水下電動機械手的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及機器人水下作業領域，特別是涉及水下電動機械手。
【背景技術】
[0002]水下搜救機器人又稱無人遙控潛水器，是一種工作于水下的極限作業機器人，可以潛入水中代替人完成某些操作，由于人潛水深度的局限性和水下環境的惡劣性，所以水下機器人已成為水下作業及搜救、勘探水下資源等水下作業的重要工具。
[0003]現有水下機器人大都單體成本較高，為推出一款具有較高通用性和經濟性的水下機器人，設計發明簡單而又實用的水下機器人部件是迫切而又必要的。近年來，水下機器人已經具有了多功能模塊，可以根據使用者的不同需要在機體上安裝卸除各個模塊功能，可以實現一體多用。水下搜救機器人根據搜救所需的特點，安裝機械爪、攝像頭等模塊來實現搜救功能。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于解決水下異物抓取功能，為水下機器人多功能的發展奠定扎實的基礎。
[0005]本發明的技術方案是:一種水下電動機械手，包括驅動單元，傳動單元和機械手單元。所述驅動單元和傳動單元共同組成電動機械手的臂部；所述驅動單元包括電機套筒和安裝于電機套筒內部的直流電動機和行星減速器，直流電動機與行星減速器相連，電機套筒后端安裝后端蓋；所述傳動單元包括前端蓋、連接套筒、從動軸套筒、主動軸及從動軸，連接套筒位于從動軸套筒和電機套筒之間，并將從動軸套筒和電機套筒連接為一體，構成電動機械手的臂部外套筒；連接套筒與從動軸套筒中安裝有主動軸、從動軸以及傳動螺母；主動軸與從動軸相連，從動軸的前端為滾珠絲杠式螺桿，連接傳動螺母，當從動軸轉動時，帶動傳動螺母的軸向運動；傳動螺母與連桿相接，連桿前端穿過用于封閉從動軸套筒的前端蓋與滑塊相接；前端蓋后端封閉從動軸套筒的前端，前端蓋前端與機械爪支架相連，機械爪上有固定點與機械爪支架相連固定，多個撐桿一端固定在滑塊上，另一端由活動點與機械爪相連。
[0006]優選地，所述主動軸與從動軸之間設有扭矩限制器，扭矩限制器一端連接主動軸，另一端與從動軸相連，將動力從主動軸傳遞到從動軸。
[0007]優選地，所述主動軸與扭矩限制器一端通過鍵連接傳動，所述扭矩限制器另一端外部的軸套上有突起，與從動軸上對應的凹槽裝配，將動力傳至從動軸。
[0008]優選地，連桿與滑塊之間有銷結構固定，組成一整套機構。
[0009]優選地，前端蓋與從動軸套筒的結合部安裝密封機構。
[0010]優選地，后端蓋與電機套筒的結合部安裝密封機構。
[0011]優選地，密封機構為O型密封圈靜密封。
[0012]優選地，所述密封機構為聚四氟乙烯滑環組合動密封。
[0013]優選地，所述后端蓋內安裝水密接頭O
[0014]本發明是一種穩定小型的電動機械手，是目前水下搜救機器人機械手中最實用的機械手，與其他液壓等機械手，小型電動機械手有很多優良特點:
[0015]質量輕，響應快，電信號較液壓在水下更易傳輸。
[0016]體積小，易于進入狹窄區域，密封性好，可以在各種環境的水下工作。
[0017]操作簡單、靈活，而且在各個方向均能獲得最大抓取力量。具有高度的可操控性和穩定性。
[0018]可安裝與水下機器人各種位置，適用于底部支撐安裝、頂部支撐安裝等各種模型支撐方式，使用方便，適應性強，能滿足各種水下異物抓取環境的要求。
[0019]為了使本發明實現的技術手段、技術特征、發明目的與技術效果易于明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本發明。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發明電動機械手的結構剖面圖；
