一种小型化水下液压机械手手臂关节结构

摘要

本发明一种小型化水下液压机械手手臂关节结构，包括第一机械臂、第二机械臂、驱动机构，第一机械臂的前端与第二机械臂的后端通过转动轴连接，驱动机构设置在第一机械臂与第二机械臂之间，驱动机构包括液压缸、C型板和直板，液压缸的缸体铰接在第一机械臂上、缸杆与C型板中部铰接，C型板的一端与第一机械臂铰接、另一端与直板的一端铰接，直板的另一端与第二机械臂铰接。本发明具有结构紧凑、体积小、安装方便、关节驱动灵活、驱动能力强，能够实现机械手关节180°转动，适用于小型化水下液压机械手关节驱动。

权利要求

1.一种小型化水下液压机械手手臂关节结构，包括第一机械臂、第二机械臂、驱动机构，第一机械臂的前端与第二机械臂的后端通过转动轴连接，驱动机构设置在第一机械臂与第二机械臂之间，其特征在于：所述驱动机构包括液压缸、两个C型板和两个直板，所述的第一机械臂是由两个侧板A和一个底板A连接组成，所述的第二机械臂是由两个侧板B和一个底板B连接组成，液压缸的缸体铰接在两个侧板A之间，两个C型板的中部通过支撑杆连接，液压缸的缸杆与支撑杆铰接，每个C型板的一端与一个侧板A铰接、另一端与一个直板的一端铰接且该直板的另一端与侧板B铰接。

2.根据权利要求1所述的一种小型化水下液压机械手手臂关节结构，其特征在于：所述的转动轴上设置位置检测装置，位置检测装置包括旋转变压器转子、旋转变压器定子、外壳和旋转变压器输出信号线，旋转变压器转子与转动轴过盈配合，旋转变压器定子套于旋转变压器转子的外侧并固定在外壳内侧，外壳安装在第二机械臂的两个侧板B上，旋转变压器输出信号线从外壳中部通孔走线，并密封通孔。

3.根据权利要求1或2所述的一种小型化水下液压机械手手臂关节结构，其特征在于：

所述的直板的一端带有Y形叉，C型板的一端插在Y形叉中通过连接销钉实现C型板与直板的铰接。

说明书

一种小型化水下液压机械手手臂关节结构

技术领域

[0001] 本发明涉及的是一种机械手手臂关节结构，特别是一种搭载于水下机器人的一种小型化水下液压机械手手臂关节结构。

背景技术

[0002] 水下机器人是现代海洋环境监测及资源开发的重要工具；随着其工作范围，作业要求的不断提高，对其作业工具也提出了更高的要求。目前自治式水下机器人(AUV)由于其使用环境广泛等优点，成为研究的热点，但由于体积、重量以及能源等限制，适用于AUV的作业机械手很少；特别是搭载于AUV上驱动能力较强的小型化液压机械手尤其少见。

[0003] 目前，国内机械手臂结构大多采用“U型板框架式”和“圆筒式”结构，而且机械手驱动方式大多采用电机驱动和液压驱动；如中国专利申请号为201220635024.9名称为一种机械手手臂结构，采用电机驱动，其结构较为简单，灵活性好，但该机械手手臂结构只适用于陆地机械手，不能满足水下作业的要求，而且不能满足机械手小型化的要求；如中国专利申请号为200620086859.X名称为机械手手臂，该机械手采用几组平行四连杆结构，液压油缸驱动实现机械手近似垂直升降和近似水平伸缩的运动；但无法实现机械手关节转动180°，而且机械手结构不能实现小型化。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种能够实现机械手关节180°转动，且便于实现自动控制、结构紧凑的小型化水下液压机械手手臂关节结构。

[0005] 本发明的目的是这样实现的：包括第一机械臂、第二机械臂、驱动机构，第一机械臂的前端与第二机械臂的后端通过转动轴连接，驱动机构设置在第一机械臂与第二机械臂之间，其特征在于：所述驱动机构包括液压缸、C型板和直板，液压缸的缸体铰接在第一机械臂上、缸杆与C型板中部铰接，C型板的一端与第一机械臂铰接、另一端与直板的一端铰接，直板的另一端与第二机械臂铰接。

[0006] 本发明还可以包括：

[0007] 1、第一机械臂是由两个侧板A和一个底板A连接组成，所述的第二机械臂是由两个侧板B和一个底板B连接组成，液压缸的缸体铰接在两个侧板A之间，驱动机构包括两个C型板和两个直板，两个C型板的中部通过支撑杆连接，液压缸的缸杆与支撑杆铰接，每个C型板的一端与一个侧板A铰接、另一端与一个直板的一端铰接且该直板的另一端与侧板B铰接。

[0008] 2、转动轴上设置位置检测装置，位置检测装置包括旋转变压器转子、旋转变压器定子、外壳和旋转变压器输出信号线，旋转变压器转子与转动轴过盈配合，旋转变压器定子套于旋转变压器转子的外侧并固定在外壳内侧，外壳安装在第二机械臂的两个侧板B上，旋转变压器输出信号线从外壳中部通孔走线，并密封通孔。

