一种用于真空环境下的机械手爪的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机械爪领域，具体是一种用于真空环境下的机械手爪。
【背景技术】
[0002]受控核聚变研究是当今世界科学家为解决人类未来能源问题而开展的重大国际合作计划。EAST (ExperimentalAdvancedSuperconductingTokamak)正是为了在近堆芯的高参数条件下研究等离子体的稳态和先进运行，深入探索实现聚变能源的工程、物理问题而建造的核聚变实验装置。在装置放电期间，真空室第一壁部件石墨瓦由于处在高温高真空的运行环境下会有不同程度的损坏、甚至部分脱落。如果不及时对石墨瓦进行清理将会对装置的运行造成一定的影响。为了尽可能降低装置运行成本，一种在放电间隙对装置进行检测和维护并且不破坏真空环境的机械臂系统被研制出来。高温高真空(10-6pa)的环境给实现清理任务的机械臂末端执行器-手爪的结构设计带来了困难。而在现有的工业产品中很难找到一种适用于该环境的机械手爪结构。
[0003]目前国内外在复杂环境下的手爪设计一定的研究基础，比如应用在太空、深海或粉尘环境下的手爪都有较多成功的案例。但已有的设计无法同时满足手爪的结构尺寸以及EAST装置高温和不破坏真空环境的要求。
[0004]
【发明内容】
本发明的目的是提供一种用于真空环境下的机械手爪，以适用于托卡马克真空室高温真空环境，其采用滚珠丝杠传动，效率高、夹持力大，采用焊接波纹管密封，结构紧凑，保证其不污染真空环境，也可应用在工业领域，尤其适合在高真空、水下或粉尘环境下对目标物体进行抓取操作。
[0005]为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为:
一种用于真空环境下的机械手爪，其特征在于:包括有通管形的中心轴沿左右水平方向设置的驱动盒，驱动盒左端、右端盒口外周分别设有环台，且驱动盒左端盒口及环台上法兰连接有密封法兰，驱动盒右端盒口及环台上盖合安装有主密封盖，驱动盒内上部从左向右依次安装有编码器、电机、减速器，所述电机上贴设有温度传感器，编码器安装在电机主轴左端，电机主轴右端与减速器传动连接，所述减速器右侧通过减速器法兰固定在驱动盒内，减速器输出轴向右指向主密封盖，且减速器输出轴上安装有齿轮一，齿轮一右侧中心设有凸台，主密封盖上对应齿轮一位置固定有滚针轴承一，且齿轮一右侧的凸台转动安装在滚针轴承一中，所述密封法兰上对应编码器位置设有密封接头一，所述编码器的输出线、温度传感器的输出线、电机的电线分别从密封接头一引出；
所述驱动盒内下部安装有波纹管组件，所述波纹管组件由筒形部件、波纹管膜片构成，其中筒形部件中心轴沿左右水平方向设置，筒形部件左端中心向左连接有连接柱，所述密封法兰对应连接柱左端位置设有密封接头二，所述连接柱左端安装在密封法兰上对应位置的密封接头二中，且连接柱左端固定有钢丝绳，钢丝绳从密封接头二中穿出，所述波纹管膜片套在连接柱上，且波纹管膜片右端与筒形部件左端固定连接，波纹管膜片左端与密封法兰固定连接，筒形部件内同轴转动设置有滚珠丝杠，滚珠丝杠左端转动安装在连接柱中，滚珠丝杠右端从筒形部件穿出，位于筒形部件内的滚珠丝杠上螺合安装有丝杠螺母，且丝杠螺母右端与筒形部件右端之间通过平键连接，所述滚珠丝杠穿过筒形部件的右端上安装有齿轮二，所述齿轮二与齿轮一传动啮合，齿轮二右侧中心设有凸台，主密封盖上对应齿轮二位置固定有滚针轴承二，且齿轮二右侧的凸台转动安装在滚针轴承二中，滚珠丝杠上靠近齿轮二位置设有轴肩，驱动盒内下部位于滚珠丝杠上轴肩左、右侧分别设有推力球轴承，两推力球轴承分别套在滚珠丝杠上并与滚珠丝杠相对转动配合；
所述驱动盒前侧方向的密封法兰、主密封盖之间连接有主体平台，主体平台的台面竖向设置，且主体平台台面上位于上、下侧分别垂直连接有安装板，两安装板分别平行于主体平台上、下侧，且两安装板左端分别越过密封法兰后向下弯曲；