[0021]圖2為本發明電動機械手開合示意圖；
[0022]圖3為本發明結構主視圖；
[0023]圖4為本發明扭矩限制器剖視結構示意圖。
【具體實施方式】
[0024]如圖1-3所示，本發明的實施例一包括電機套筒22、連接套筒4、從動軸套筒7及機械爪支架9，電機套筒22內安裝有直流電動機2和行星減速器3，連接套筒4安裝有主動軸20及滾動軸承21，從動軸套筒7用于安裝從動軸17，螺母連桿機構。行星減速器3可以使電機2減速，讓其扭矩增大，通過鍵連接到主動軸20上，主動軸20通過扭矩限制器5與從動軸17連接，從動軸17通過傳動螺母15連接連桿8，讓旋轉運動變為直線運動，連桿8連接滑塊13，三個撐桿11固定在滑塊13上，控制機械爪10的張開與閉合。
[0025]扭矩限制器5包括扭矩限制器外端蓋、摩擦盤、彈簧、扭矩限制器從動套筒、扭矩限制器軸套，主動軸20和從動軸17通過扭矩限制器5進行傳動，對于直流電機2的輸出功率進行限制且使夾爪最大夾持力保持一定值，保護電機不過載。主動軸20與連接套筒4之間安裝有滾動軸承21，主動軸20與扭矩限制器軸套通過銷連接傳動，扭矩限制器軸套與從動軸套之間設有摩擦盤；從動軸17與從動軸安裝套筒之間安裝有滾動軸承，主動軸20與從動軸端孔之間安裝有滾動軸承18。從動軸17與扭矩限制器5通過相互配合的突起傳動，從動軸17靠近機械爪10的末段為滾珠絲杠式螺桿，通過傳動螺母15傳動，連桿8壓緊并通過螺栓固定在螺母上隨之運動。從動軸套筒7靠近機械爪10 —端裝有前端蓋14，前端蓋14上裝有外螺紋柱銷12和螺母連桿副連接阻止螺母的周向運動。
[0026]前端蓋14、從動軸套筒7、連接套筒4、電機套筒22、后端蓋I之間采用O型密封圈進行靜密封，如圖1所示，其材料為三元乙丙橡膠，整個機械手內部均使用油浸，以平衡水下的壓力，防止水壓過大破壞零部件。電源線與信號線通過水密接頭連接至電機尾端的編碼器，控制整體機械手運動。前端滑塊與連桿通過銷連接，機械爪通過撐桿連接滑塊，3個機械爪均勻分布成120°，最大旋轉角為25°。
[0027]如圖4所示，扭矩限制器包括主體51、磨擦片52、襯環53、壓板54、碟形彈簧55、導向壓板56、調節螺栓57、調節螺母58、止退墊片59、鎖緊螺釘50。扭矩簡單易調，只需松緊調整螺母或螺栓即可輕松的調節磨擦片與中心構件之間的磨擦扭矩，當發生過載時，扭矩限制器產生摩擦打滑，從而保護機器；自動復位功能，過載時扭矩限制器將打滑，消除過載后便可自動復位和開始轉動；能安裝各種傳動構件，如鏈輪、帶輪、齒輪等。
[0028]結合附圖1-3重點說明電動機械手的具體運作方式；
[0029]本發明為單自由度的水下電動機械手，外部整體形狀為圓筒狀，其機械爪為3片組成，均勻分布，通過傘撐結構張合；內部利用油浸方式平衡內外壓力。機械手在連桿與前端之間采用滑環和密封圈的動密封方式，其余連接部分均采用O型圈靜密封。整個機械手大致分為三部分:
[0030]第一部分，直流電機部分，電動機套筒內安裝有直流電動機2和行星減速器3，聯合水密接頭24、編碼器及后端蓋I處于機械手后方，直流電動機2輸出軸連接行星減速器3，將動力傳遞至行星減速器3上，并由其對電機降速增大扭矩。
[0031]第二部分，連接套筒4與從動軸套筒7中安裝有主動軸20，扭矩限制器5，從動軸17以及傳動螺母15。主動軸20連接扭矩限制器5再傳遞至從動軸17上，扭矩限制器5可以對電動機的輸出功率進行限制并使機械爪的最大爪力保持一定值。主動軸20與扭矩限制器5通過鍵連接傳動。其中在扭矩限制器5外部的軸套上有突起，對應于從動軸17上的凹槽，將動力傳至從動軸17上，如圖4所示。扭矩限制器5中存在摩擦盤，當機械爪等發生過載時，摩擦盤便會與扭矩限制器外部之間產生打滑，限制電動機2的輸出，最大限度地避免了因過載導致電動機燒壞的現象。在從動軸17的前端為一段滾珠絲杠式螺桿，連接傳動螺母15，當從動軸轉動時，帶動傳動螺母的軸向運動。
