CN216729997U - 用于高温高压环境模拟舱小卡箍的多自由度机械臂 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了的用于高温高压环境模拟舱小卡箍的多自由度机械臂，包括两根安装柱，两根安装柱上机械手，机械手上设置有第一转动装置、第二转动装置、第三伺服电机和驱动装置；第一转动装置用于实现第一关节臂相对于第二关节臂在XOZ轴平面上角度调整，在装配卡箍的过程中，可以用于抵消Z方向上的偏移误差；第二转动装置用于实现第二关节臂相对于第三关节臂在XOY轴平面上角度调整，可以用于抵消Y方向上的偏移误差；第三伺服电机实现了卡箍的转动，用于抵消螺纹连接的误差，卡箍保持水平；驱动装置实现了卡箍在X轴方向的位移；本方案中的多自由度机械臂相对于一维伸缩的机械手，可以允许卡箍装配处的误差偏移和进行自我调节，实现卡箍的精准装配。

Description

用于高温高压环境模拟舱小卡箍的多自由度机械臂

技术领域

本实用新型涉及岩芯勘探设备技术领域，特别涉及用于高温高压环境模拟舱小卡箍的多自由度机械臂。

背景技术

深部岩石的原位力学行为与其原位应力环境关系密切，当前研究探索都是用深钻获取“普通岩芯”，其在钻取和运移等过程中释放了压力、温度、孔隙水等成分，已严重失真。为了开展深部工程科学规律研究，理想的方法是采用真实赋存环境下原“质”原“位”的岩芯进行试验测试，为构建深部岩体力学新理论提供坚实基础。

目前，尚未有能够获取深部原位保真岩芯的手段，为了研制深部原位环境保真取芯的技术手段和仪器设备，在实验室内设计了保真取芯能力率定平台，主要包括率定环境模拟舱和保真取芯器两部分，进而实现岩体深部原位环境重构模拟和保真取芯器的校正测试。

保真取芯率定平台整体结构复杂，组件和附属设施庞大。因此需要设计深部原位保真率定平台自动装配系统对组件进行装配；在自动装配过程中，会使用机械手将卡箍装配在模拟舱的连接处，实现模拟舱的密封连接，而现有技术中的机械手一般都是采用一维伸缩的机械手，但是当卡箍装配位置出现误差偏移，而一维伸缩机械手只能实现一个方向的位置的调节，导致卡箍无法装配。

实用新型内容

针对上述现有技术的不足，本实用新型提供用于高温高压环境模拟舱小卡箍的多自由度机械臂，解决现有的一维伸缩机械手运用在保真取芯率定平台中装配卡箍，因无法进行多维度的调节位置而导致卡箍无法装配的问题。

为了达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案如下：

提供了用于高温高压环境模拟舱小卡箍的多自由度机械臂，其包括两根竖直间隔设置的安装柱，两根安装柱的相对的内侧面上对称设置有两只机械手；

每只机械手均包括第一关节臂、第二关节臂和第三关节臂；

第一关节臂的头端设置有卡箍，尾端设置有第一阶梯连接头；

第二关节臂的头端设置有第二阶梯头端连接头，第一阶梯连接头的背面与第二阶梯头端连接头的正面部分重合，第一阶梯连接头与第二阶梯头端连接头之间设置有用于实现第一关节臂相对于第二关节臂在XOZ轴平面上角度调整的第一转动装置；

第二关节臂的尾端设置有第二阶梯尾端连接头；第三关节臂的头端设置有第三阶梯头端连接头；第二阶梯尾端连接头的底面和第三阶梯头端连接头的顶面部分重合，第二阶梯尾端连接头和第三阶梯头端连接头之间设置有用于实现第二关节臂相对于第三关节臂在XOY轴平面上角度调整的第二转动装置；

第三关节臂的尾端上设置有用于驱动其沿X轴轴向位移的驱动装置，第三关节臂的尾端通过驱动装置与安装柱固定连接。

进一步地，第一转动装置包括设置于第一关节臂正面的第一伺服电机，第一伺服电机的输出端上水平设置有第一传动轴，第一传动轴的一端穿过第一阶梯连接头和第二阶梯头端连接头，第一传动轴均与第一阶梯连接头和第二阶梯头端连接头间隙连接，第一传动轴中部套有第一主动齿轮，第一主动齿轮位于第一阶梯连接头与第二阶梯头端连接头之间，第二阶梯头端连接头的正面上固定设置有一个与第一主动齿轮啮合的第一从动齿轮。

进一步地，第二转动装置包括设置于第二关节臂底面的第二伺服电机，第二伺服电机的输出端上竖直设置有第二传动轴，第二传动轴的一端穿过第二阶梯尾端连接头和第三阶梯头端连接头，第二传动轴均与第二阶梯尾端连接头和第三阶梯头端连接头间隙连接，第而传动轴中部套有第二主动齿轮，第二主动齿轮位于第二阶梯尾端连接头和第三阶梯头端连接头之间，第三阶梯头端连接头的底面上固定设置有一个与第二主动齿轮啮合的第二从动齿轮。

