CN219275838U - 一种危险狭窄空间探测机械臂 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种危险狭窄空间探测机械臂，属于工业自动化机械领域。解决了现有的探测装置不能进行多自由度的探测的问题。它包括移动关节、旋转关节、初级俯仰关节、次级俯仰关节、三级俯仰关节、末端旋转关节、末端探测臂体以及探测接口，旋转关节的首端与移动关节的末端连接，初级俯仰关节的首端与旋转关节的末端连接，次级俯仰关节的首端与初级俯仰关节的末端连接，三级俯仰关节的首端与次级俯仰关节的末端连接，末端旋转关节的首端与三级俯仰关节的末端连接，末端探测臂体的首端与末端旋转关节的末端连接，探测接口安装在末端探测臂体的末端。它主要用于工业环境的检测。

Description

一种危险狭窄空间探测机械臂

技术领域

本实用新型属于工业自动化机械领域，特别是涉及一种危险狭窄空间探测机械臂。

背景技术

核环境对人体的伤害是致命的,然而人类对能源的巨大需求又不得不依靠核能发电来满足,发展核环境远程操控机器人技术是解决危险环境的作业和紧急事故处理的技术难题关键。

故而需要针对此类特殊危险狭窄区域设计专用的的探测机器臂来侦查现场的实际情况，然后再制定处理方案和实施方案，在面对这种复杂危险的工况时，情况往往很艰巨，现有的国内外机器人机械臂主要用于自动化生产、地面探测等，这种机械臂的设计要么比较复杂，制造成本较高、加工难度较大；要么设计比较简单，功能比较单一，故障处理能力不强，无法完成探测任务；要么设计比较合理但只适合完成地面的探测任务，不适合核环境下的辐射探测。因为核环境中的地面入口尺寸较小，这就要求机械臂具有较小的横截面积，且又因为要完成探测任务，末端需要携带负载较大的探测设备，这就要求机械臂具有很强的负载能力，并且还不能进行多自由度的进行探测，为了满足危险狭窄空间的探测任务要求，有必要针对这一特殊工况设计一种新型的机械臂完成探测任务。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种危险狭窄空间探测机械臂,以解决现有的探测装置不能进行多自由度的探测的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种危险狭窄空间探测机械臂，包括移动关节、旋转关节、初级俯仰关节、次级俯仰关节、三级俯仰关节、末端旋转关节、末端探测臂体以及探测接口，所述旋转关节的首端与移动关节的末端连接，所述初级俯仰关节的首端与旋转关节的末端连接，所述次级俯仰关节的首端与初级俯仰关节的末端连接，所述三级俯仰关节的首端与次级俯仰关节的末端连接，所述末端旋转关节的首端与三级俯仰关节的末端连接，所述末端探测臂体的首端与末端旋转关节的末端连接，所述探测接口安装在末端探测臂体的末端。

更进一步的，所述移动关节包括基座、滑台底座、滑台、第一电机调速检测装置、基座盖、移动臂体以及丝杠，所述滑台底座安装在基座的内部下端，所述基座盖安装在基座的上端，所述滑台安装在滑台底座上，所述滑台与丝杠螺纹连接，所述移动臂体与滑台连接，所述移动臂体滑动安装在基座盖上，所述丝杠通过第一联轴器与第一电机调速检测装置连接。

更进一步的，所述丝杠两侧均设置有光杆，所述滑台通过光杆滑动安装在滑台底座上。

更进一步的，所述旋转关节包括转轴、第二电机调速检测装置、旋转关节臂体盖以及旋转关节臂体壳，所述旋转关节臂体盖安装在旋转关节臂体壳的首端，所述转轴的一端与旋转关节臂体壳连接，所述转轴的另一端通过第二联轴器与第二电机调速检测装置，所述第二电机调速检测装置安装在移动臂体内。

更进一步的，所述转轴通过滚动轴承与旋转关节臂体盖连接，所述滚动轴承外安装有轴承端盖，所述轴承端盖安装在旋转关节臂体盖上。

更进一步的，所述旋转关节与级俯仰关节、初级俯仰关节与次级俯仰关节以及次级俯仰关节与三级俯仰关节均通过连接旋转机构连接，所述连接旋转机构包括输出轴、锥齿轮系、第二电机座、双减速器以及第四电机调速检测装置，所述锥齿轮系包括相互啮合连接的输出齿轮轮轴与输入齿轮轮轴，所述输入齿轮轮轴通过第四联轴器与第四电机调速检测装置连接，所述第四电机调速检测装置与输入齿轮轮轴之间设置有双减速器，所述第四电机调速检测装置安装在第二电机座上。

