一种水下机器人单自由度旋转关节的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种水下机器人单自由度旋转关节，该关节是通过使用杠杆原理驱动关节转动，通过轴部密封实现紧凑防水的机构，属于机器人领域
【背景技术】
[0002]由于海洋资源开发需求，近年来仿生水下推进机器人受到国内外学者的广泛关注。为适应直线驱动器通过杠杆原理驱动关节转动，水下机器人单自由度旋转关节的设计是必不可少的。杠杆驱动为直线驱动器，如气动肌肉和气缸等，提供了简易的驱动方式。但是，这样造成杆件之间相互连接不利于关节的密封与杆件壳体的安装。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为了解决现有的水下机器人单自由度旋转关节易造成杆件之间相互连接不利于关节的密封与杆件壳体安装的问题，进而提供一种水下机器人单自由度旋转关节。
[0004]本发明的技术方案是:一种水下机器人单自由度旋转关节，它包括固定基座、旋转基座、旋转轴、静密封机构、动密封机构、第一轴承、杠杆、两个驱动器和编码器，
[0005]固定基座和旋转基座上下设置，旋转轴竖直穿设在固定基座和旋转基座内，旋转轴与固定基座和旋转基座之间的连接处通过动密封机构密封，旋转基座内通过静密封机构与旋转轴密封连接，编码器安装在固定基座内的旋转轴的上端，杠杆和第一轴承依次套装在旋转轴上，杠杆与旋转轴的上部相互配合实现联动，两个驱动器的末端分别与杠杆的一端连接；
[0006]静密封机构包括第一密封圈、旋转筋骨和螺钉，伸入到旋转基座内的旋转轴下部设有静密封阶梯台肩，旋转筋骨的设有多个筋骨台肩，旋转筋骨套装在旋转轴下部的静密封阶梯台肩上，静密封阶梯台肩上部外侧壁与旋转筋骨之间留有静密封空隙，第一密封圈套装在静密封空隙内，螺钉穿设在旋转筋骨的下部；
[0007]动密封机构包括第二密封圈、V型密封圈和套筒，第二密封圈套装在旋转轴的外侧壁上，且第二密封圈与固定基座的壳体之间留有储油腔室，V型密封圈套装在旋转轴上并位于固定基座的壳体的下部内侧壁与旋转基座的上端之间，套筒套装在旋转轴的外侧壁上，且位于V型密封圈的下端。
[0008]本发明与现有技术相比具有以下效果:
[0009]1.本发明提出了一种直线驱动器驱动关节转动的关节机构，利用杠杆机构驱动关节轴连接转动部件实现转动。旋转基座、旋转轴和杠杆通过连接件固连一起，形成一个整体，突出的旋转轴部分和杠杆插入基座中，使基座与旋转基座之间的转动等效为基座与旋转轴之间的转动，这样将基座和旋转基座之间杠杆作用变为基座与旋转轴之间的杠杆连接，所需的连接点放置在了基座内部。基座与旋转基座之间的连接间隙仅为旋转轴和基座壳体之间的间隙，通过套装在旋转轴上的动密封装置实现转动密封。V型密封圈5-2为橡胶材质，紧套在旋转轴上，实现旋转轴与V型密封圈的密封，V型密封圈的另一端与基座壳体相接触，关节转动时存在相对转动，但是柔软的V型密封圈紧贴在基座壳体表面，保障相对转动处的密封。第二密封圈5-1与基座壳体形成的密封油腔室中充满密封油，由于第二密封圈紧套在旋转轴上，外缘与基座壳体间隙很小，从而保障密封油停留在V型密封圈与第二密封圈之间，组织从V型密封圈漏掉的液体进入基座壳体内。
[0010]而旋转基座内部因为装配形成的间隙则通过静密封装置实现关节处的良好密封效果。综上所述，本发明简化了关节结构与密封结构。为骨骼-关节式水下机器人提供了一种关节转动方案。
【附图说明】
[0011]图1为本发明的整体结构外部示意图；图2为图1在B-B处的关节处的剖面示意图；图3为本发明关节轴处局部剖面视图。
【具体实施方式】
[0012]【具体实施方式】一:结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式一种水下机器人单自由度旋转关节，它包括固定基座1、旋转基座2、旋转轴3、静密封机构4、动密封机构5、第一轴承6、杠杆7、两个驱动器8和编码器9，
