一种耐辐射机械臂及机器人的制作方法

1.本公开涉及机械臂技术领域，尤其涉及一种耐辐射机械臂及机器人。


背景技术：

2.机械臂在核辐射环境下工作时，若不采取防护措施，则会导致驱动器等零部件受损，严重影响使用寿命。现有技术中，检索到以下防护措施：
3.公开号为cn202169592u，名称为防辐射机械臂结构的中国实用新型专利，用不锈钢或防护铅板制造整个机械臂本体，重量大，制造成本高；公开号为cn107240428a名称为机器人防辐射装置的中国发明专利申请通过在机器人关节部位电路板表面涂覆硼粉，并在机器人关节部位外设置铅层防护罩，只能针对中子源，同时相应关节的活动范围受限制；公开号为cn105511328b名称为核电站机械臂及耐辐射两相步进电机驱动器的中国发明专利则采用如下方案：驱动器内的电子元器件上贴有防辐射材料，整个电路板外部由防辐射外壳包裹，整个电路板外部加装防辐射屏蔽盒，屏蔽盒外壳为双层结构，分别为重金属屏蔽层及中子有机复合屏蔽层；中子屏蔽层在最外侧，重金属屏蔽层在内侧，能有效吸收中子层屏蔽产生的次级γ射线，但驱动器多层防护结构增加了机械臂关节的尺寸，从而导致关节重量增加。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提供了一种耐辐射机械臂及机器人。
5.根据本公开的一个方面，一种耐辐射机械臂，包括：底座和至少一个关节组件；
6.每个所述关节组件均包括关节驱动电机；
7.所述底座包括铝合金外壳、设于所述铝合金外壳内的防护壳，所述防护壳内设置至少一个驱动器，每个所述驱动器与相应地所述关节驱动电机电连接；
8.所述防护壳为耐辐射壳体；
9.所述铝合金外壳用于支撑所述耐辐射机械臂。
10.根据本公开的至少一个实施方式，所述防护壳为多个，每个所述防护壳内设置至少一个驱动器。
11.根据本公开的至少一个实施方式，所述关节组件还包括：与所述关节驱动电机连接的关节编码器；所述关节编码器用于反馈所述关节驱动电机的旋转位置；
12.所述关节编码器为机械式绝对值编码器。
13.根据本公开的至少一个实施方式，所述关节组件还包括：连接轴和关节外壳，所述关节外壳内设置有输出连接法兰、关节减速器和关节抱闸；
14.所述关节减速器的输出端与所述输出连接法兰连接；
15.所述关节减速器的输入端、所述关节驱动电机、所述关节编码器、所述关节抱闸通过所述连接轴传动连接。
16.根据本公开的至少一个实施方式，所述关节组件至少包括第一肩关节组件、第二肩关节组件、肘关节组件和至少一个腕关节组件；
17.所述第一肩关节组件与所述底座传动连接；
18.大臂连杆分别与所述第二肩关节组件和所述肘关节组件传动连接；
19.小臂连杆分别与所述肘关节组件和所述第一腕关节组件传动连接。
20.根据本公开的至少一个实施方式，所述腕关节组件为三个，所述腕关节组件包括第一腕关节组件、第二腕关节组件和第三腕关节组件，其中，所述第一腕关节组件、第二腕关节组件和第三腕关节组件的结构相同，第二腕关节组件分别与第一腕关节组件和第三腕关节组件传动连接。
21.根据本公开的至少一个实施方式，所述大臂连杆呈直管状。
22.根据本公开的至少一个实施方式，所述小臂连杆呈l型管状。
23.根据本公开的至少一个实施方式，所述防护壳为铅壳、铅玻璃壳、硫酸钡壳、含硼聚乙烯壳中的一种。
24.一种机器人，包括如前述任一项所述的耐辐射机械臂。
25.本公开的有益效果是：将耐辐射机械臂各关节组件中的驱动器集中放置在底座中，并对底座做抗辐射处理。该设计方案既保证了耐辐射机械臂的关节组件不会增加无用质量，也省去了对驱动器控制电路板进行大量的防辐射处理，从而实现经济可靠的防辐射效果。本公开的耐辐射机械臂可在特定辐射环境下进行正常作业，不但填补了协作机械臂在防辐射领域的空白，而且极大提高了在辐射场景下的工作效率，有效的保障了辐射环境下一线工作人员的人生安全。
附图说明
26.附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
27.图1是根据本公开的实施方式的耐辐射机械臂的示意图。
28.图2是图1所示的耐辐射机械臂中底座的示意图。
29.图3是图1所示的耐辐射机械臂中管件组件的示意图。
30.图4是图1所示的耐辐射机械臂中小臂连杆的示意图。
31.附图标记：101-底座组件；102-第一肩关节组件；103-第二肩关节组件；104-大臂连杆；105-肘关节组件；106-小臂连杆；107-第一腕关节组件；108-第二腕关节组件；109-第三腕关节组件；110-末端法兰；201-铝合金外壳；202-防护壳；203-驱动器；204-端盖；301
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关节外壳；302-输出连接法兰；303-关节减速器；304-关节驱动电机；305-关节编码器；306-编码器安装板；307-关节抱闸；308-抱闸安装板；401-弯头；402-小臂杆。
具体实施方式