更进一步的，所述末端旋转关节包括第三电机调速检测装置、连接旋转轴、末端探测臂体盖、末端探测臂体壳以及第一电机座，所述连接旋转轴通过第三联轴器与第三电机调速检测装置连接，所述连接旋转轴的输出端与末端探测臂体壳连接，所述末端探测臂体盖安装在末端探测臂体壳的末端，所述末端探测臂体盖与末端探测臂体连接，所述第三电机调速检测装置安装在第一电机座上，所述第三电机调速检测装置、第一电机座以及第三联轴器皆位于三级俯仰关节臂体壳内，所述三级俯仰关节臂体壳的末端安装有三级俯仰关节臂体盖，所述三级俯仰关节臂体盖外安装有透盖，所述三级俯仰关节与次级俯仰关节连接端的第四电机调速检测装置与锥齿轮系皆位于三级俯仰关节臂体壳内。

更进一步的，所述第一电机调速检测装置、第二电机调速检测装置、第三电机调速检测装置以及第四电机调速检测装置皆包括电机、减速器和编码器，减速器与电机连接，编码器设置在电机上。

更进一步的，所述基座采用铝合金材料。

更进一步的，所述探测接口安装有γ相机、激光测距仪或者耐辐照摄像探头。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型通过移动关节、旋转关节、初级俯仰关节、次级俯仰关节、三级俯仰关节以及末端旋转关节相互连接，一共具有六个自由度，使机械臂更加灵活，可以控制六个关节到达探测空间区域的任意一点，路径规划计算量小。

2.六个关节独立搭配电机，采用模块化设计，每个关节都设计了动力源、传动机构、减速器以及编码器控制，进而使该机械臂稳定性更高。

3.机械臂可以通过探测到的未知情况通过深度相机进行反馈，便于人员判断风险状况，及时做出风险预案。

4.机械臂的绕线方式是内部中空加外部走线的缠绕方式，这种方式可以减小线缆的旋转半径，避免了线缆过多造成的缠绕，可以增大机械臂的工作空间，同时也可以尽可能地保护内部电机和光电编码器免受辐射的影响，减少机械臂的故障发生率。

5.机械臂极大减少了工作人员的劳动强度，提高了人员处理危险问题时的安全性，并通过计算机控制的特点，提供了更高的精度与探测效率，及时避免危险事故的发生。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型所述的一种危险狭窄空间探测机械臂的整体结构示意图；

图2为本实用新型所述的的移动关节的主视图；

图3为本实用新型所述的移动关节的俯视图；

图4为本实用新型所述的旋转关节的主视图；

图5为本实用新型所述的旋转关节的俯视图；

图6为末端旋转机构的主视图；

图7为末端旋转机构的的俯视图；

图8为俯仰关节运动原理示意图；

图9为旋转关节机械臂体结构示意图；

图10的俯仰关节机械臂体的结构示意图；

图11为末端旋转关节机械臂体的机构示意图；

图12为机械臂接线示意图。

1-移动关节，2-旋转关节，3-初级俯仰关节，4-次级俯仰关节，5-三级俯仰关节，6-末端旋转关节，7-末端探测臂体，8-探测接口，9-滑台底座，10-滑台，11-第一电机调速检测装置，12-基座，13-基座盖，14-移动臂体，15-第一联轴器，16-丝杠，17-光杆，18-转轴，19-第二联轴器，20-第二电机调速检测装置，21-轴承端盖，22-滚动轴承，23-旋转关节臂体盖，24-旋转关节臂体壳，25-第三电机调速检测装置，26-第三联轴器，27-连接旋转轴，28-末端探测臂体盖，29-末端探测臂体壳，30-三级俯仰关节臂体盖，31-透盖，32-三级俯仰关节臂体壳，33-第一电机座，34-输出轴，35-锥齿轮系，36-第四联轴器，37-第二电机座，38-双减速器，39-第四电机调速检测装置。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