进一步地，第一关节臂的头端上设置有第三伺服电机，第三伺服电机的输出端上设置有螺纹杆，螺纹管的自由端卡箍的外壁螺纹连接。

进一步地，驱动装置包括多根导向杆和固定在安装柱上的旋转电机，旋转电机的输出端上设置有一根丝杆，丝杆的自由端部分位于第三关节臂的尾端内且与其螺纹连接；多个导向杆的一端均部分位于第三关节臂的尾端内且与其滑动连接，另一端与安装柱固定连接。

本实用新型的有益效果为：本方案中的用于高温高压环境模拟舱小卡箍的多自由度机械臂，第一转动装置用于实现第一关节臂相对于第二关节臂在XOZ轴平面上角度调整，在装配卡箍的过程中，可以用于抵消Z方向上的偏移误差；第二转动装置用于实现第二关节臂相对于第三关节臂在XOY轴平面上角度调整，可以用于抵消Y方向上的偏移误差；第三伺服电机实现了卡箍的转动，用于抵消螺纹连接的误差，卡箍保持水平；驱动装置实现了卡箍在X轴方向的位移；本方案中的多自由度机械臂相对于一维伸缩的机械手，可以允许卡箍装配处的误差偏移和进行自我调节，实现卡箍的精准装配。

附图说明

图1为用于高温高压环境模拟舱小卡箍的多自由度机械臂的俯视结构示意图。

图2为机械手的放大结构示意图。

图3为驱动装置的安装结构示意图。

图4为为第二转动装置的正视结构示意图。

图5为卡箍的三维结构示意图。

其中，1、安装柱；2、机械手；3、第一关节臂；4、第二关节臂；5、第三关节臂；6、卡箍；7、第一阶梯连接头；8、第二阶梯头端连接头；9、第二阶梯尾端连接头；10、第三阶梯头端连接头；11、第一伺服电机；12、第一传动轴；13、第一主动齿轮；14、第一从动齿轮；15、第二伺服电机；16、第二传动轴；17、第二主动齿轮；18、第二从动齿轮；19、第三伺服电机；20、螺纹杆；21、旋转电机；22、丝杆；23、导向杆。

具体实施方式

下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的发明创造均在保护之列。

如图1～图5所示，本实用新型提供了用于高温高压环境模拟舱小卡箍的多自由度机械臂，其包括两根竖直间隔设置的安装柱1，两根安装柱1的相对的内侧面上对称设置有两只机械手2；每只机械手2均包括第一关节臂3、第二关节臂4和第三关节臂5。

具体地，第一关节臂3的头端设置有卡箍6，尾端设置有第一阶梯连接头7；第二关节臂4的头端设置有第二阶梯头端连接头8，第一阶梯连接头7的背面与第二阶梯头端连接头8的正面部分重合，第一阶梯连接头7与第二阶梯头端连接头8之间设置有用于实现第一关节臂3相对于第二关节臂4在XOZ轴平面上角度调整的第一转动装置。第一转动装置用于实现第一关节臂3相对于第二关节臂4在XOZ轴平面上角度调整，在装配卡箍6的过程中，可以用于抵消Z方向上的偏移误差。

作为第一转动装置的一种具体实施方式，第一转动装置包括设置于第一关节臂3正面的第一伺服电机11，第一伺服电机11的输出端上水平设置有第一传动轴12，第一传动轴12的一端穿过第一阶梯连接头7和第二阶梯头端连接头8，第一传动轴12均与第一阶梯连接头7和第二阶梯头端连接头8间隙连接，第一传动轴12中部套有第一主动齿轮13，第一主动齿轮13位于第一阶梯连接头7与第二阶梯头端连接头8之间，第二阶梯头端连接头8的正面上固定设置有一个与第一主动齿轮13啮合的第一从动齿轮14。在需要调整第一关节臂3和第二关节臂4之间的角度时，第一伺服电机11通过第一传动轴12带动第一主动齿轮13，转动的第一主动齿轮13与第一从动齿轮14啮合，而第一从动齿轮14是固定在第二阶梯头端连接头8的正面上不转动的，进而实现第一关节臂3绕第一传动轴12转动，实现第一关节臂3相对于第二关节臂4在XOZ轴平面上角度调整。

第二关节臂4的尾端设置有第二阶梯尾端连接头9；第三关节臂5的头端设置有第三阶梯头端连接头10；第二阶梯尾端连接头9的底面和第三阶梯头端连接头10的顶面部分重合，第二阶梯尾端连接头9和第三阶梯头端连接头10之间设置有用于实现第二关节臂4相对于第三关节臂5在XOY轴平面上角度调整的第二转动装置；第二转动装置用于实现第二关节臂4相对于第三关节臂5在XOY轴平面上角度调整，可以用于抵消Y方向上的偏移误差。

