一种水下机械臂的制作方法

本实用新型涉及机械臂技术领域，尤其涉及一种水下机械臂。

背景技术：

在航天领域中，机械臂在太空中使用广泛，常常需要在地球上模拟其工作状况，可以以水来平衡重力，但常见的机械臂为电力驱动，难以保证其密封性，而常见的水下机械臂多为液压驱动，灵活性差，而且需要使用油管、油箱，机械臂运动常常受限制，使得实际工作时受到干扰多。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种水下机械臂，结构合理，使用方便，性能稳定，采用组合防水密封装置，不仅能够实现六自由度的灵活性能，还能满足水下环境中的密封性能，适合水下作业和训练等应用，同时设有双驱动装置，大大减少了实际应用中的风险，此外采用模块化设计结构，能够方便进行功能扩展和维护。

为解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种水下机械臂，其特征在于，包括底座、肩关节组、大臂杆、肘关节组、小臂杆和腕关节组，所述的底座的上部设有肩关节组，肩关节组的另一端通过大臂杆与肘关节组的一端相连接，肘关节组的另一端通过小臂杆与腕关节组相连，所述的底座包括内套管、外套管、配重台和调平座，其中底座的下部为配重台，配重台的底部设有10个调平座，配重台的上部通过螺钉与外套管连接，外套管内设有与内套管相匹配的锥形孔；所述的肩关节组和肘关节组的结构相同，均包括关节组一和关节组二，且两个关节组具有相同结构，相互连接处依次设有至少两个丁腈橡胶密封圈和至少一个格莱圈，两个肩关节组中的肩关节电机设置在肩关节固定外壳一端的电机支座上，肩关节电机轴通过轴承与减速器一相连接，减速器一的输出端通过减速箱与动力转换轴的一端连接，动力转换轴中部的侧面上设有与肩关节旋转外壳相固定连接的花键，动力转换轴的另一端通过手动减速箱与手动旋转轴相连接，手动旋转轴末端装有水密插头，肩关节固定外壳的内壁面上设有环形槽，肩关节旋转外壳的外壁上设有至少 4个与环形槽相匹配的楔形滑动块；腕关节组包括腕关节组一，腕关节组二和腕关节组三，三个关节组依次顺序连接，并具有相同的结构，每个关节组的固定外壳一端安装有封盖，另一端的内壁面上设有与旋转外壳外壁面上的滑块相匹配的环形槽，固定外壳中部的内壁面上和腕关节电机的外壁上分别设有相匹配的电机法兰，腕关节电机轴通过双列滚子轴承、深沟球轴承与减速器二的输入端相连，减速器二的输出端通过腕关节传动轴与旋转外壳相连接。

作为本方案的优选实施例，所述的外套管与内套管的侧壁上设有至少三个径向圆孔，外套管的径向圆孔处设有张紧弹簧，张紧弹簧的另一端设有限位活塞，限位活塞的活塞拉杆穿过张紧弹簧和径向圆孔伸出到外套管的外侧，活塞拉杆侧壁面的中部位置设有与固定销相匹配的固定孔。

作为本方案的优选实施例，所述的肩关节电机、轴承、减速器一、肩关节电机轴、减速箱、动力转换轴、手动减速箱和手动旋转轴均为空心结构。

作为本方案的优选实施例，所述的减速器一与动力转换轴之间设有压紧弹簧。

作为本方案的优选实施例，所述的动力转换轴的输入端和中部均具有花键结构，设花键宽度均为a，两花键最近距离为m,减速箱和减速器一均具有花键槽，设花键槽深度均为b,两花键槽最近距离为n,满足以下关系：

作为本方案的优选实施例，所述的肩关节组、肘关节组和腕关节组中的驱动电机均为双轴电机，远离减速器一端的轴上设有抱闸。

作为本方案的优选实施例，所述的肩关节固定外壳和肩关节旋转外壳，以及固定外壳和旋转外壳相接触的壁面上设有材质为聚四氟乙烯的耐磨套。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