参见图1-12说明本实施方式，一种危险狭窄空间探测机械臂，包括移动关节1、旋转关节2、初级俯仰关节3、次级俯仰关节4、三级俯仰关节5、末端旋转关节6、末端探测臂体7以及探测接口8，所述旋转关节2的首端与移动关节1的末端连接，所述初级俯仰关节3的首端与旋转关节2的末端连接，所述次级俯仰关节4的首端与初级俯仰关节3的末端连接，所述三级俯仰关节5的首端与次级俯仰关节4的末端连接，所述末端旋转关节6的首端与三级俯仰关节5的末端连接，所述末端探测臂体7的首端与末端旋转关节6的末端连接，所述探测接口8安装在末端探测臂体7的末端。

通过移动关节1调整探测接口8距离，然后旋转关节2可以使初级俯仰关节3、次级俯仰关节4以及三级俯仰关节5旋转，旋转之后，通过初级俯仰关节3、次级俯仰关节4和三级俯仰关节5可以调整改变工作平面，三个关节协同运动，实现关节的俯仰运动，通过末端旋转关节6可以带动末端探测臂体7以及探测接口8进行旋转，进而该机械臂具备六个自由度，使机械臂更加灵活，可以控制六个关节到达探测空间区域的任意一点，路径规划计算量小。

进一步的，所述移动关节1包括基座12、滑台底座9、滑台10、第一电机调速检测装置11、基座盖13、移动臂体14以及丝杠16，所述滑台底座9安装在基座12的内部下端，所述基座盖13安装在基座12的上端，所述滑台10安装在滑台底座9上，所述滑台10与丝杠16螺纹连接，所述移动臂体14与滑台10连接，所述移动臂体14滑动安装在基座盖13上，所述丝杠16通过第一联轴器15与第一电机调速检测装置11连接，所述丝杠16两侧均设置有光杆17，所述滑台10通过光杆17滑动安装在滑台底座9上。

工作时，第一电机调速检测装置11开始输入动力，降速后经第一联轴器15使丝杠17旋转，然后滑台10在光杆17的配合下进行回转导向运动，进而带动移动臂体14调整探测接口8的距离，滑台10在光杆17的配合下进行回转导向运动，从而使移动臂体14前后运动，能够高效率高精度，完成该关节的移动目的。

进一步的，所述旋转关节2包括转轴18、第二电机调速检测装置20、旋转关节臂体盖23以及旋转关节臂体壳24，所述旋转关节臂体盖23安装在旋转关节臂体壳24的首端，所述转轴18的一端与旋转关节臂体壳24连接，所述转轴18的另一端通过第二联轴器19与第二电机调速检测装置20，所述第二电机调速检测装置20安装在移动臂体14内，所述转轴18通过滚动轴承22与旋转关节臂体盖23连接，所述滚动轴承22外安装有轴承端盖21，所述轴承端盖21安装在旋转关节臂体盖23上。

如图4和图5所示，在旋转关节2工作时，启动第二电机调速检测装置20，配合第二联轴器19将动力传递给转轴18输出转矩，转轴18通过滚动轴承22支撑运转，滚动轴承22通过轴承端盖21进行定位。

其中旋转关节臂体壳24与旋转关节臂体盖23通过螺钉紧密连接，使结构为一体化，达到更为稳定的目的。

进一步的，所述旋转关节2与级俯仰关节3、初级俯仰关节3与次级俯仰关节4以及次级俯仰关节4与三级俯仰关节5均通过连接旋转机构连接，所述连接旋转机构包括输出轴34、锥齿轮系35、第二电机座37、双减速器38以及第四电机调速检测装置39，所述锥齿轮系35包括相互啮合连接的输出齿轮轮轴与输入齿轮轮轴，所述输出齿轮轮轴与输出轴34连接，所述输入齿轮轮轴通过第四联轴器36与第四电机调速检测装置39连接，所述第四电机调速检测装置39与输入齿轮轮轴之间设置有双减速器38，所述第四电机调速检测装置39安装在第二电机座37上。

如图8所示，俯仰关节在工作时，由第四电机调速检测装置39通过第四联轴器36驱动输入齿轮轮轴旋转，然后通过输出齿轮轮轴带动输出轴34转动，从而改变工作平面，然后三个关节协同运作，能够实现关节的空间俯仰运动，由于是连接旋转关节，探测速度不能过高，需要满足一定的运动精度，所以需要设置双减速器38。

