一种模块化快速拆装耐辐照关节模组及机械臂

本发明涉及特种机械臂，具体涉及一种模块化耐辐照机械臂关节模组及机械臂。

背景技术：

1、随着工业技术的发展，模块化、轻量化已成为各种类型机械臂的重要需求和发展方向。关节模组作为组成机械臂的核心单元，在机械臂模块化、轻量化设计中起着至关重要的作用。高性能、安全稳定、安装维护方便的关节模组为机械臂在多样化领域中的应用创造了可行性。

2、核退役设施长期处于放射性环境中，核废料上也存在着大量的放射性物质，因此利用机械臂辅助或代替人工在核辐射环境下完成相应作业的方式在核行业中被广泛的应用。在核辐射环境下，机械臂关节模组中的驱动器等控制电路系统成为最敏感的部件，极易受到辐射损伤。控制电路系统一旦受损，机械臂将无法正常工作，其检修和维护变得极其困难。模块化关节模组能较好地解决机械臂快速拆装的问题，最大限度地在最短时间内完成检修和维护工作。

3、现有的机械臂大多数不具备耐辐照特性，无法在核环境下长时间高精度作业，也不能根据检修和维护的需求快速拆卸、安装关节模组。公开号为cn110733030b，名称为一种模块化可快速拆装机械臂的中国发明专利，其通过齿形接口法兰的啮合连接实现关节模组的快速拆装，但其不具备耐辐照特性，不能在核辐射环境下长时间作业；公开号为cn209986947u，名称为一种关节模组及机械臂的中国实用新型专利，其利用螺纹固定连接两个关节模组，该种连接方式仍比较复杂，且其不具备耐辐照特性，不能在核辐射环境下长时间工作；公开号为cn114083525a，名称为一种耐辐射机械臂及机器人的中国发明专利，其驱动器集中安装在机械臂底座，可在核辐射环境下工作，但不能根据使用需求快速拆卸和安装关节模组，不便于检修和维护；公开号为cn112372664b，名称为一种高集成模块化协作机器人关节模组的中国发明专利，其通过设置支柱支撑连接驱动器安装座和制动器安装座，便于安装和拆卸，在关节模组上设计有轴向和径向定位以及连接孔，实现关节与关节之间的快速拼接，防止连接处出现松动和间隙，但其并不具备耐辐照特性，不能在核辐射环境下长时间工作。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。一种模块化耐辐照机械臂关节模组连接装置，包括：底座、六个关节模组、两个机械臂；其特征在于：

2、六个关节模组包括第一肩关节模组、第二肩关节模组、肘关节模组、第一腕关节模组、第二腕关节模组、第三腕关节模组；

3、两个机械臂包括大臂连杆、小臂连杆；

4、第一肩关节模组与底座传动连接；第二肩关节模组与第一肩关节模组传动连接；大臂连杆分别与第二肩关节模组和肘关节模组传动连接；小臂连杆分别与肘关节模组和第一腕关节模组传动连接；第二腕关节模组分别与第一腕关节模组和第三腕关节模组传动连接；

