一种小型水下剪切机械手

本发明属于机器人水下作业领域，特别是涉及一种小型水下剪切机械手。

背景技术：

水下搜救机器人又称无人遥控潜水器，是一种工作于水下的极限作业机器人，可以潜入水中代替人完成某些操作，由于人潜水深度的局限性和水下环境的恶劣性，所以水下机器人已成为水下作业及搜救、勘探水下资源等水下作业的重要工具。

现有水下机器人大都单体成本较高，为推出一款具有较高通用性和经济性的水下机器人，设计发明简单而又实用的水下机器人部件是迫切而又必要的。近年来，水下机器人已经具有了多功能模块，可以根据使用者的不同需要在机体上安装卸除各个模块功能，可以实现一体多用。水下搜救机器人根据搜救所需的特点，安装机械爪、摄像头等模块来实现搜救功能。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术中的问题，提出一种小型水下剪切机械手。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种小型水下剪切机械手，它包括驱动单元、传动单元和机械手单元，所述传动单元包括从动丝杆、传动螺母、滑块和壳体，所述驱动单元与从动丝杆相连，通过驱动单元驱动从动丝杆转动，所述从动丝杆的前端为滚珠丝杠式螺杆结构，所述螺杆结构上螺接传动螺母，所述传动螺母与滑块固定连接，所述壳体上设置有直线导轨，所述滑块与直线导轨滑动配合相连，所述机械手单元包括两个剪刀机构、两个传动销轴和两个固定销轴，所述两个剪刀机构通过两个固定销轴固定在壳体上，所述两个传动销轴固定在滑块上，所述剪刀机构上开设有凹槽，所述传动销轴与凹槽配合，沿凹槽滑动，所述机械手单元为四轴结构，两个传动销轴为两个动轴，两个固定销轴为两个定轴。

更进一步的，所述驱动单元包括电机端盖、直流电动机、行星减速器、主动轴和电机套筒，所述直流电动机与行星减速器相连并设置在电机套筒的内部，所述主动轴为行星减速器的输出轴，所述主动轴与从动丝杆相连，所述电机端盖与电机套筒相连。

更进一步的，所述电机端盖与电机套筒连接处安装有o型密封圈静密封。

更进一步的，所述主动轴与电机套筒之间设置有密封机构，所述密封机构为聚四氟乙烯滑环组合动密封。

更进一步的，所述主动轴通过联轴器与从动丝杆相连，所述联轴器通过键与主动轴和从动丝杆相连。

更进一步的，所述联轴器为包括两个分体结构和螺栓ⅲ，所述两个分体结构分别设置在主动轴和从动丝杆上，两个分体结构通过四个螺栓ⅲ固定相连，所述螺栓ⅲ为过载保护螺栓。

更进一步的，所述壳体前后两端各通过四个螺栓ⅰ连接前端盖和后端盖，传动螺母通过两个螺栓ⅱ固定在滑块上，所述电机套筒通过四个支柱与壳体相连。

更进一步的，所述滑块上设置有限位销轴，所述从动丝杆前端的尾部设置有肩轴。

更进一步的，所述两个定轴之间的距离为28mm，两个动轴之间的距离为16mm，所述滑块的行程为8mm。

更进一步的，所述两个剪刀机构的最大开合角度为68°，最小开合角度为0°，处于最大开合角度时定轴到动轴的垂直距离为20mm，处于最小开合角度时定轴到动轴的垂直距离为12mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明解决了现有水下机器人功能模块更换不便，难以实现水下异物剪切功能的问题。本发明为水下机器人多功能的发展奠定扎实的基础，配合水下机器人可以精确找准水下物品位置，刀口锋利且硬度高，可以轻松剪切一些水下杂草及线缆等物体，具有成本低廉，便于操作，使用寿命长，不易出现故障，可以应用在各种恶劣的水下环境等优点。

本发明是目前水下搜救机器人机械手中最实用的机械手，与其他液压等机械手，小型电动机械手相比，本发明质量轻，响应快，电信号较液压在水下更易传输；体积小，易于进入狭窄区域，密封性好，可以在各种环境的水下工作；操作简单、灵活，而且在各个方向均能获得最大抓取力量。具有高度的可操控性和稳定性；可安装于水下机器人各种位置，适用于底部支撑安装、顶部支撑安装等各种模型支撑方式，使用方便，适应性强，能满足各种水下异物抓取环境的要求。

