一种用于高温真空环境下的机械臂关节制造技术

本发明专利技术公开了一种高温真空环境下使用的机械臂驱动关节，包括密封盖、主平台、薄壁轴承、旋转盖、关节连接公头、关节连接母头以及关节内部的驱动机构、密封机构。关节连接公头与主平台通过螺栓固定，密封盖与主平台通过螺栓固定，薄壁轴承固定在主平台上，旋转盖与薄壁轴承外圈紧配合并与关节连接件母头固定。电机、蜗杆减速器、蜗杆减速器固定板、谐波减速器固定板、谐波减速器连接件、谐波减速器组成关节驱动机构，固定在主平台上。曲轴组件和波纹管组件组成密封机构，密封机构的曲轴与驱动机构的谐波减速器输出部分相连，波纹管组件的法兰固定在主平台上。法兰轴偏心安装在旋转盖上，曲轴运动带动法兰轴做偏心运动，最终带动旋转盖转动。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及特殊环境下的机械臂领域，具体是一种用于高温真空环境下的机械臂关节。
技术介绍
为了应对未来全球所面临的能源危机问题，磁约束可控核聚变研究在世界范围内近年来一直是一个热点，其中认可度较高的一种装置称为托卡马克。托卡马克装置包含一个用于聚变反应发生的环状真空室，装置运行期间，真空室第一壁部件由于处在高温高真空的复杂环境会有不同程度的损坏。以EAST上的经验为例，即使是少量的更换维护，从打开真空室到最终恢复到原实验所要求的真空室状态，一般至少要花费10天时间。若以一天20万元运行费用计算，则停机维护的代价即为200万元及10天时间。为了提高装置运行效率，降低维护成本，先进的托卡马克要求在不破坏高真空环境（10-6Pa）及150℃左右的环境温度的条件下，能够在等离子体放电间隙对第一壁进行近距离观测以及对损伤部件进行快速维护。前端执行机构是给EAST多关节机械臂提供多功能作业的部件，针对于托卡马克真空室的高温高真空并且几何空间有限等环境特点，用于实时检测和维护的多功能前段执行器需要满足重量轻，灵活性好，可快速更换，前端可达目标范围足够等要求。如此多的苛刻要求，给多功能执行器的设计提出了一个难题。目前国际上类似解决方案中有法国Tore Supra的多关节内窥机械臂（AIA），能够在不破坏真空的条件下实现对真空室内部部件单一的内窥功能，在真空室内部小部件的快速维护方面仍有待研究。而在现有的国内机器人研究领域中，同样难以找出一种可以用于目标环境的多功能前端执行器设计方案，此专利技术模块化能实现执行器的两个自由度的运动，大大简化了多功能前端执行器的设计。目前国内外在机械臂驱动关节领域有很多成熟的设计，其中大量应用在工业机器人领域，工业机器人驱动关节一般具有高速、大扭矩、高强度和高精度等特点。而应用在水下的机械臂关节一般在输出轴部分采用密封圈密封或对整个关节或机械臂进行整体密封，应用在硅片传输线上的SCARA机器人多采用磁流体对输出轴部分进行真空密封。但考虑到托卡马克真空室维护机械臂的运行环境，即150℃环境温度，10-6pa真空度，同时机械臂本身不能对真空环境造成污染，并且要求外形小巧，结构紧凑，现有的无论是工业机器人领域还是复杂环境下的机器人领域都很难找到合适的方案。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于高温真空环境下的机械臂关节，采用曲轴和波纹管结合的方式将复杂的动密封结构转换成简单的静密封结构，整体结构紧凑，模块化程度高，可自由组合成多自由度机械臂。本专利技术也可应用在工业领域，尤其可用在高真空、水下或多粉尘环境复杂环境下。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种用于高温真空环境下的机械臂关节，其特征在于：包括主平台，主平台内有左右贯通主平台的通腔，主平台左端套装有关节连接公头，关节连接公头通过螺栓连接有罩盖在主平台左端外的密封盖，主平台右端转动套装有关节连接母头，关节连接母头通过螺栓连接有罩盖在主平台右端外的旋转盖，且旋转盖与主平台右端之间还相对转动安装有薄壁轴承；所述主平台通腔中位于左端腔口处设置有谐波减速器固定板，谐波减速器固定板朝向主平台通腔内的一面安装有谐波减速器，谐波