进一步的，所述末端旋转关节6包括第三电机调速检测装置25、连接旋转轴27、末端探测臂体盖28、末端探测臂体壳29以及第一电机座33，所述连接旋转轴27通过第三联轴器26与第三电机调速检测装置25连接，所述连接旋转轴27的输出端与末端探测臂体壳29连接，所述末端探测臂体盖28安装在末端探测臂体壳29的末端，所述末端探测臂体盖28与末端探测臂体7连接，所述第三电机调速检测装置25安装在第一电机座33上，所述第三电机调速检测装置25、第一电机座33以及第三联轴器26皆位于三级俯仰关节臂体壳32内，所述三级俯仰关节臂体壳32的末端安装有三级俯仰关节臂体盖30，所述三级俯仰关节臂体盖30外安装有透盖31，所述三级俯仰关节5与次级俯仰关节4连接端的第四电机调速检测装置39与锥齿轮系35皆位于三级俯仰关节臂体壳32内。

末端旋转关节6工作时，第三电机调速检测装置25驱动连接旋转轴27进行低速回转运动，然后通过末端探测臂体7带动探测接头8也随着调整角度和位置。

因此机械臂的绕线方式是内部中空加外部走线的缠绕方式，这种方式可以减小线缆的旋转半径，避免了线缆过多造成的缠绕，可以增大机械臂的工作空间，同时也可以尽可能地保护内部电机和光电编码器免受辐射的影响，减少机械臂的故障发生率。

进一步的，所述第一电机调速检测装置11、第二电机调速检测装置20、第三电机调速检测装置25以及第四电机调速检测装置39皆包括电机、减速器和编码器，减速器与电机连接，编码器设置在电机上。

其中机械臂选取maxon电机配套的编码器，可以准确获得机械臂断电前的位置，机械臂采用内部中空加外部走线的方式，符合机械臂的运用场景(狭窄空间)，方便人工远程机械臂探测工作。

进而该机械臂的六个关节独立搭配电机，采用模块化设计，每个关节都设计了动力源、传动机构、减速器以及编码器控制，进而使该机械臂稳定性更高，同时机械臂极大减少了工作人员的劳动强度，提高了人员处理危险问题时的安全性，并通过计算机控制的特点，提供了更高的精度与探测效率，及时避免危险事故的发生。

进一步的，所述基座12采用7075铝合金材料，结构紧密、耐腐蚀、耐磨效果强，具有良好的机械性能，基座12带动机械臂整体通过安装在接口件上的大螺钉孔和小螺钉孔安装于机器人升降平台装置的底端，方便后续拆卸更换。

进一步的，所述探测接口8安装有γ相机、激光测距仪或者耐辐照摄像探头等捆绑式仪表，用于确定设备室内空间布局、热点分布、残存放射性元素总量等情况，使机械臂可以通过探测到的未知情况通过深度相机进行反馈，便于人员判断风险状况，及时做出风险预案。

以上公开的本实用新型实施例只是用于帮助阐述本实用新型。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。

Claims (10)

1.一种危险狭窄空间探测机械臂，其特征在于：包括移动关节(1)、旋转关节(2)、初级俯仰关节(3)、次级俯仰关节(4)、三级俯仰关节(5)、末端旋转关节(6)、末端探测臂体(7)以及探测接口(8)，所述旋转关节(2)的首端与移动关节(1)的末端连接，所述初级俯仰关节(3)的首端与旋转关节(2)的末端连接，所述次级俯仰关节(4)的首端与初级俯仰关节(3)的末端连接，所述三级俯仰关节(5)的首端与次级俯仰关节(4)的末端连接，所述末端旋转关节(6)的首端与三级俯仰关节(5)的末端连接，所述末端探测臂体(7)的首端与末端旋转关节(6)的末端连接，所述探测接口(8)安装在末端探测臂体(7)的末端。