附图说明

图1为本发明所述的一种小型水下剪切机械手剖视结构示意图；

图2为本发明所述的机械手单元计算简图；

图3为本发明所述的剪刀机构尺寸图；

图4为本发明所述的一种小型水下剪切机械手开合状态示意图；

图5为本发明所述的一种小型水下剪切机械手立体结构示意图；

图6为本发明所述的一种小型水下剪切机械手重复使用单元结构示意图。

1-电机端盖，2-直流电动机，3-行星减速器，4-主动轴，5-联轴器，6-从动丝杆，7-传动螺母，8-滑块，9-传动销轴，10-剪刀机构，11-前端盖，12-螺栓ⅰ，13-固定销轴，14-壳体，15-螺栓ⅱ，16-限位销轴，17-后端盖，18-螺栓ⅲ，19-支柱，20-键，21-电机套筒。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。

参见图1-6说明本实施方式，一种小型水下剪切机械手，它包括驱动单元、传动单元和机械手单元，所述传动单元包括从动丝杆6、传动螺母7、滑块8和壳体14，所述驱动单元与从动丝杆6相连，通过驱动单元驱动从动丝杆6转动，所述从动丝杆6的前端为滚珠丝杠式螺杆结构，所述螺杆结构上螺接传动螺母7，所述传动螺母7与滑块8固定连接，所述壳体14上设置有直线导轨，所述滑块8与直线导轨滑动配合相连形成移动副，所述机械手单元包括两个剪刀机构10、两个传动销轴9和两个固定销轴13，所述两个剪刀机构10通过两个固定销轴13固定在壳体14上，所述两个传动销轴9固定在滑块8上，所述剪刀机构10上开设有凹槽，所述传动销轴9与凹槽配合，沿凹槽滑动，所述机械手单元为四轴结构，两个传动销轴9为两个动轴，两个固定销轴13为两个定轴。

本实施例通过驱动单元驱动从动丝杆6转动，实现传动螺母7沿直线导轨滑动，当从动丝杆6转动时，带动传动螺母7和滑块8的轴向运动，从而实现对机械手单元的工质，实现机械手单元执行开合动作，完成剪切任务。

驱动单元包括电机端盖1、直流电动机2、行星减速器3、主动轴4和电机套筒21，直流电动机2与行星减速器3相连并设置在电机套筒21的内部，主动轴4为行星减速器3的输出轴，主动轴4与从动丝杆6相连，电机端盖1与电机套筒21通过螺旋副相连。电机端盖1与电机套筒21连接处安装有o型密封圈静密封。主动轴4与电机套筒21之间设置有密封机构，密封机构为聚四氟乙烯滑环组合动密封。主动轴4通过联轴器5与从动丝杆6相连，联轴器5通过键20与主动轴4和从动丝杆6相连。通过固定销轴13限制剪刀的自由度。传动销轴9通过螺纹副固定在滑块8上，传动销轴9为销轴与剪刀机构10的凹槽配合，形成移动副和转动副，销轴通过螺栓连接分别固定在壳体与线性滑块上，组成一整套机械手单元。

联轴器5为包括两个分体结构和螺栓ⅲ18，两个分体结构分别设置在主动轴4和从动丝杆6上，两个分体结构通过四个螺栓ⅲ18固定相连，螺栓ⅲ18为过载保护螺栓，当机械手发生过载时，螺栓ⅲ18会被联轴器两个分体结构间的剪切力剪断，中断扭矩的传递，最大限度地避免了因过载导致电动机烧坏的现象。

壳体14前后两端各通过四个螺栓ⅰ12连接前端盖11和后端盖17，传动螺母7通过两个螺栓ⅱ15固定在滑块8上，电机套筒21通过四个支柱19与壳体14相连，驱动单元、支柱19、联轴器5和键20可重复使用，拆除支柱19与壳体14的螺栓连接以及联轴器两个分体结构间的螺栓ⅲ18连接，即可拆卸剪切机械手，可替换为其他功能的机械手，使驱动单元可重复使用。

滑块8上通过螺纹副连接限位销轴16，此结构通过限制传动螺母7的回程运动距离，防止传动销轴9从剪刀机构10凹槽中脱出；从动丝杆6前端的尾部设置有肩轴，此结构通过限制传动螺母7的推程运动距离，以防止剪刀机构10闭合过度。

如图2和3所示，机械手单元为四轴结构，两个传动销轴9为两个动轴，两个固定销轴13为两个定轴。两动轴e、f分别驱动剪刀机构10的上下刀柄，刀柄分别围绕两定轴b、d旋转，两个定轴之间的距离bd为28mm，两个动轴之间的距离为16mm，滑块8的行程为8mm。两个剪刀机构10的最大开合角度∠bcdmax为68°，最小开合角度∠bcdmin为0°，处于最大开合角度时定轴bd到动轴ef的垂直距离为20mm，处于最小开合角度时定轴bd到动轴ef的垂直距离为12mm。

以上对本发明所提供的一种小型水下剪切机械手，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。