[0013]固定基座1和旋转基座2上下设置，旋转轴3竖直穿设在固定基座1和旋转基座2内，旋转轴3与固定基座1和旋转基座2之间的连接处通过动密封机构5密封，旋转基座2内通过静密封机构4与旋转轴3密封连接，编码器9安装在固定基座1内的旋转轴3的上端，杠杆7和第一轴承6依次套装在旋转轴3上，杠杆7与旋转轴3的上部相互配合实现联动，两个驱动器8的末端分别与杠杆7的一端连接；
[0014]静密封机构4包括第一密封圈4-1、旋转筋骨4-2和螺钉4-3，伸入到旋转基座2内的旋转轴3下部设有静密封阶梯台肩，旋转筋骨4-2的设有多个筋骨台肩，旋转筋骨4-2套装在旋转轴3下部的静密封阶梯台肩上，静密封阶梯台肩上部外侧壁与旋转筋骨4-2之间留有静密封空隙，第一密封圈4-1套装在静密封空隙内，螺钉4-3穿设在旋转筋骨4-2的下部；
[0015]动密封机构5包括第二密封圈5-1、V型密封圈5-2和套筒5-3，第二密封圈5-1套装在旋转轴3的外侧壁上，且第二密封圈5-1与固定基座1的壳体之间留有储油腔室，V型密封圈5-2套装在旋转轴3上并位于固定基座1的壳体的下部内侧壁与旋转基座2的上端之间，套筒5-3套装在旋转轴3的外侧壁上，且位于V型密封圈5-2的下端。
[0016]本实施方式的水下机器人关节的机构包括固定基座1和旋转基座2，对应于仿生机器人分别为关节连接的两肢体，旋转轴3通过静密封机构4与旋转基座2固连，通过动密封机构5和轴承6与固定基座1相连，固定基座1中的驱动器8通过杠杆7驱动旋转轴3连接旋转基座2转动，通过编码器9获取关节的转动角度。
[0017]本实施方式的第一密封圈4-1是通过第一密封圈的A面和B面与周围部件的贴紧实现密封，旋转轴3下端的筋骨台肩与旋转筋骨2-2配合传递转矩，且通过螺钉紧定保证同步转动。
[0018]本实施方式的储油腔室，用于储存密封油，V型密封圈5-2与套筒5-3配合，上下分别顶住固定基座1的壳体和旋转基座2的旋转壳体形成第二道密封，旋转轴3通过第一轴承6连接固定基座1。
[0019]本实施方式中通过关节轴3与转动基座2的静密封机构4阻隔了上下两基座之间的水进入旋转壳体内，通过关节轴3与固定基座1之间的动密封机构5阻隔了上下两基座之间的水在转动过程中进入固定基座1内。
[0020]本实施方式的杠杆7通过轴肩定位，放置在两轴承之间，与旋转轴3上部轴肩配合实现联动，最终实现杠杆7与旋转基座2的联动。
[0021 ]本实施方式的编码器9壳体与固定基座1固定连接，编码器9通过其D型轴与旋转轴3配合相连，跟随关节轴3转动实现角度的测量。
[0022]【具体实施方式】二:结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的旋转轴3上设有外突台肩，杠杆7卡套在旋转轴3的外突台肩上。如此设置:为杠杆提供定位。其它组成和连接关系与【具体实施方式】一相同。
[0023]【具体实施方式】三:结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的编码器9的输出端为D型轴。如此设置的益处是:便于与旋转轴3连接。其它组成和连接关系与【具体实施方式】二相同。
[0024]【具体实施方式】四:结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式还包括连接件10和第二轴承11，旋转轴3的上部设有连接轴肩，第二轴承11套装在连接轴肩上，连接件10安装在旋转轴3上，编码器9的D型轴通过连接件10与旋转轴3的上端连接。如此设置的益处是:连接方便准确。其它组成和连接关系与【具体实施方式】一、二或三相同。
[0025]请补充本发明的工作原理部分。