[0009] 3、直板的一端带有Y形叉，C型板的一端插在Y形叉中通过连接销钉实现C型板与直板的铰接。

[0010] 本发明的有益效果为：

[0011] 1.通过将机械手手臂关节的小型化设计以及采用液压驱动方式，使机械手手臂关节具有结构紧凑、体积重量小、驱动能力强等优点。

[0012] 2.采用直线油缸与六铰点机构实现关节的转动，使关节转动可达180°，实现了直线油缸驱动关节得到更大的转动角度。

[0013] 3.机械手关节内部集成位置检测装置，利用位置检测装置采集水下机械手关节作业的角度、角加速度信号，并将其传递回机械手控制系统中，有利于实现水下机械手闭环反馈控制。

[0014] 4.采用模块化原理设计机械手手臂关节结构，通过将本发明机械手手臂结构的自由组合，可改变机械手自由度形式或可满足机械手多种结构组合方案。

附图说明

[0015] 图1为本发明的结构三维视图。

[0016] 图2为本发明的结构主视图。

[0017] 图3为D处转动轴轴向截面图。

[0018] 图4为A处螺栓连接轴向截面图。

[0019] 图5为C处支撑轴连接轴向截面图。

[0020] 图6为B处支撑杆连接轴向截面图。

[0021] 图7为E处支撑轴连接轴向截面图。

[0022] 图8-a为外壳零件结构简图，图8-b为外壳零件截面图。

[0023] 图9为C型板零件结构简图。

[0024] 图10-a为Y形板零件截面图，图10-b为Y形板零件结构简图。

具体实施方式

[0025] 下面将结合附图对本发明做进一步详细说明。

[0026] 本发明水下液压机械手的重要组成部分，为机械手提供水下作业的驱动力，并且通过自身的位置检测装置反馈机械手作业关节的角度、角加速度等作业参数以便于上位机对机械手关节的控制；本发明专利采用油液压驱动六绞点机构，使关节转动可达180°，能够为机械手提供较大的、平稳性强的驱动力矩，并且结构紧凑、体积重量小，满足机械手小型化的设计要求。

[0027] 本发明采用油液压驱动方式，机械手关节主要由机械臂、机械手关节驱动液压缸、位置检测装置以及六绞点机构四部分组成；其优点在于机械手关节结构紧凑并且内部集成位置信号反馈装置，并且液压驱动能够提高小型化水下机械手的驱动能力。所述的机械臂部分主要由手臂两侧板A、底板A通过两组由螺栓、螺母、垫片组成的螺栓组件连接组成，侧板A与底板A可将不影响刚度、强度部分铣削以减少关节重量。所述的位置检测装置结构特征为转动轴通过两侧的螺钉和螺母分别于两侧板A紧固连接，左侧轴承与转动轴、侧板B分别过盈安装，并通过平垫片配合压紧旋转油封，防止水下环境损坏传感器；右侧轴承与支撑轴、侧板B过盈配合，通过平垫片压紧旋转油封，支撑轴与转动轴的间隙通过O型圈密封，通过旋转油封和O型圈配合实现关节动密封；旋转变压器转子与转动轴过盈配合，定子通过两个半圆形安装卡簧固定在外壳上，外壳通过螺钉与侧板B紧固连接，并用O型圈密封，旋转变压器输出信号线从外壳中部通孔走线，并采用硫化方式密封通孔。

[0028] 所述的六绞点连接机构，主要包括C型板、Y型板及其连接部件、液压缸连接组件、侧板A连接部件以及侧板B连接部件。其中，C型板与Y型板之间通过连接销轴、支撑定位铜套连接，并通过液压缸连接组件、侧板A连接部件、侧板B连接部件分别与液压缸、侧板A、侧板B连接，液压缸通过六绞点连接结构驱动手臂关节转动。上述的液压缸连接组件主要通过连接头与液压缸螺纹连接并与防磨铜套过盈配合，并通过两个长铜套在支撑杆上轴向定位，支撑杆与铜套之间间隙配合，支撑杆两端采用卡簧定位，防止串动。上述的侧板A连接部件主要通过C型板与铜套之间过盈配合并与支撑轴间隙配合安装，支撑轴与侧板A过盈连接，支撑轴台阶限制侧板A与C型板之间存在安装空隙。上述的侧板B连接部件组要通过Y型板与铜套之间过盈配合并与支撑轴间隙配合安装，定位铜套与支撑轴过盈连接与侧板B过盈配合，支撑轴端部采用定位卡簧防止Y型板在支撑轴上串动。机械手工作时，液压缸驱动其连接组件、C型板、Y型板带动机械手侧板B手臂与侧板A手臂部分发生相对运动，其转角为180°，同时通过位置检测装置将机械手关节的角度、角加速度参数反馈回上位机以便于优化机械手关节控制。