5、进一步地，第一肩关节模组的快插接头与底座外壳上部的连接管套齿形啮合连接；

6、第二肩关节模组的快插接头与第一肩关节模组的连接管套齿形啮合连接；

7、大臂连杆两端的快插接头分别与第二肩关节模组的连接管套和肘关节模组的连接管套齿形啮合连接；

8、小臂连杆两端的快插接头分别与肘关节模组的连接管套和第一腕关节模组的连接管套齿形啮合连接；

9、第一腕关节模组的快插接头与第二腕关节模组的连接管套齿形啮合连接；

10、第二腕关节模组的快插接头与第三腕关节模组的连接管套齿形啮合连接；

11、第三腕关节模组的快插接头上预安装有连接快换工具头的锁紧套、钢珠和连接管套，可实现与快换组件的快速拆装。

12、本发明还提供了一种用于模块化快速拆装耐辐照关节模组，包括连接模块、驱动模块、减速模块、制动模块、控制模块、防辐射模块，其特征在于：

13、连接模块能够快速组装和拆卸关节模组；

14、驱动模块能够为关节模组的驱动提供动力；

15、减速模块能够为关节模组传递动力和运动；

16、制动模块能够在紧急情况下停止关节电机的运动，起着保护关节模组的作用；

17、控制模块能够利用反馈数据精确地控制关节电机的运动；

18、防辐射模块能够加固关节模组非输出端的辐射屏蔽效果。

19、进一步地，连接模块包含快插接头、快插公头、外壳、快插母头、连接管套、

20、快插接头与输出反馈空心轴、谐波减速器连接；快插接头呈阶梯筒状，较小半径的外壁上有齿形接口，与连接管套齿形相互啮合连接，起着传递径向扭矩的作用；

21、快插公头与输出反馈空心轴通过焊接等方式连接；快插公头内预安装有若干个快插公芯；

22、快插母头与外壳连接；快插母头内预安装有若干个快插母芯；

23、在两个关节模组快速装配时，快插公芯插入快插母芯中形成配合；

24、进一步地，还包括钢珠、锁紧套、解锁柱；锁紧套安装在外壳上，与外壳内壁之间存在间隙；锁紧套外壁上有若干个解锁柱，解锁柱与锁紧套连接，能够通过拨动解锁柱，实现快速连接多个关节模组的功能；钢珠安装在连接管套的外壁通孔上，位于连接管套外壁和锁紧套内壁之间；两个关节模组处于解锁状态时，钢珠位于锁紧套内壁的凹槽处，与连接套管、锁紧套之间存在间隙，能够在二者之间自由运动；当钢珠从锁紧套内壁的凹槽中运动至非凹槽处时，钢珠紧贴着锁紧套内壁，两个关节模组相互间无法分离，关节处于锁定状态。

25、进一步地，驱动模块包含输出反馈空心轴、电机输出管套、关节驱动电机；

26、关节驱动电机定子外壁与外壳的内壁连接，关节驱动电机定子内壁为通电线圈，关节驱动电机转子外壁为永磁体，关节驱动电机转子内壁与电机输出管套外壁和减速器输入管套外壁传动连接；

27、电机输出管套内壁与输出反馈空心轴通过过盈配合方式连接；

28、进一步地，减速模块包含谐波减速器、减速器输入管套；

29、谐波减速器与外壳、减速器输入管套、快插接头、输出反馈空心轴连接；谐波减速器定子与外壳固定连接，谐波减速器转子与减速器输入管套、快插接头固定连接；谐波减速器转子与输出反馈空心轴传动连接；谐波减速器与关节驱动电机同轴。

30、进一步地，制动模块包含制动器；制动器包括制动器定子与制动器转子；制动器定子与安装件连接，安装件与外壳连接，制动器转子与电机输出管套外壁传动连接；制动器与关节驱动电机同轴；当制动器电磁阀通电时，制动器的刹车抱闸打开；当制动器电磁阀断电时，制动器刹车抱闸关闭，制动器转子与电机输出管套之间产生摩擦力矩，起着机械刹车制动的作用；

31、进一步地，控制模块包含旋转变压器、安装件、编码器安装件、驱动器、编码器；旋转变压器包括旋转变压器定子与旋转变压器转子；旋转变压器定子与安装件连接，安装件与外壳连接，旋转变压器转子与电机输出管套外壁传动连接；旋转变压器与关节驱动电机同轴，用于反馈关节驱动电机的转动位置；编码器与编码器安装件、输出反馈空心轴连接；编码器包括编码器定子与编码器转子；编码器定子与编码器安装件固定连接，编码器安装件通过螺柱与安装件、防辐射后盖组件连接，编码器转子与输出反馈空心轴传动连接；编码器与关节驱动电机同轴，用于获取关节驱动电机的转动位置。

32、该发明还提供了一种机械臂，具有所述的模块化快速拆装耐辐照关节模组。

33、本发明的有益效果是：每一个关节模组内均选用耐辐照的电子元器件及驱动元件，并对其进行物理屏蔽，提高每个模组的耐辐照性能；采用模块化设计，检修维护时可快速拆卸损坏关节模组而不影响其他关节模组；快插接头和连接套管连接处有齿形接口，两个关节模组相对转动时，齿形产生的啮合效果好，连接安全可靠；采用快插接口，可在发生辐照故障时快速更换关节模组；锁紧套外壁上的若干解锁柱可通过其他辅助插拔关节模组，尤其是在核辐射环境下，可借助外部主从机械手或动力机械手拨动解锁柱，快速拆卸、更换某个损坏关节模组，减少人工受到的辐射影响。关节模组连接装置采用机械方式限位、固定有效提升了耐辐照性能，避免了传统气动式快换装置在辐射环境下气路及密封材料性能退化导致的连接失效问题。