水下电动机械手腕转夹钳驱动结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型属于机器人工程中水下机械手领域，具体地说是一种水下电动机械手腕转夹钳驱动结构，包括实现水下电动机械手腕转功能的腕转驱动模块、实现水下电动机械手夹钳功能的夹钳驱动模块及关节外壳，所述腕转驱动模块及夹钳驱动模块分别容置在所述关节外壳内；腕转驱动模块中采用齿轮传动，夹钳驱动模块中采用滚珠丝杠传动，腕转模块中的第二轴采用空心结构，允许驱动夹钳的滚珠丝杠螺母连杆穿过，使腕转模块和夹钳模块能够集成到一个关节外壳里面而又避免互相干涉，实现水下电动机械手的两个功能。本实用新型具有性能可靠，结构紧凑，便于维护和调试等优点。
【专利说明】水下电动机械手腕转夹钳驱动结构
【技术领域】
[0001]本实用新型属于机器人工程中水下机械手领域，具体地说是一种水下电动机械手腕转夹钳驱动结构。
【背景技术】
[0002]水下机械手是海洋开发或水下作业的主要工具，面向未来作业型AUV(自治水下机器人)/ARV (半自治水下机器人)及中小型作业型ROV (遥控型水下机器人)的应用需求，水下机械手要求具有轻型化、低功耗等特点。电机驱动具有体积重量小、功耗低、控制精度高，通过压力补偿器可实现全海深作业等优点，因此电机驱动的水下机械手具有广阔的应用前
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[0003]目前水下电动机械手腕转采用旋转套筒结构，夹钳采用直线电机驱动，因此负载能力低，结构复杂，还存在夹钳电机接线绕线问题，而为解决绕线问题加入的导电滑环增加了结构的复杂性。要研制出性能稳定、结构紧凑、负载能力较高的水下电动机械手，简化腕转夹钳结构、同时避免绕线成为亟待解决的问题。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于提供一种水下电动机械手腕转夹钳驱动结构。该驱动结构解决了夹钳电机接线绕线问题，满足水下电动机械手的要求。
[0005]本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的:`[0006]本实用新型包括实现水下电动机械手腕转功能的腕转驱动模块、实现水下电动机械手夹钳功能的夹钳驱动模块及关节外壳，所述腕转驱动模块及夹钳驱动模块分别容置在所述关节外壳内；所述腕转驱动模块包括腕转电机与减速箱组件、第一轴、传动装置及第二轴，其中第一轴、第二轴分别转动安装在所述关节外壳内，所述第一轴的一端和安装在关节外壳内的腕转电机与减速箱组件相连，另一端通过所述传动装置与第二轴的一端连动，第二轴的另一端由关节外壳穿出，所述第二轴通过腕转电机与减速箱组件的驱动输出连续的腕转运动；所述夹钳驱动模块包括夹钳电机与丝杠轴减速箱组件、滚珠丝杠螺母及滚珠丝杠螺母连杆，该夹钳电机与丝杠轴减速箱组件安装在所述关节外壳内，所述夹钳电机与丝杠轴减速箱组件中的丝杠轴和滚珠丝杠螺母螺纹连接、形成螺旋传动副，所述滚珠丝杠螺母连杆的一端与该滚珠丝杠螺母相连，另一端由所述第二轴穿出，所述滚珠丝杠螺母连杆通过夹钳电机与丝杠轴减速箱组件的驱动，随滚珠丝杠螺母做直线运动，驱动所述水下电动机械手的夹钳运动。
[0007]其中:所述传动装置包括相互啮合传动的第一齿轮及第二齿轮,该第一齿轮连接于所述第一轴的另一端、随第一轴旋转；所述第二齿轮连接于所述第二轴的一端、带动第二轴转动；所述第二轴为空心轴，中间沿轴向开有通孔，所述滚珠丝杠螺母连杆的另一端由第二轴中间的通孔穿出；所述滚珠丝杠螺母连杆、第二轴及夹钳电机与丝杠轴减速箱组件中的丝杠轴同轴设置；所述第一轴与第二轴并列放置，该第一轴的轴向中心线与第二轴的轴向中心线相平行；所述关节外壳包括依次连接的轴承盖、关节外壳A段、关节外壳B段、关节外壳C段、关节外壳D段及关节外壳后端盖；所述腕转电机与减速箱组件及夹钳电机与丝杠轴减速箱组件并列放置，并分别固定于所述关节外壳D段的内部，所述腕转电机与减速箱组件输出端的轴向中心线和夹钳电机与丝杠轴减速箱组件输出端的轴向中心线相平行。