结构合理，使用方便，性能稳定，采用组合防水密封装置，不仅能够实现六自由度的灵活性能，还能满足水下环境中的密封性能，适合水下作业和训练等应用，同时设有双驱动装置，大大减少了实际应用中的风险，此外采用模块化设计结构，能够方便进行功能扩展和维护。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例的机械臂立体结构示意图；

图2是本申请实施例的底座剖视结构示意图；

图3是本申请实施例的底座自锁结构剖视结构示意图；

图4是本申请实施例的肩关节组剖视结构示意图；

图5是本申请实施例的腕关节组剖视结构示意图；

图1-图5：1、底座，2、肩关节组，3、大臂杆，4、肘关节组，5、小臂杆，6、腕关节组，7、摄像头，8、内套管9、外套管，10、限位活塞，11、活塞拉杆，12、固定销，13、张紧弹簧，14、配重台，15、调平座，16、电机支座，17、肩关节电机，18、肩关节电机轴，19、抱闸，20、轴承，21、肩关节固定外壳，22、耐磨套，23、肩关节旋转外壳，24、减速器一，25、压紧弹簧，26、减速箱，27、动力转换轴， 28、动力切换法兰，29、手动减速箱，30、手动旋转轴，31、水密插头，32、手动轴法兰，33、滑动块， 34、封盖，35、静密封密封圈，36、固定外壳，37、腕关节电机抱闸，38、电机法兰，39、抱闸安装轴， 40、双列滚子轴承，41、腕关节电机轴，42、腕关节电机，43、深沟球轴承，44、减速器二，45、耐磨套，46、旋转外壳，47、腕关节传动轴，48、格莱圈，49、丁腈橡胶密封圈，50、固定外壳，51、滑块。

具体实施方式

本实用新型提供了一种水下机械臂，结构合理，使用方便，性能稳定，采用组合防水密封装置，不仅能够实现六自由度的灵活性能，还能满足水下环境中的密封性能，适合水下作业和训练等应用，同时设有双驱动装置，大大减少了实际应用中的风险，此外采用模块化设计结构，能够方便进行功能扩展和维护。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

如图1-图5所示，一种水下机械臂，包括底座1、肩关节组2、大臂杆3、肘关节组4、小臂杆5和腕关节组6，所述的底座1的上部设有肩关节组2，肩关节组2的另一端通过大臂杆3与肘关节组4的一端相连接，肘关节组4的另一端通过小臂杆5与腕关节组6相连，所述的底座1包括内套管8、外套管9、配重台14和调平座15，其中底座1的下部为配重台14，配重台14的底部设有10个调平座15，配重台 14的上部通过螺钉与外套管9连接，外套管9内设有与内套管8相匹配的锥形孔；所述的肩关节组2和肘关节组4的结构相同，均包括关节组一和关节组二，且两个关节组具有相同结构，相互连接处依次设有至少两个丁腈橡胶密封圈和至少一个格莱圈，两个肩关节组中的肩关节电机17设置在肩关节固定外壳21一端的电机支座16上，肩关节电机轴18通过轴承20与减速器一24相连接，减速器一24的输出端通过减速箱26与动力转换轴27的一端连接，动力转换轴27中部的侧面上设有与肩关节旋转外壳23相固定连接的花键，动力转换轴27的另一端通过手动减速箱29与手动旋转轴30相连接，手动旋转轴30末端装有水密插头31，肩关节固定外壳21的内壁面上设有环形槽，肩关节旋转外壳23的外壁上设有至少4个与环形槽相匹配的楔形滑动块33；腕关节组6包括腕关节组一，腕关节组二和腕关节组三，三个关节组依次顺序连接，并具有相同的结构，每个关节组的固定外壳36一端安装有封盖34，另一端的内壁面上设有与旋转外壳46外壁面上的滑块51相匹配的环形槽，固定外壳36中部的内壁面上和腕关节电机42的外壁上分别设有相匹配的电机法兰38，腕关节电机轴41通过双列滚子轴承40、深沟球轴承43与减速器二44的输入端相连，减速器二44的输出端通过腕关节传动轴47与旋转外壳46相连接。

