CN221391124U - 基于准双曲面锥齿轮的水下电动机械臂关节 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电动机械臂技术领域，具体公开了一种基于准双曲面锥齿轮的水下电动机械臂关节，包括第一关节壳、第二关节壳、准双曲面齿轮、转轴、连接轴和动力部件；所述准双曲面齿轮设置在所述第一关节壳的内部，包括从动锥齿轮以及啮合连接在其表面的主动锥齿轮；所述转轴固接在所述主动锥齿轮的底端，由所述动力部件驱转；所述连接轴垂直于所述从动锥齿轮的表面设置并与之固接，所述连接轴的一端与所述从动锥齿轮固接，另一端伸出所述第一关节壳并固接于所述第二关节壳。本实用新型结构紧凑，减速比大，可以实现小体积下的大扭矩输出；且具有高的传递效率、高运动控制精度和灵活度。

Description

基于准双曲面锥齿轮的水下电动机械臂关节

技术领域

本实用新型涉及电动机械臂技术领域，具体涉及一种基于准双曲面锥齿轮的水下电动机械臂关节。

背景技术

无人水下机器人是实施水下探测，救援打捞的先进手段。其中机械臂是机器人实施水下操作的执行机构。对于小型机器人而言，其携带机械臂的能力有限，无法使用质量较大的液压驱动型机械臂，因而广泛使用电力驱动的机械臂。对于水下机械臂来说，提高夹取负载能力，减小体积和重量一直是行业追求的目标。

现有水下机械臂多使用水下舵机作为关节驱动装置(如专利CN CN211890919U一种水下机械臂关节舵机密封仓)，该类装置密封复杂，驱动能力较低。或者使用关节模组构成旋转关节(如专利CN211415238U一种水下机械臂关节模组)，该类关节占用空间大，机械臂管无法处于同一轴线上，不利于机械臂在狭小空间的使用。也有以蜗轮蜗杆为机械臂关节的(如专利CN215848289U轻型五自由度水下机械臂)，这类关节可以实现交叉轴传动，但会使得传递效率降低，关节运动间歇增大，不利于机械臂的稳定和精确控制。还有一种方式是使用多级齿轮减速(如专利CN209511071U一种电机减速器)，但是这种结构尺寸大，扭矩传递能力弱。

实用新型内容

针对水下机械臂对轻量化、紧凑性和大扭矩输出的要求，结合上述各个方案的不足，本实用新型提出一种基于准双曲面锥齿轮的水下电动机械臂关节，该结构可以高效的传递交错轴载荷，可显著减小关节尺寸；由于该结构减速比大，刚度高，可大幅提高机械臂扭矩，确保更大的抓取能力。

为达到上述目的，本实用新型采用的具体技术方案如下：

基于准双曲面锥齿轮的水下电动机械臂关节，包括：

第一关节壳；

第二关节壳，其内端与所述第一关节壳的内端转动连接，外端间接连接机械臂执行机构；

准双曲面齿轮，设置在所述第一关节壳的内部，包括从动锥齿轮以及啮合连接在其表面的主动锥齿轮，所述主动锥齿轮与从动锥齿轮的轴线相互垂直；

转轴，固接在所述主动锥齿轮的底端带动其转动；

连接轴，垂直于所述从动锥齿轮的表面设置，一端与所述从动锥齿轮固接，另一端伸出所述第一关节壳并固接于所述第二关节壳。

优选的，所述第一关节壳包括安装有所述准双曲面齿轮的对接部以及设置在所述对接部后下方的第一外接部；所述第一外接部的底部套接第一臂管；所述第二关节壳包括盖置在所述对接部侧部的侧盖部以及设置在所述侧盖部侧上方的第二外接部；所述连接轴由所述对接部的侧部伸出与所述侧盖部固接，所述第二外接部的顶部套接第二臂管；当关节旋转角度为0°时，所述第一臂管和第二臂管的中轴线重合。