[0008]本实用新型的优点与积极效果为:
[0009]1.性能稳定可靠:本实用新型的腕转采用齿轮传动，齿轮传动具有传动平稳、传动比精确、效率高、寿命长，使用的功率、速度和尺寸范围大等优点；本实用新型的夹钳采用滚珠丝杠副，滚珠丝杠副具有传动精度高、输出的直线力大，使夹钳有较大的夹持力。
[0010]2.结构紧凑:本实用新型的齿轮传动具有结构紧凑的优点，而且齿轮传动还使腕转电机与减速箱组件和输出腕转转矩的第二轴不用在一条轴线上，从而使驱动腕转的腕转电机与减速箱组件和驱动夹钳夹钳电机与丝杠轴减速箱组件能够并列放置；第二轴是一个空心轴，滚珠丝杠螺母连杆能够穿过第二轴驱动夹钳，使腕转模块和夹钳模块集成到一块而又避免了互相干涉，使结构简单紧凑。
[0011]3.调试、维护方便:本实用新型中的关节外壳分为几段，便于零件或组件的安装和更换。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本实用新型的内部结构示意图；
[0013]图2A为图1中的A— A剖视图；
[0014]图2B为图1中的B— B剖视图；
[0015]图3为本实用新型的立体结构示意图；
[0016]其中:1为腕转电机与减速箱组件，2为联轴器，3为第一轴，4为第一齿轮，5为滚珠丝杠螺母连杆，6为第二轴，7为轴承盖，8为关节外壳A段，9为第二齿轮，10为关节外壳B段，11为关节外壳C段，12为滚珠丝杠螺母，13为夹钳电机与丝杠轴减速箱组件，14为关节外壳D段，15为关节外壳后端盖。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图对本实用新型作进一步详述。
[0018]如图1、图2A、图2B及图3所示，本实用新型包括实现水下电动机械手腕转功能的腕转驱动模块、实现水下电动机械手夹钳功能的夹钳驱动模块及关节外壳，腕转驱动模块及夹钳驱动模块分别容置在关节外壳内。关节外壳包括依次固接的轴承盖7、关节外壳A段
8、关节外壳B段10、关节外壳C段11、关节外壳D段14及关节外壳后端盖15。
[0019]腕转驱动模块包括腕转电机与减速箱组件1、第一轴3、传动装置及第二轴6，其中传动装置包括相互啮合传动的第一齿轮4及第二齿轮9 ;第一轴3、第二轴6分别通过轴承转动安装在关节外壳内，第一轴3上的轴承位于关节外壳B段10内，第二轴6上的轴承位于关节外壳A段8内，两个轴承分别通过套在第一、二轴上的轴承盖、轴套、螺母进行轴向定位。第一轴3与第二轴6并列放置，第一轴3的轴向中心线与第二轴6的轴向中心线相平行。第一轴3的一端通过联轴器2和固定在关节外壳D段14内的腕转电机与减速箱组件I相连、由腕转电机与减速箱组件I驱动旋转；第一轴3的另一端固接有第一齿轮4,该第一齿轮4通过键连接随第一轴3转动。第二轴6的一端固接有第二齿轮9，该第二齿轮9与第一齿轮4组成一个外啮合齿轮副,第一齿轮4为主动轮,第二齿轮9为从动轮,第二齿轮9通过键连接带动第二轴6连动；由腕转电机与减速箱组件I驱动旋转的第一轴3通过第一、二齿轮4、9的啮合将转矩和转速传递给第二轴6 ;第二轴6的另一端关节外壳一端的轴承盖7穿出，输出连续的腕转运动，实现水下电动机械手的腕转功能。
[0020]夹钳驱动模块包括夹钳电机与丝杠轴减速箱组件13、滚珠丝杠螺母12及滚珠丝杠螺母连杆5，夹钳电机与丝杠轴减速箱组件13固定在关节外壳D段14内，并与腕转电机与减速箱组件I并列放置，腕转电机与减速箱组件I输出端的轴向中心线和夹钳电机与丝杠轴减速箱组件13输出端的轴向中心线相平行。
[0021]夹钳电机与丝杠轴减速箱组件13中的丝杠轴和滚珠丝杠螺母12螺纹连接，配合形成一个螺旋传动副；第二轴6为空心轴，中间沿轴向开有通孔，滚珠丝杠螺母连杆5的一端与该滚珠丝杠螺母12固接，另一端由第二轴6中间的通孔穿出。螺旋传动副将夹钳电机与丝杠轴减速箱组件13的旋转运动转化为滚珠丝杠螺母12的直线运动，滚珠丝杠螺母连杆5随滚珠丝杠螺母12 —起做直线运动，从而驱动水下电动机械手的夹钳运动。滚珠丝杠螺母连杆5、第二轴6及夹钳电机与丝杠轴减速箱组件13中的丝杠轴同轴设置。