2.根据权利要求1所述的一种危险狭窄空间探测机械臂，其特征在于：所述移动关节(1)包括基座(12)、滑台底座(9)、滑台(10)、第一电机调速检测装置(11)、基座盖(13)、移动臂体(14)以及丝杠(16)，所述滑台底座(9)安装在基座(12)的内部下端，所述基座盖(13)安装在基座(12)的上端，所述滑台(10)安装在滑台底座(9)上，所述滑台(10)与丝杠(16)螺纹连接，所述移动臂体(14)与滑台(10)连接，所述移动臂体(14)滑动安装在基座盖(13)上，所述丝杠(16)通过第一联轴器(15)与第一电机调速检测装置(11)连接。

3.根据权利要求2所述的一种危险狭窄空间探测机械臂，其特征在于：所述丝杠(16)两侧均设置有光杆(17)，所述滑台(10)通过光杆(17)滑动安装在滑台底座(9)上。

4.根据权利要求2所述的一种危险狭窄空间探测机械臂，其特征在于：所述旋转关节(2)包括转轴(18)、第二电机调速检测装置(20)、旋转关节臂体盖(23)以及旋转关节臂体壳(24)，所述旋转关节臂体盖(23)安装在旋转关节臂体壳(24)的首端，所述转轴(18)的一端与旋转关节臂体壳(24)连接，所述转轴(18)的另一端通过第二联轴器(19)与第二电机调速检测装置(20)，所述第二电机调速检测装置(20)安装在移动臂体(14)内。

5.根据权利要求4所述的一种危险狭窄空间探测机械臂，其特征在于：所述转轴(18)通过滚动轴承(22)与旋转关节臂体盖(23)连接，所述滚动轴承(22)外安装有轴承端盖(21)，所述轴承端盖(21)安装在旋转关节臂体盖(23)上。

6.根据权利要求4所述的一种危险狭窄空间探测机械臂，其特征在于：所述旋转关节(2)与级俯仰关节(3)、初级俯仰关节(3)与次级俯仰关节(4)以及次级俯仰关节(4)与三级俯仰关节(5)均通过连接旋转机构连接，所述连接旋转机构包括输出轴(34)、锥齿轮系(35)、第二电机座(37)、双减速器(38)以及第四电机调速检测装置(39)，所述锥齿轮系(35)包括相互啮合连接的输出齿轮轮轴与输入齿轮轮轴，所述输出齿轮轮轴与输出轴(34)连接，所述输入齿轮轮轴通过第四联轴器(36)与第四电机调速检测装置(39)连接，所述第四电机调速检测装置(39)与输入齿轮轮轴之间设置有双减速器(38)，所述第四电机调速检测装置(39)安装在第二电机座(37)上。

7.根据权利要求6所述的一种危险狭窄空间探测机械臂，其特征在于：所述末端旋转关节(6)包括第三电机调速检测装置(25)、连接旋转轴(27)、末端探测臂体盖(28)、末端探测臂体壳(29)以及第一电机座(33)，所述连接旋转轴(27)通过第三联轴器(26)与第三电机调速检测装置(25)连接，所述连接旋转轴(27)的输出端与末端探测臂体壳(29)连接，所述末端探测臂体盖(28)安装在末端探测臂体壳(29)的末端，所述末端探测臂体盖(28)与末端探测臂体(7)连接，所述第三电机调速检测装置(25)安装在第一电机座(33)上，所述第三电机调速检测装置(25)、第一电机座(33)以及第三联轴器(26)皆位于三级俯仰关节臂体壳(32)内，所述三级俯仰关节臂体壳(32)的末端安装有三级俯仰关节臂体盖(30)，所述三级俯仰关节臂体盖(30)外安装有透盖(31)，所述三级俯仰关节(5)与次级俯仰关节(4)连接端的第四电机调速检测装置(39)与锥齿轮系(35)皆位于三级俯仰关节臂体壳(32)内。

8.根据权利要求2、4、6或7中任意一项所述的一种危险狭窄空间探测机械臂，其特征在于：所述第一电机调速检测装置(11)、第二电机调速检测装置(20)、第三电机调速检测装置(25)以及第四电机调速检测装置(39)皆包括电机、减速器和编码器，减速器与电机连接，编码器设置在电机上。

9.根据权利要求2所述的一种危险狭窄空间探测机械臂，其特征在于：所述基座(12)采用铝合金材料。

10.根据权利要求1所述的一种危险狭窄空间探测机械臂，其特征在于：所述探测接口(8)安装有γ相机、激光测距仪或者耐辐照摄像探头。

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