[0032]第三部分，由連桿8、滑塊13、機械爪支架9以及機械爪10組成。傳動螺母15與連桿8用螺栓固定，帶動連桿8軸向運動；連桿8與滑塊13之間有銷12固定，組成一整套機構，整體軸向運動。機械爪10上有兩點:一為固定點，與機械爪支架9相連固定；二為活動點，通過撐桿11與滑塊13連接。當滑塊13作軸向運動時，推動撐桿11運動，由此控制機械手10的開合。
[0033]綜上所述僅為本發明較佳的實施例，并非用來限定本發明的實施范圍。即凡依本發明申請專利范圍的內容所作的等效變化及修飾，皆應屬于本發明的技術范疇。
【主權項】
1.一種水下電動機械手，包括驅動單元，傳動單元和機械手單元，其特征在于:所述驅動單元和傳動單元共同組成電動機械手的臂部；所述驅動單元包括電機套筒和安裝于電機套筒內部的直流電動機和行星減速器，直流電動機與行星減速器相連，電機套筒后端安裝后端蓋；所述傳動單元包括前端蓋、連接套筒、從動軸套筒、主動軸及從動軸，連接套筒位于從動軸套筒和電機套筒之間，并將從動軸套筒和電機套筒連接為一體，構成電動機械手的臂部外套筒；連接套筒與從動軸套筒中安裝有主動軸、從動軸以及傳動螺母；主動軸與從動軸相連，從動軸的前端為滾珠絲杠式螺桿，連接傳動螺母，當從動軸轉動時，帶動傳動螺母的軸向運動；傳動螺母與連桿相接，連桿前端穿過用于封閉從動軸套筒的前端蓋與滑塊相接；前端蓋后端封閉從動軸套筒的前端，前端蓋前端與機械爪支架相連，機械爪上有固定點與機械爪支架相連固定，多個撐桿一端固定在滑塊上，另一端由活動點與機械爪相連。
2.根據權利要求1所述的水下電動機械手，其特征在于，所述主動軸與從動軸之間設有扭矩限制器，扭矩限制器一端連接主動軸，另一端與從動軸相連，將動力從主動軸傳遞到從動軸。
3.根據權利要求2所述的水下電動機械手，其特征在于，所述主動軸與扭矩限制器一端通過鍵連接傳動，所述扭矩限制器另一端外部的軸套上有突起，與從動軸上對應的凹槽裝配，將動力傳至從動軸。
4.根據權利要求1或2所述的水下電動機械手，其特征在于，所述連桿與滑塊之間有銷結構固定，組成一整套機構。
5.根據權利要求1所述的水下電動機械手，其特征在于，所述前端蓋與從動軸套筒的結合部安裝密封機構。
6.根據權利要求1所述的水下電動機械手，其特征在于，后端蓋與電機套筒的結合部安裝密封機構。
7.根據權利要求6所述的水下電動機械手，其特征在于，所述密封機構為O型密封圈靜密封。
8.根據權利要求7所述的水下電動機械手，其特征在于，所述密封機構為聚四氟乙烯滑環組合動密封。
9.根據權利要求1所述的水下電動機械手，其特征在于，所述后端蓋內安裝水密接頭。
【專利摘要】本發明為一種可以安裝在水下機器人上用于實現水下物品夾取功能的電動小型水下機械手，包括行星減速器、扭矩傳感器、主從動軸、連接套筒及滾珠螺桿機構等結構。機械手配合水下機器人可以精確找準水下物品位置并實現其完整夾取，便于操作，使用壽命長，不易出現故障，可以應用在各種惡劣的水下環境。
【IPC分類】B25J9-12
【公開號】CN104772753
【申請號】CN201510185200
【發明人】匡俊, 馬玉順, 陳驊, 江陳, 張成都, 秦海瑞, 余天樂
【申請人】上海市東方海事工程技術有限公司
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年4月17日