减速器固定板朝向密封盖的一面紧贴安装有蜗杆减速器固定板，蜗杆减速器固定板上安装有蜗杆减速器，所述密封盖中嵌入安装有电机，所述电机输出轴与蜗杆减速器输入端传动连接，蜗杆减速器输出端通过减速器连接件与谐波减速器输入端连接；所述旋转盖内设有曲轴以及套在曲轴外的波纹管，所述曲轴、波纹管分别沿左右方向延伸，波纹管左端通过大法兰与主平台右端固定连接，波纹管右端设有小法兰，小法兰中心向波纹管内垂直成型圆柱体，圆柱体左端中心连接有圆柱头，且小法兰中心向圆柱体内同轴设有内孔，内孔中从外向内依次同轴安装有铜套一、铜套二、滚针轴承二，由波纹管、铜套一、铜套二、滚针轴承二构成波纹管组件，所述曲轴右端向曲轴内成型有大圆柱孔，大圆柱孔左端中心同轴连通有小圆柱孔，大圆柱孔内通过滚针轴承保持架同轴安装有滚针轴承一，由曲轴、滚针轴承一构成曲轴组件，所述波纹管组件中右端小法兰上的圆柱体转动安装在曲轴大圆柱孔内的滚针轴承一中，且圆柱体左端的圆柱头伸入小圆柱孔内，位于小圆柱孔内还设置有安装在圆柱头上的推力球轴承一，所述旋转盖内右端偏心安装有法兰轴，法兰轴左端中心同轴连接有凸头，且法兰轴轴身转动安装在波纹管组件中滚针轴承二中，滚针轴承二内还设有安装在法兰轴凸头上的推力球轴承二；还包括霍尔位置传感器、信号采集电路板、耐高温密封插头、贴片式温度传感器，所述信号采集电路板设置在密封盖内，霍尔位置传感器安装在波纹管左端大法兰及曲轴上，贴片式温度传感器贴设在电机表面，耐高温密封插头固定在密封盖上，所述霍尔位置传感器、贴片式温度传感器分别接入信号采集电路板，所述信号采集电路板的数据输出线以及电机的控制线分别与耐高温密封插头连接。所述的一种用于高温真空环境下的机械臂关节，其特征在于：所述波纹管左端大法兰与主平台右端之间设有氟橡胶密封圈一。所述的一种用于高温真空环境下的机械臂关节，其特征在于：所述谐波减速器固定板与谐波减速器之间设有氟橡胶密封圈二。所述的一种用于高温真空环境下的机械臂关节，其特征在于：所述谐波减速器输出法兰与曲轴之间设有氟橡胶密封圈三。所述的一种用于高温真空环境下的机械臂关节，其特征在于：所述蜗杆减速器固定板与蜗杆减速器之间设有氟橡胶密封圈四。所述的一种用于高温真空环境下的机械臂关节，其特征在于：所述主平台左端与密封盖之间设有氟橡胶密封圈五。所述的一种用于高温真空环境下的机械臂关节，其特征在于：所述曲轴大圆柱孔孔口处安装有压固滚针轴承一的滚针轴承挡圈，且滚针轴承挡圈套在波纹管组件中圆柱体上。所述的一种用于高温真空环境下的机械臂关节，其特征在于：通过关节连接公头和关节连接母头实现前后机械臂关节相连接，组成多自由度机械臂。所述的一种用于高温真空环境下的机械臂关节，其特征在于：所述霍尔位置传感器为分离式传感器，由磁环及传感器芯片组成，磁环固定在曲轴上，传感器芯片固定在波纹管组件的大法兰上。所述的一种用于高温真空环境下的机械臂关节，其特征在于：所述信号采集电路板负责采集关节的位置信息及运行过程中电机表面的温度信息，通过总线将处理过的信息传输到远程控制卡上。所述的一种用于高温真空环境下的机械臂关节，其特征在于：所述电机采用耐高温直流电机，贴片式温度传感器采用铂电阻温度传感器，用于检测电机表面温度，防止电机在高温环境运行下烧毁。本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术在机械臂关节上采用波纹管结合曲轴的密封方式，结构简单，重量轻。多处采用紧凑设计，外形尺寸小。2、可用于托卡马克真空室的维护。采用模块化方式组合成不同自由度的机械臂，可以在不破坏高温及真空环境的条件下对真空室内部部件进行维护。附图说明图1是本专利技术的外形结构示意图。图2是本专利技术的内部结构示意图。图3是本专利技术的驱动结构示意图。图4是图本专利技术的曲轴组件示意图，其中：图4a为外视图，图4b为剖视图。图5是本专利技术的波纹管组件示意图，其中：图5a为外视图，图5b为剖视图。图6是本专利技术的实施示例图。具体实施方式如图1-图5所示。