子11与传感器外壳14过盈配合安装；输出轴15前端通过联轴器10与二级驱动液压缸组件的缸筒7连接；整个机械臂内部可通过堵头33处的孔进行充油密封，可适当提高机构的工作环境深度。

二级驱动液压缸组件整体通过前后的滑动轴承4和滚珠轴承9安装固定在前端外壳8内部，液压缸进出油通过前端外壳8油路上的连接头6与外界油管连接，连接头6同前端外壳8采用1/8NPT的锥螺纹连接；二级组件可以进行360度连续回转，所以外壳8与缸筒7之间油路的动密封采用格莱圈双重密封；二级液压缸组件内部与一级液压缸组件的组成以及密封方式类似，二级组件的输出轴1与指爪连接指爪未画出，提供其所需的直线驱动力矩。

外壳组件之间通过螺栓连接，机构密封组件主要由格莱圈动密封以及O型密封圈静密封组成。

Claims (3)

1.一种小型水下液压机械手腕部二级回转机构，其特征是：包括机械臂外壳、一级驱动液压缸组件、直线回转运动转换组件、二级驱动液压缸组件；

所述机械臂外壳包括前端外壳、中部外壳和后端外壳，前端外壳、中部外壳、后端外壳依次相连；

所述一级驱动液压缸组件包括驱动缸筒、输出轴C、液压缸缸头B，驱动缸筒为中空结构，液压缸缸头B安装在驱动缸筒的出口端处，驱动缸筒的入口端设置液压油通道，输出轴C设置在驱动缸筒里，输出轴C上设置与驱动缸筒内壁相接触的凸起部分，凸起部分与液压缸缸头B之间形成移动通道，凸起部分与驱动缸筒入口端之间形成与液压油通道相通的油腔；

所述直线回转运动转换组件包括输出轴B、丝杠螺母、螺母连接件，位于后端外壳里的输出轴B上设置有螺纹，丝杠螺母安装在输出轴B的螺纹上，螺母连接件与丝杠螺母固连，输出轴C连接螺母连接件；

所述二级驱动液压缸组件包括输出轴A、缸筒A，缸筒A安装在前端外壳里，缸筒A的两端均为封闭结构，输出轴A安装在缸筒A里，设置有螺纹的输出轴A的端部伸出至缸筒A外，输出轴A上设置与缸筒A内壁相接触的凸出部分，凸出部分与缸筒A的两端分别形成第一液压腔和第二液压腔，前端外壳上分别设置具有液压油路的第一连接头和第二连接头，第一连接头的液压油路连通第一液压腔，第二连接头的液压油路连通第二液压腔，缸筒A的一端通过联轴器连接输出轴B。

2.根据权利要求1所述的一种小型水下液压机械手腕部二级回转机构，其特征是：还包括角速度传感器，角速度传感器包括传感器定子和传感器转子，传感器定子固定在中部外壳内壁上，传感器转子为与传感器定子里并安装在输出轴B外部。

3.根据权利要求1或2所述的一种小型水下液压机械手腕部二级回转机构，其特征是：中部外壳上设置用于充油密封的充油口，充油口上安装堵头。