还包括沿前后方向设置的主动连杆、夕卜连杆一、从动连杆、夕卜连杆二，其中外连杆一后端与一个外连杆滑轮同轴转动安装在两安装板之间左端，主动连杆后端与一个主动连杆滑轮、一个不完全齿轮状的主动连杆齿轮同轴转动安装在两安装板之间左侧，外连杆二后端转动安装在两安装板之间右端吗，从动连杆后端与一个不完全齿轮状的从动连杆齿轮同轴转动安装在两安装板之间右侧，且从动连杆齿轮与主动连杆齿轮之间传动啮合，所述钢丝绳绕过外连杆滑轮后缠绕并固定在主动连杆滑轮上，所述主动连杆和外连杆一前端之间、从动连杆和外连杆二前端之间分别连接有手指组件，所述主动连杆、从动连杆上侧或下侧还分别与主体平台上对应侧安装板之间连接有复位弹簧。
[0006]所述的一种用于真空环境下的机械手爪，其特征在于:每侧的手指组件分别包括一对近似L形的手指框板构成的手指框板对，左侧手指框板对中两手指框板的L形底边分别通过销接轴销接在主动连杆、外连杆一的前端上、下侧上，右侧手指框板对中两手指框板的L形底边分别通过销接轴销接在从动连杆、外连杆二的前端上、下侧上，两侧手指框板对竖边相对，每侧手指框板对的竖边分别紧贴设置有柔性板，每侧手指框板对的竖边中间分别设有滑槽，所述柔性板上垂直连接有连接柱，且连接柱穿过对应手指框板对竖边的滑槽并伸入两手指框板之间，每个手指框板对中，两手指框板之间位于连接柱前、后方分别设置有压簧座，前、后方的压簧座分别向连接柱水平连接有压簧，前方压簧的后端、后方压簧的前端分别连接有压座，且压座分别通过弧形槽卡在连接柱前、后侧上，每个手指框板对中，两手指框板上位于连接柱柱端上、下侧还分别设置有压片座，两压片座之间连接有嵌入连接柱柱端的压片。
[0007]所述的一种用于真空环境下的机械手爪，其特征在于:滚珠丝杠上轴肩右侧的推力球轴承与齿轮二之间设有套在滚珠丝杠上的轴承挡板。
[0008]所述的一种用于真空环境下的机械手爪，其特征在于:两安装板中位于外连杆滑轮、主动连杆滑轮之间还转动安装有过渡轮，所述钢丝绳依次绕过外连杆滑轮、过渡轮后缠绕并固定在主动连杆滑轮上。
[0009]所述的一种用于真空环境下的机械手爪，其特征在于:所述波纹管组件中，筒形部件上在中心对称位置分别安装有滚珠销，所述驱动盒盒壁上对应滚珠销位置设有沿左右方向水平延伸的滑槽，且筒形部件上的滚珠销滑动安装在驱动盒盒壁上的滑槽中。
[0010]所述的一种用于真空环境下的机械手爪，其特征在于:所述密封法兰、主密封盖与对应侧的环台之间分别设有0型密封圈。
[0011]所述的一种用于真空环境下的机械手爪，其特征在于:所述的电机采用耐高温直流电机。
[0012]所述的一种用于真空环境下的机械手爪，其特征在于:所述的编码器采用绝对式编码器，通过测量电机的转动角度来计算出手指的开合距离，温度传感器采用贴片式铂电阻温度传感器，用于检测电机表面温度，防止电机在高温环境运行下烧毁。
[0013]所述的一种用于真空环境下的机械手爪，其特征在于:所述的不完全齿轮为完整齿轮的一部分，根据手爪的开合范围确定非完整齿轮的扇形区域的大小。
[0014]本发明中滚珠丝杠精度高、承受载荷大，电机机动力经减速器、一对齿轮和滚珠丝杠进行传输后，输出扭矩大大增加。滚珠丝杠将减速器输出的旋转运动转换为丝杠螺母的直线运动，两个推力球轴承安装在滚珠丝杠两侧用于轴向限位并承受轴向负载。
[0015]本发明中波纹管组件包括筒形部件、波纹管膜片，筒形部件、密封法兰分别与波纹管膜片焊接在一起，密封法兰与驱动盒通过螺栓固定并在接触面安装0型圈用于密封，筒形部件通过平键与丝杠螺母连接，丝杠螺母做直线运动带动波纹管组件进行伸缩运动，将复杂的旋转动密封转换为简单的波纹管静密封。
[0016]本发明中钢丝绳一端与波纹管组件中筒形部件固定，另一端通过外连杆滑轮、过渡轮与主动连杆上的主动连杆滑轮部分固定在一起，将钢丝绳的直线运动转换成主动连杆绕固定轴的旋转运动，主动连杆通过其上的不完全齿轮与从动连杆上的不完全齿轮啮合。
[0017]本发明中不完全齿轮为完整齿轮的一部分，可根据手爪的开合范围确定非完整齿轮的扇形区域的大小，从而使整体结构更加紧凑。
[0018]本发明中左手指组件和右手指组件结构相同，包括手指框板对，销接轴，柔性板，压簧，压片，连杆通过销接轴与手指框板相连，可自由转动，柔性板与手指框板连接，允许小范围内的转动和滑动，压簧在柔性板滑动方向施加阻尼力，压片在柔性板转动方向施加阻尼力，使手指在接触物体时