[0029] 下面结合附图说明：

[0030] 本发明包括的部件有：侧板A1、支撑铜套2、液压缸3、C型板4、卡簧5、支撑杆6、防磨铜套A7、液压缸连接头8、侧板B9、底板B10、Y型板11、定位铜套12、定位卡簧13、支撑轴A14、防磨铜套B15、垫片A16、防磨铜套C17、支撑轴B18、连接销轴19、垫片B20、螺栓A21、螺母A22、垫片C23、螺栓B24、螺母B25、垫片D26、螺母C27、转动轴28、长铜套29、外壳O型圈30、安装卡簧31、深沟球轴承32、平垫片33、转轴O型圈34、旋转油封35、支撑轴C36、旋转变压器定子37、旋转变压器转子38、螺钉39、外壳40、底板A41、防磨铜套D42、支撑定位铜套43。

[0031] 如图1和图2所示，本发明阐述的是一种小型化水下液压机械手手臂关节结构，主要由机械臂、机械手关节驱动液压缸、位置检测装置以及六绞点连接机构组成。机械手手臂两侧板A1、底板A41通过由螺栓21、螺母22、垫片20组成的螺栓组件连接成机械手框架式手臂，在侧板1与底板41上可将不影响其刚度、强度部分铣掉以减少关节重量。同理，两侧板B9、底板B10通过两组螺钉组件连接组成机械手下一部手臂框架式结构。

[0032] 如图3、图8-a、图8-b所示，转动轴28通过螺钉39、垫片A16以及螺母C27、垫片D26分别于两侧板A1紧固连接；图示左侧深沟球轴承32过盈安装在侧板B9并同时与转动轴28过盈配合安装，并通过左侧平垫片33压紧定位左侧旋转油封35；同理，右侧深沟球轴承32与支撑轴C36、侧板B9过盈配合通过右侧平垫片33压紧定位旋转油封35，支撑轴C36与转动轴28之间间隙配合安装，并通过转轴O型圈34密封间隙；旋转变压器转子38与转动轴28过盈配合，转子38与两侧板B9之间存在间隙，用以防止转子38与两侧板B9相对运动时产生磨损，定子37通过两个半圆形安装卡簧31固定在外壳40上，外壳40通过螺钉与侧板B9紧固连接，并用O型圈30密封；旋转变压器输出信号线从外壳40中部通孔走线，并采用硫化方式密封通孔。

[0033] 如图1和图4所示，液压缸3尾部通过垫片C23、螺栓B24、螺母B25组成的螺栓组件与两侧板A1连接，并通过支撑铜套2将液压缸3尾部轴向定位于机械手手臂“U型框架”中间；液压缸3头部与液压缸连接头8螺纹连接。

[0034] 如图1、图5、图6、图7、图9、图10-a和图10-b所示，六绞点机构主要包括由C型板4、Y型板11及其连接部件、液压缸3连接组件、侧板A1连接部件以及侧板B9连接部件组成。C型板4与Y型板11之间通过连接销轴19、支撑定位铜套43连接；并通过液压缸连接组件、侧板A连接部件、侧板B连接部件分别与液压缸3、侧板A1、侧板B9连接。液压缸连接头8与液压缸3螺纹连接并与防磨铜套D42过盈配合，并通过两个长铜套29在支撑杆6上轴向定位，支撑杆6与长铜套29、防磨铜套D42、防磨铜套A7之间间隙配合，防磨铜套A7与C型板4过盈配合连接，支撑杆6两端采用卡簧5定位，防止支撑杆6轴向串动。侧板A连接部件：C型板4与防磨铜套C17之间过盈配合后与支撑轴B18间隙配合安装，支撑轴B18与侧板A1过盈连接，支撑轴B18台阶限制侧板A1与C型板4之间存在安装空隙。侧板B连接部件：Y型板11与防磨铜套B15之间过盈配合并与支撑轴A14间隙配合安装，定位铜套12分别于支撑轴A14和侧板B9过盈配合，支撑轴A14端部采用定位卡簧13卡紧，防止与Y型板11之间串动。

[0035] 这种实施方式的工作原理为：

[0036] 机械手两侧板A1、转动轴28与螺钉39、螺母27紧固连接，并与旋转变压器转子38过盈配合组成手臂1；旋转变压器定子37、外壳40、两侧板B9等组成手臂2。机械手工作时，液压缸3驱动其连接组件、C型板4、Y型板11带动机械手侧板B手臂2部分与侧板A手臂1部分发生相对运动，其转角为180°，同时通过位置检测装置将机械手关节的角度、角加速度参数反馈回上位机以便于优化机械手关节控制。旋转变压器内部通过旋转油封35和转轴O型圈34配合实现关节动密封，外壳40与外壳O型圈30静密封，旋转变压器输出信号线从外壳40中部通孔走线，并采用硫化方式密封通孔。