[实用新型]一种水下三自由度机械臂

说明书

技术领域

本实用新型涉及水下机器人技术领域，特别涉及一种水下三自由度机械臂。

背景技术

三自由度机械臂是水下机器人进行水下工作时的作业工具，整个机械臂拥有小臂的俯仰运动，手腕的回转运动以及爪部的开合运动共3个自由度，水下多轴的机械臂，大多以液压系统作为其动力源；如中国专利号104084947A公开的一种七功能水下机械臂系统，包括手爪、腕、第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、第五关节，第一关节包括底座、第一液压缸，第二关节包括第一连杆、第二液压缸，第三关节包括第二连杆、第三液压缸，第四关节包括第三连杆、第四液压缸，第五关节包括第四连杆、第五液压缸；第一液压缸安装在底座上，第一液压缸的单出杆活塞与第一连接杆相连，第二液压缸安装在第一连接杆上，第二液压缸的单出杆活塞与第二连接杆相连，第三液压缸安装在第二连杆上，第三液压缸单出杆活塞与第三连接杆相连，第四液压缸安装在第三连杆上，第四液压缸的单出杆活塞与第四连接杆相连，第五液压缸安装在第四连杆上，腕包括连接件、旋转马达、第五连接杆，旋转马达固定在第五连接杆上，连接件与旋转马达的输出端相连，第五液压缸的单出杆活塞与第五连接杆相连，手爪相对布置的面上均设置锯齿结构。

然而液压系统体积庞大，重量较大，难以与中小型水下机器人相匹配；另外，以液压系统作为动力源的三自由度机械臂有余零件众多，零件加工较为复杂，使机械臂加工和维修的成本较高。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种水下三自由度机械臂，相比于水下机械臂常用的液压系统，本机械臂采用细长型的直流减速电机作为动力源，将各部件进行模块化设计，方便装配和检修；各节臂的壳体均采用圆柱形的外形，使壳体内部空间得到了充分的利用，减轻了整体结构的重量，零部件空间布置合理，结构紧凑；与俯仰控制机构连接的俯仰驱动单元的布置方式可以选择电机与关节输出轴平行布置或电机与关节输出轴垂直布置，平行布置时会使整个关节外径尺寸变大，增大整个机械臂重量，并会使机械臂运动时受到的水阻力增加；垂直布置时可以考虑蜗轮蜗杆和锥齿轮两种传动方式，但由于减速电机输出的扭矩较大，对传动机构要求较高，且应用于水下时齿轮箱涉及到密封问题，该两种种传动方式并不合适，因此本实用新型中采用丝杆传动的方式杆将电机旋转运动转化为螺母的直线运动，利用连杆实现小臂的俯仰动作；该种传动方式自带限位和自锁功能，能够保证动作的准确性，并且丝杆传动对减速机输出运动进行了进一步的减速，降低了对行星齿轮箱和电机的要求。

为解决上述问题，本实用新型提供以下技术方案：

一种水下三自由度机械臂，包括大臂壳体、小臂壳体、腕部壳体、用于连接大臂壳体和小臂壳体的俯仰控制装置、用于连接小臂壳体和腕部壳体的回转控制装置、用于连接小臂壳体和腕部壳体的开合控制装置以及可旋转式的安装于开合控制装置上的手爪；所述大臂壳体、小臂壳体和腕部壳体均为圆筒形壳体。

进一步地，所述俯仰控制装置包括设于大臂壳体内的俯仰驱动单元和设于大臂壳体前部并与俯仰驱动单元传动连接的第一丝杆传动机构；所述大臂壳体的前部通过螺钉安装有大臂密封法兰和大臂减速机法兰；所述俯仰驱动单元通过螺钉与大臂减速机法兰连接；所述第一丝杆传动机构通过螺钉与大臂密封法兰连接。

进一步地，所述俯仰驱动单元包括设有大臂壳体内的大臂减速机、大臂电机和大臂编码器；所述大臂减速机通过螺钉固定于大臂减速机法兰上；所述大臂减速机的输出轴上安装有大臂减速机联轴器，大臂减速机联轴器依次穿过大臂减速机法兰和大臂密封法兰延伸至大臂壳体外部；所述大臂密封法兰与大减速机联轴器之间安装有密封圈。

进一步地，所述第一丝杆传动机构包括通过螺钉与大臂密封法兰连接的第一框架、通过螺钉固定于第一框架内的第一端块组、安装于第一端块组上的第一丝杆、套设于第一丝杆上的第一丝杆滑块、可旋转式的安装于第一框架前部的抱箍和连接第一丝杆滑块和抱箍的第一连杆；所述第一丝杆的输入端与大臂减速机联轴器连接；所述抱箍与小臂壳体固定连接。