优选的，所述转轴的尾部由所述第一外接部底部伸出进入所述第一臂管，所述第一臂管内安装有驱动所述转轴转动的动力部件。

优选的，所述转轴于所述第一臂管内偏心布置，所述动力部件包括套接在所述转轴的从动轮、与所述从动轮并排设置并与其传动连接的主动轮以及设置在所述主动轮后端的输出轴与主动轮固接的电机。

优选的，所述主动轮与从动轮为相互啮合的齿轮，或者为通过同步带连接的带轮。

优选的，所述转轴的前后两端分别安装有一轴承。

优选的，所述第二外接部的底面为曲面，所述曲面的前部与所述对接部的形状契合且两者间隙设置。

本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型是以准双曲面锥齿轮为主减速机构的水下机械臂关节，该减速器体积小，减速比大，可以实现小体积下的大扭矩输出。

2、本实用新型结构简单，只要一级减速既可以同时实现大的减速比和紧凑的空间，传递效率相较于蜗轮蜗杆更高，且齿轮组啮合可调，关节回转侧隙小，运动控制精度更高。

3、本实用新型通过第一关节壳和第二关节壳的对接结构和位置配合设计使得两端臂管能够处于同一轴线，进一步减小机械臂所占空间，便于机械臂在狭小空间的使用。

4、本实用新型减速器输入轴(转轴)为偏心布置，可以偏心布置电机，减小多关节机械臂的中间臂管长度，提高机械臂灵活性。

附图说明

图1：实施例1中基于准双曲面锥齿轮的水下电动机械臂关节的结构示意图。

图2：图1的后视图。

图3：图1的局部爆炸图。

图4：图2中B-B方向的剖面图。

图中：1-第一关节壳，2-第二关节壳，3-主动锥齿轮，4-从动锥齿轮，5-转轴，6-连接轴，7-第一臂管，8-第二臂管，9-动力部件；11-对接部，12-第一外接部，21-侧盖部，22-第二外接部，51-轴承，91-电机；111-壳盖。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行进一步的说明。

实施例1

一种基于准双曲面锥齿轮的水下电动机械臂关节，如图1-2所示，包括第一关节壳1、内端与第一关节壳1的内端转动连接的第二关节壳2；所述第一关节壳1、第二关节壳2的外端分别连接有第一臂管7、第二臂管8。在机械臂中，所述第二臂管8直接或者在连接臂管后与机械臂执行机构连接，在机械臂关节作用下第二臂管8连同机械臂执行机构实现俯仰运动。

如图3-4所示，所述第一关节壳1的内部安装有准双曲面齿轮，所述准双曲面齿轮，包括从动锥齿轮4以及啮合连接在其表面的主动锥齿轮3，所述主动锥齿轮3与从动锥齿轮4的轴线相互垂直。所述主动锥齿轮3的底端固接有一转轴5。所述从动锥齿轮4的表面垂直设有一连接轴6，所述连接轴6一端与所述从动锥齿轮4固接，另一端伸出所述第一关节壳1并固接于所述第二关节壳2。

更加具体的，所述第一关节壳1包括圆柱形的安装有所述准双曲面齿轮的对接部11以及设置在所述对接部11后下方的第一外接部12；所述第一外接部12的底部套接所述的第一臂管7。所述第二关节壳2包括盖置在所述对接部11侧部壳盖111的侧盖部21以及设置在所述侧盖部21侧上方的第二外接部22；所述壳盖111具有开口，所述连接轴6由该开口处从对接部11伸出与所述侧盖部21固接，所述第二外接部22的顶部套接所述的第二臂管8；当关节旋转角度为0°时，所述第一臂管7和第二臂管8的中轴线重合。所述第二外接部22的底面为曲面，所述曲面的前部与所述对接部11的形状契合且两者间隙设置。

所述转轴5的尾部由所述第一外接部12底部伸出进入所述第一臂管7，所述第一臂管7内安装有驱动所述转轴5转动的动力部件9。所述转轴5于所述第一臂管7内偏心布置，所述动力部件9包括套接在所述转轴5的从动轮、与所述从动轮并排设置并通过同步带与其传动连接的主动轮以及设置在所述主动轮后端的输出轴与主动轮固接的电机91(图中动力部件除电机外未画出)。所述转轴5的前后两端分别安装有一轴承51。