32.下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。
33.需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。
34.如图1至3所示，根据本公开的第一实施方式，提供了一种耐辐射机械臂，包括：底座和至少一个关节组件；每个关节组件均包括关节驱动电机304；底座包括铝合金外壳201、设于铝合金外壳201内的防护壳202，防护壳202内设置至少一个驱动器203，每个驱动器203与相应地关节驱动电机304电连接；防护壳202为耐辐射壳体；铝合金外壳201用于支撑耐辐射机械臂。
35.将驱动器203包裹在由耐辐射材料制成的防护壳202内，使驱动器203避免强辐射照射，从而避免增加各关节组件的重量。防护壳202可采用不锈钢等耐辐射材料制成，优选地，防护壳202为铅壳、铅玻璃壳、硫酸钡壳、含硼聚乙烯壳中的一种，耐辐射防护效果更好。
36.如图2所示，铝合金外壳201上端高于防护壳202的上端，铝合金外壳201下端低于防护壳202下端；防护壳202可通过螺纹连接或焊接等方式与铝合金外壳201连接，铝合金外壳201包裹在防护壳202外，用于支撑整个耐辐射机械臂。关节组件通过螺纹连接等方式连接至铝合金外壳201；
37.如图2所示，防护壳202包括筒体和封盖筒体上下两端开口的端盖204；筒体的内表面和两个端盖204合围形成容置空腔。驱动器203可通过螺纹连接等方式固定至容置空腔的腔壁。
38.根据本公开的一个实施方式，防护壳202可为多个，每个防护壳202内设置至少一个驱动器203。
39.根据本公开的一个实施方式，关节组件还包括：与关节驱动电机304连接的关节编码器305；关节编码器305用于反馈关节驱动电机304的旋转位置；关节编码器305为机械式绝对值编码器。
40.关节编码器305可用于获取关节驱动电机304的转动位置，从而可实现闭环控制，提高控制精度；与其他类型的编码器相比，机械式绝对值编码器自身即可抗辐照，从而避免单独增加防辐射处理。
41.根据本公开的一个实施方式，关节组件还包括：连接轴和关节外壳，关节外壳内设置有输出连接法兰302、关节减速器303和关节抱闸307；关节减速器303的输出端与输出连接法兰302连接；关节减速器303的输入端、关节驱动电机304、关节编码器305、关节抱闸307通过连接轴传动连接。
42.关节编码器305的动盘和关节抱闸307的动盘通过连接轴与关节减速器303的输入端和关节驱动电机304连接；关节编码器305的静盘可通过螺纹连接等方式连接至编码器安装板306；关节抱闸307的静盘可通过螺纹连接等方式连接至抱闸安装板308；抱闸安装板308和编码器安装板306均可通过螺纹连接等方式固定至关节外壳。
43.根据本公开的一个实施方式，关节组件至少包括第一肩关节组件102、第二肩关节组件103、肘关节组件105和至少一个腕关节组件；第一肩关节组件102与底座传动连接；大臂连杆104分别与第二肩关节组件103和肘关节组件105传动连接；小臂连杆106分别与肘关节组件105和第一腕关节组件107传动连接。
44.进一步地，根据本公开的一个实施方式，腕关节组件为三个，腕关节组件包括第一腕关节组件107、第二腕关节组件108和第三腕关节组件109，其中，第一腕关节组件107、第
二腕关节组件108和第三腕关节组件109的结构相同，第二腕关节组件108分别与第一腕关节组件107和第三腕关节组件109传动连接。
45.如图1所示，第一肩关节组件102的输出连接法兰302连接至铝合金外壳201；第二肩关节组件103的输出连接法兰302连接至第一肩关节组件102的关节外壳；大臂连杆104的两端分别与第二肩关节的关节外壳和肘关节组件105的关节外壳连接；小臂连杆106的两端分别与肘关节组件105的输出连接法兰302和第一腕关节组件107的关节外壳连接；第一腕关节组件107的输出连接法兰302与第二腕关节组件108的关节外壳连接；第二腕关节组件108的输出连接法兰302与第三腕关节组件109的关节外壳连接；第三腕关节组件109的输出连接法兰302为末端法兰110，用于连接其他工具。
46.根据本公开的一个实施方式，大臂连杆104呈直管状。
47.根据本公开的一个实施方式，小臂连杆106呈l型管状。如图4所示，小臂连杆106包括弯头401和小臂杆402；小臂杆402呈直管状，小臂杆402的一端与弯头401的一端通过螺纹连接等方式实现连接。
48.本公开还提供了一种机器人，包括如前述任一项所述的耐辐射机械臂。
49.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
50.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
51.本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。