其中，在实际应用中，所述的外套管9与内套管8的侧壁上设有至少三个径向圆孔，外套管9的径向圆孔处设有张紧弹簧13，张紧弹簧13的另一端设有限位活塞10，限位活塞10的活塞拉杆11穿过张紧弹簧13和径向圆孔伸出到外套管9的外侧，活塞拉杆11侧壁面的中部位置设有与固定销12相匹配的固定孔，安装时限位活塞10在张紧弹簧10的压紧下弹入外套管9的径向圆孔内，使内套管与外套管9固定，将固定销12插入活塞拉杆的圆孔内，使限位活塞10固定。

其中，在实际应用中，所述的肩关节电机17、轴承20、减速器一24、肩关节电机轴18、减速箱26、动力转换轴27、手动减速箱29和手动旋转轴30均为空心结构，整体结构的连接线均布置在结构内部的中心孔内，避免外部布线产生缠绕或杂乱问题，使得整个机构更加整洁。

其中，在实际应用中，减速器一24与动力转换轴27之间设有压紧弹簧25，动力转换轴27在压紧弹簧25的压紧下与减速器24的花键啮合。

其中，在实际应用中，动力转换轴27的输入端和中部均具有花键结构，设花键长度均为a，两花键最近距离为m,减速箱26和减速器一24均具有花键槽，设花键槽长度均为b,两花键槽最近距离为n,满足以下关系：

动力转换轴27在电机驱动状态下，仅有输入端的花键与减速箱26啮合，处于工作状态，在手动驱动状态下，仅有中部的花键与手动减速箱29啮合。

其中，在实际应用中，所述的肩关节组2、肘关节组4和腕关节组6中的驱动电机均为双轴电机，远离减速器一端的轴上设有抱闸19，当设备运行不正常时，可以对电机进行紧急制动，防止意外发生。

其中，在实际应用中，所述的关节固定外壳21和肩关节旋转外壳23，以及固定外壳36和旋转外壳 46相接触的壁面上设有材质为聚四氟乙烯的耐磨套45。

工作原理：正常使用时，底座1先整体沉入水中，肩关节组2、大臂杆3、肘关节组4、小臂杆5和腕关节组6组合安装在一起后，吊装沉入水中，利用外套管9与内套管8的锥孔定心，之后将吊装物完全沉入水中，将限位活塞10、活塞拉杆11插入外套管9与内套管8的径向圆周孔，张紧弹簧13会压紧限位活塞10，固定销12插入活塞拉杆11的通孔中，完成安装；反之，在拆卸时先拔出固定销12，拉动活塞拉杆11，从而使得限位活塞10拉出，再以吊装设备将外套管9之上的设备吊出。运动时，腕关节组6仅以电力驱动各个关节，通过腕关节电机42带动腕关节电机轴41，经过减速器二44减速后，使得旋转外壳 46旋转，形成腕关节运动。肩关节组2和肘关节组4具有相同的运动方式，在电力驱动时，肩关节电机 17驱动肩关节电机轴18，经过减速器一24和减速箱26的二级减速后，最终以动力转换轴27驱动带动肩关节旋转外壳23旋转，形成关节运动；在手动驱动时，手动旋转轴30上有花键和限位槽，用以切换手动操作，通过人力外载将手动旋转轴30推动，使减速器30与动力转换轴27分离，将电动旋转切换到手动旋转，手动旋转轴30上的花键与限位槽辅助实现动力传输切换，保证手动旋转与电动旋转互不影响，且手动旋转操作具有比电动旋转更高的优先级，使得在实际操作中出现意外可手动调节。各个关节单独运动，组合形成六自由度机械臂运动。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。