所述基于准双曲面锥齿轮的水下电动机械臂关节的运行原理如下：从动锥齿轮4与第二臂管8在回转方向连接，从动锥齿轮4的旋转驱动第二臂管8实现俯仰运动；从动锥齿轮4通过主动锥齿轮3旋转驱动，主动锥齿轮3与从动锥齿轮4为交错轴传动；与主动锥齿轮3固接的转轴5通过从动轮与电机输出端的主动轮传动连接，实现动力传递。

需要说明的是，本实用新型中“上”、“下”、“前”、“后”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系的用语，其为基于附图所示的方位或位置关系或常规放置状态或使用状态，其仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构、特征、装置或元件必须具有特定的方位或位置关系、也不是必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

本具体实施方式仅仅是对本实用新型的解释，并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读了本实用新型的说明书之后所做的任何改变，只要在本实用新型权利要求书的范围内，都将受到专利法的保护。

Claims (7)

1.基于准双曲面锥齿轮的水下电动机械臂关节，其特征在于：包括：

第一关节壳(1)；

第二关节壳(2)，其内端与所述第一关节壳(1)的内端转动连接，外端间接连接机械臂执行机构；

准双曲面齿轮，设置在所述第一关节壳(1)的内部，包括从动锥齿轮(4)以及啮合连接在其表面的主动锥齿轮(3)，所述主动锥齿轮(3)与从动锥齿轮(4)的轴线相互垂直；

转轴(5)，固接在所述主动锥齿轮(3)的底端带动其转动；

连接轴(6)，垂直于所述从动锥齿轮(4)的表面设置，一端与所述从动锥齿轮(4)固接，另一端伸出所述第一关节壳(1)并固接于所述第二关节壳(2)。

2.根据权利要求1所述的基于准双曲面锥齿轮的水下电动机械臂关节，其特征在于：所述第一关节壳(1)包括安装有所述准双曲面齿轮的对接部(11)以及设置在所述对接部(11)后下方的第一外接部(12)；所述第一外接部(12)的底部套接第一臂管(7)；

所述第二关节壳(2)包括盖置在所述对接部(11)侧部的侧盖部(21)以及设置在所述侧盖部(21)侧上方的第二外接部(22)；所述连接轴(6)由所述对接部(11)的侧部伸出与所述侧盖部(21)固接，所述第二外接部(22)的顶部套接第二臂管(8)；

当关节旋转角度为0°时，所述第一臂管(7)和第二臂管(8)的中轴线重合。

3.根据权利要求2所述的基于准双曲面锥齿轮的水下电动机械臂关节，其特征在于：所述转轴(5)的尾部由所述第一外接部(12)底部伸出进入所述第一臂管(7)，所述第一臂管(7)内安装有驱动所述转轴(5)转动的动力部件(9)。

4.根据权利要求3所述的基于准双曲面锥齿轮的水下电动机械臂关节，其特征在于：所述转轴(5)于所述第一臂管(7)内偏心布置，所述动力部件(9)包括套接在所述转轴(5)的从动轮、与所述从动轮并排设置并与其传动连接的主动轮以及设置在所述主动轮后端的输出轴与主动轮固接的电机(91)。

5.根据权利要求4所述的基于准双曲面锥齿轮的水下电动机械臂关节，其特征在于：所述主动轮与从动轮为相互啮合的齿轮，或者为通过同步带连接的带轮。

6.根据权利要求4所述的基于准双曲面锥齿轮的水下电动机械臂关节，其特征在于：所述转轴(5)的前后两端分别安装有一轴承(51)。

7.根据权利要求2所述的基于准双曲面锥齿轮的水下电动机械臂关节，其特征在于：所述第二外接部(22)的底面为曲面，所述曲面的前部与所述对接部(11)的形状契合且两者间隙设置。