[0026]本发明关节通过杠杆原理拉动杠杆相对基座旋转。其中，旋转基座、旋转轴和杠杆通过连接件固连一起，形成一个整体，驱动器一端连接基座，另一端连接杠杆，驱动关节转动。而基座与旋转基座之间的连接间隙仅为旋转轴和基座壳体之间的间隙，通过套装在旋转轴上的动密封装置实现转动密封。而旋转基座内部因为装配形成的间隙则通过静密封装置实现关节处的良好密封效果。
【主权项】
1.一种水下机器人单自由度旋转关节，其特征在于:它包括固定基座(1)、旋转基座(2)、旋转轴(3)、静密封机构(4)、动密封机构(5)、第一轴承(6)、杠杆(7)、两个驱动器(8)和编码器(9)， 固定基座(1)和旋转基座(2)上下设置，旋转轴(3)竖直穿设在固定基座(1)和旋转基座(2)内，旋转轴(3)与固定基座(1)和旋转基座(2)之间的连接处通过动密封机构(5)密封，旋转基座(2)内通过静密封机构(4)与旋转轴(3)密封连接，编码器(9)安装在固定基座(1)内的旋转轴(3)的上端，杠杆(7)和第一轴承(6)依次套装在旋转轴(3)上，杠杆(7)与旋转轴(3)的上部相互配合实现联动，两个驱动器(8)的末端分别与杠杆(7)的一端连接； 静密封机构(4)包括第一密封圈(4-1)、旋转筋骨(4-2)和螺钉(4-3)，伸入到旋转基座(2)内的旋转轴(3)下部设有静密封阶梯台肩，旋转筋骨(4-2)的设有多个筋骨台肩，旋转筋骨(4-2)套装在旋转轴(3)下部的静密封阶梯台肩上，静密封阶梯台肩上部外侧壁与旋转筋骨(4-2)之间留有静密封空隙，第一密封圈(4-1)套装在静密封空隙内，螺钉(4-3)穿设在旋转筋骨(4-2)的下部； 动密封机构(5)包括第二密封圈(5-1)、V型密封圈(5-2)和套筒(5-3)，第二密封圈(5-1)套装在旋转轴(3)的外侧壁上，且第二密封圈(5-1)与固定基座(1)的壳体之间留有储油腔室，V型密封圈(5-2)套装在旋转轴(3)上并位于固定基座(1)的壳体的下部内侧壁与旋转基座(2)的上端之间，套筒(5-3)套装在旋转轴(3)的外侧壁上，且位于V型密封圈(5-2)的下端。2.根据权利要求1所述的一种水下机器人单自由度旋转关节，其特征在于:旋转轴(3)上对称设有两切面，并形成外突台肩，杠杆(7)卡套在旋转轴(3)的外突台肩上，杠杆(7)并与旋转轴(3)的两切面配合实现联动。3.根据权利要求2所述的一种水下机器人单自由度旋转关节，其特征在于:编码器(9)的输出端为D型轴，与旋转轴(3)同步转动，编码器(9)壳体卡接在固定基座(1)的壳体中。4.根据权利要求1或3所述的一种水下机器人单自由度旋转关节，其特征在于:它还包括连接件(10)和第二轴承(11)，旋转轴(3)的上部设有连接轴肩，第二轴承(11)套装在连接轴肩上，连接件(10)安装在旋转轴(3)上，编码器(9)的D型轴通过连接件(10)与旋转轴(3)的上端连接。
【专利摘要】一种水下机器人单自由度旋转关节，它涉及一种单自由度旋转关节。本发明为了解决现有的水下机器人单自由度旋转关节易造成杆件之间相互连接不利于关节的密封与杆件壳体安装的问题。本发明的旋转轴(3)竖直穿设在固定基座(1)和旋转基座(2)内，旋转轴(3)与固定基座(1)和旋转基座(2)之间的连接处通过动密封机构(5)密封，旋转基座(2)内通过静密封机构(4)与旋转轴(3)密封连接，编码器(9)安装在固定基座(1)内的旋转轴(3)的上端，杠杆(7)和第一轴承(6)依次套装在旋转轴(3)上，杠杆(7)与旋转轴(3)上部两切面配合实现联动，两个驱动器(8)的末端分别与杠杆(7)的一端连接。本发明尤其适用于仿青蛙游动机器人中。
【IPC分类】B25J17/00, F16J15/06, F16J15/18
【公开号】CN105459147
【申请号】CN201610049096
【发明人】樊继壮, 赵杰, 张伟, 孔彭城
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2016年1月25日