作为第二转动装置的一种具体实施方式，第二转动装置包括设置于第二关节臂4底面的第二伺服电机15，第二伺服电机15的输出端上竖直设置有第二传动轴16，第二传动轴16的一端穿过第二阶梯尾端连接头9和第三阶梯头端连接头10，第二传动轴16均与第二阶梯尾端连接头9和第三阶梯头端连接头10间隙连接，第而传动轴中部套有第二主动齿轮17，第二主动齿轮17位于第二阶梯尾端连接头9和第三阶梯头端连接头10之间，第三阶梯头端连接头10的底面上固定设置有一个与第二主动齿轮17啮合的第二从动齿轮18；第二转动装置的传动过程和第一转动装置的过程原理一致，在此不过多赘述。

第一关节臂3的头端上设置有第三伺服电机19，第三伺服电机19的输出端上设置有螺纹杆20，螺纹管的自由端卡箍6的外壁螺纹连接；第三伺服电机19实现了卡箍6的转动，用于抵消螺纹连接的误差，卡箍6保持水平。

第三关节臂5的尾端上设置有用于驱动其沿X轴轴向位移的驱动装置，第三关节臂5的尾端通过驱动装置与安装柱1固定连接。驱动装置实现了卡箍6在X轴方向的位移，实现了卡箍6的装配。

作为驱动装置的优选方式，驱动装置包括多根导向杆23和固定在安装柱1上的旋转电机21，旋转电机21的输出端上设置有一根丝杆22，丝杆22的自由端部分位于第三关节臂5的尾端内且与其螺纹连接；多个导向杆23的一端均部分位于第三关节臂5的尾端内且与其滑动连接，另一端与安装柱1固定连接。

综上，本方案中的多自由度机械臂相对于一维伸缩的机械手2，可以允许卡箍6装配处的误差偏移和进行自我调节，实现卡箍6的精准装配。

Claims (5)

1.用于高温高压环境模拟舱小卡箍的多自由度机械臂，其特征在于，包括两根竖直间隔设置的安装柱，两根安装柱的相对的内侧面上对称设置有两只机械手；

每只所述机械手均包括第一关节臂、第二关节臂和第三关节臂；

所述第一关节臂的头端设置有卡箍，尾端设置有第一阶梯连接头；

所述第二关节臂的头端设置有第二阶梯头端连接头，所述第一阶梯连接头的背面与第二阶梯头端连接头的正面部分重合，第一阶梯连接头与第二阶梯头端连接头之间设置有用于实现第一关节臂相对于第二关节臂在XOZ轴平面上角度调整的第一转动装置；

第二关节臂的尾端设置有第二阶梯尾端连接头；第三关节臂的头端设置有第三阶梯头端连接头；所述第二阶梯尾端连接头的底面和第三阶梯头端连接头的顶面部分重合，第二阶梯尾端连接头和第三阶梯头端连接头之间设置有用于实现第二关节臂相对于第三关节臂在XOY轴平面上角度调整的第二转动装置；

第三关节臂的尾端上设置有用于驱动其沿X轴轴向位移的驱动装置，第三关节臂的尾端通过驱动装置与安装柱固定连接。

2.根据权利要求1所述的用于高温高压环境模拟舱小卡箍的多自由度机械臂，其特征在于，第一转动装置包括设置于第一关节臂正面的第一伺服电机，所述第一伺服电机的输出端上水平设置有第一传动轴，所述第一传动轴的一端穿过所述第一阶梯连接头和第二阶梯头端连接头，第一传动轴均与第一阶梯连接头和第二阶梯头端连接头间隙连接，第一传动轴中部套有第一主动齿轮，所述第一主动齿轮位于第一阶梯连接头与第二阶梯头端连接头之间，第二阶梯头端连接头的正面上固定设置有一个与所述第一主动齿轮啮合的第一从动齿轮。

3.根据权利要求1所述的用于高温高压环境模拟舱小卡箍的多自由度机械臂，其特征在于，第二转动装置包括设置于所述第二关节臂底面的第二伺服电机，所述第二伺服电机的输出端上竖直设置有第二传动轴，所述第二传动轴的一端穿过所述第二阶梯尾端连接头和第三阶梯头端连接头，第二传动轴均与第二阶梯尾端连接头和第三阶梯头端连接头间隙连接，第而传动轴中部套有第二主动齿轮，所述第二主动齿轮位于第二阶梯尾端连接头和第三阶梯头端连接头之间，第三阶梯头端连接头的底面上固定设置有一个与所述第二主动齿轮啮合的第二从动齿轮。

4.根据权利要求1所述的用于高温高压环境模拟舱小卡箍的多自由度机械臂，其特征在于，所述第一关节臂的头端上设置有第三伺服电机，所述第三伺服电机的输出端上设置有螺纹杆，所述螺纹管的自由端所述卡箍的外壁螺纹连接。

5.根据权利要求4所述的用于高温高压环境模拟舱小卡箍的多自由度机械臂，其特征在于，驱动装置包括多根导向杆和固定在所述安装柱上的旋转电机，所述旋转电机的输出端上设置有一根丝杆，所述丝杆的自由端部分位于所述第三关节臂的尾端内且与其螺纹连接；多个导向杆的一端均部分位于第三关节臂的尾端内且与其滑动连接，另一端与安装柱固定连接。

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