[0022]本实用新型的工作原理为:
[0023]本实用新型的腕转驱动模块、夹钳驱动模块集成到一个关节里面，实现机械手的腕转和夹钳两个功能。具体为:
[0024]腕转电机与减速箱组件I工作，通过联轴器2驱动第一轴3旋转，进而带动第一齿轮4随第一轴3转动；第二齿轮9与第一齿轮4啮合，利用形成的啮合齿轮副将转矩和转速传递给第二轴6、带动第二轴6旋转，由第二轴，输出连续的腕转运动，实现水下电动机械手的腕转功能。
[0025]同时，夹钳电机与丝杠轴减速箱组件13工作，丝杠轴(即夹钳电机与丝杠轴减速箱组件13的输出端)与滚珠丝杠螺母12形成的螺旋传动副，将夹钳电机与丝杠轴减速箱组件13的旋转运动转化为滚珠丝杠螺母12带动滚珠丝杠螺母连杆5的直线运动，由滚珠丝杠螺母连杆5驱动水下电动机械手的夹钳运动。
[0026]本实用新型可应用于海洋开发或水下作业。
【权利要求】
1.一种水下电动机械手腕转夹钳驱动结构，其特征在于:包括实现水下电动机械手腕转功能的腕转驱动模块、实现水下电动机械手夹钳功能的夹钳驱动模块及关节外壳，所述腕转驱动模块及夹钳驱动模块分别容置在所述关节外壳内；所述腕转驱动模块包括腕转电机与减速箱组件(I)、第一轴(3)、传动装置及第二轴(6)，其中第一轴(3)、第二轴(6)分别转动安装在所述关节外壳内，所述第一轴(3)的一端和安装在关节外壳内的腕转电机与减速箱组件(I)相连，另一端通过所述传动装置与第二轴(6)的一端连动，第二轴(6)的另一端由关节外壳穿出，所述第二轴(6)通过腕转电机与减速箱组件(I)的驱动输出连续的腕转运动；所述夹钳驱动模块包括夹钳电机与丝杠轴减速箱组件(13)、滚珠丝杠螺母(12)及滚珠丝杠螺母连杆(5)，该夹钳电机与丝杠轴减速箱组件(13)安装在所述关节外壳内，所述夹钳电机与丝杠轴减速箱组件(13)中的丝杠轴和滚珠丝杠螺母(12)螺纹连接、形成螺旋传动副，所述滚珠丝杠螺母连杆(5)的一端与该滚珠丝杠螺母(12)相连，另一端由所述第二轴(6)穿出，所述滚珠丝杠螺母连杆(5)通过夹钳电机与丝杠轴减速箱组件(13)的驱动，随滚珠丝杠螺母(12)做直线运动，驱动所述水下电动机械手的夹钳运动。
2.按权利要求1所述的水下电动机械手腕转夹钳驱动结构，其特征在于:所述传动装置包括相互啮合传动的第一齿轮(4)及第二齿轮(9),该第一齿轮(4)连接于所述第一轴(3)的另一端、随第一轴(3)旋转；所述第二齿轮(9)连接于所述第二轴(6)的一端、带动第二轴(6)转动。
3.按权利要求1所述的水下电动机械手腕转夹钳驱动结构，其特征在于:所述第二轴(6)为空心轴，中间沿轴向开有通孔，所述滚珠丝杠螺母连杆(5)的另一端由第二轴(6)中间的通孔穿出。
4.按权利要求1或3所述的水下电动机械手腕转夹钳驱动结构，其特征在于:所述滚珠丝杠螺母连杆(5)、第二轴(6)及夹钳电机与丝杠轴减速箱组件(13)中的丝杠轴同轴设置。
5.按权利要求1或3所述的水下电动机械手腕转夹钳驱动结构，其特征在于:所述第一轴(3 )与第二轴(6 )并列放置，该第一轴(3 )的轴向中心线与第二轴(6 )的轴向中心线相平行。
6.按权利要求1所述的水下电动机械手腕转夹钳驱动结构，其特征在于:所述关节外壳包括依次连接的轴承盖(7)、关节外壳A段(8)、关节外壳B段(10)、关节外壳C段(11)、关节外壳D段(14)及关节外壳后端盖(15)。
7.按权利要求6所述的水下电动机械手腕转夹钳驱动结构，其特征在于:所述腕转电机与减速箱组件(I)及夹钳电机与丝杠轴减速箱组件(13)并列放置，并分别固定于所述关节外壳D段(14)的内部，所述腕转电机与减速箱组件(I)输出端的轴向中心线和夹钳电机与丝杠轴减速箱组件(13)输出端的轴向中心线相平行。
【文档编号】B25J17/00GK203579662SQ201320785467
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年11月30日 优先权日:2013年11月30日
【发明者】张奇峰, 范云龙, 张竺英 申请人:中国科学院沈阳自动化研究所