一种用于高温真空环境下的机械臂关节，包括主平台26，主平台26内有左右贯通主平台26的通腔，主平台本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于高温真空环境下的机械臂关节，其特征在于：包括主平台，主平台内有左右贯通主平台的通腔，主平台左端套装有关节连接公头，关节连接公头通过螺栓连接有罩盖在主平台左端外的密封盖，主平台右端转动套装有关节连接母头，关节连接母头通过螺栓连接有罩盖在主平台右端外的旋转盖，且旋转盖与主平台右端之间还相对转动安装有薄壁轴承；所述主平台通腔中位于左端腔口处设置有谐波减速器固定板，谐波减速器固定板朝向主平台通腔内的一面安装有谐波减速器，谐波减速器固定板朝向密封盖的一面紧贴安装有蜗杆减速器固定板，蜗杆减速器固定板上安装有蜗杆减速器，所述密封盖中嵌入安装有电机，所述电机输出轴与蜗杆减速器输入端传动连接，蜗杆减速器输出端通过减速器连接件与谐波减速器输入端连接；所述旋转盖内设有曲轴以及套在曲轴外的波纹管，所述曲轴、波纹管分别沿左右方向延伸，波纹管左端通过大法兰与主平台右端固定连接，波纹管右端设有小法兰，小法兰中心向波纹管内垂直成型圆柱体，圆柱体左端中心连接有圆柱头，且小法兰中心向圆柱体内同轴设有内孔，内孔中从外向内依次同轴安装有铜套一、铜套二、滚针轴承二，由波纹管、铜套一、铜套二、滚针轴承二构成波纹管组件，所述曲轴右端向曲轴内成型有大圆柱孔，大圆柱孔左端中心同轴连通有小圆柱孔，大圆柱孔内通过滚针轴承保持架同轴安装有滚针轴承一，由曲轴、滚针轴承一构成曲轴组件，所述波纹管组件中右端小法兰上的圆柱体转动安装在曲轴大圆柱孔内的滚针轴承一中，且圆柱体左端的圆柱头伸入小圆柱孔内，位于小圆柱孔内还设置有安装在圆柱头上的推力球轴承一，所述旋转盖内右端偏心安装有法兰轴，法兰轴左端中心同轴连接有凸头，且法兰轴轴身转动安装在波纹管组件中滚针轴承二中，滚针轴承二内还设有安装在法兰轴凸头上的推力球轴承二；还包括霍尔位置传感器、信号采集电路板、耐高温密封插头、贴片式温度传感器，所述信号采集电路板设置在密封盖内，霍尔位置传感器安装在波纹管左端大法兰及曲轴上，贴片式温度传感器贴设在电机表面，耐高温密封插头固定在密封盖上，所述霍尔位置传感器、贴片式温度传感器分别接入信号采集电路板，所述信号采集电路板的数据输出线以及电机的控制线分别与耐高温密封插头连接。...

【技术特征摘要】
1.一种用于高温真空环境下的机械臂关节，其特征在于：包括主平台，主平台内有左右贯通主平台的通腔，主平台左端套装有关节连接公头，关节连接公头通过螺栓连接有罩盖在主平台左端外的密封盖，主平台右端转动套装有关节连接母头，关节连接母头通过螺栓连接有罩盖在主平台右端外的旋转盖，且旋转盖与主平台右端之间还相对转动安装有薄壁轴承；所述主平台通腔中位于左端腔口处设置有谐波减速器固定板，谐波减速器固定板朝向主平台通腔内的一面安装有谐波减速器，谐波减速器固定板朝向密封盖的一面紧贴安装有蜗杆减速器固定板，蜗杆减速器固定板上安装有蜗杆减速器，所述密封盖中嵌入安装有电机，所述电机输出轴与蜗杆减速器输入端传动连接，蜗杆减速器输出端通过减速器连接件与谐波减速器输入端连接；所述旋转盖内设有曲轴以及套在曲轴外的波纹管，所述曲轴、波纹管分别沿左右方向延伸，波纹管左端通过大法兰与主平台右端固定连接，波纹管右端设有小法兰，小法兰中心向波纹管内垂直成型圆柱体，圆柱体左端中心连接有圆柱头，且小法兰中心向圆柱体内同轴设有内孔，内孔中从外向内依次同轴安装有铜套一、铜套二、滚针轴承二，由波纹管、铜套一、铜套二、滚针轴承二构成波纹管组件，所述曲轴右端向曲轴内成型有大圆柱孔，大圆柱孔左端中心同轴连通有小圆柱孔，大圆柱孔内通过滚针轴承保持架同轴安装有滚针轴承一，由曲轴、滚针轴承一构成曲轴组件，所述波纹管组件中右端小法兰上的圆柱体转动安装在曲轴大圆柱孔内的滚针轴承一中，且圆柱体左端的圆柱头伸入小圆柱孔内，位于小圆柱孔内还设置有安装在圆柱头上的推力球轴承一，所述旋转盖内右端偏心安装有法兰轴，法兰轴左端中心同轴连接有凸头，且法兰轴轴身转动安装在波纹管组件中滚针轴承二中，滚针轴承二内还设有安装在法兰轴凸头上的推力球轴承二；还包括霍尔位置传感器、信号采集电路板、耐高温密封插头、贴片式温度传感器，所述信号采集电路板设置在密封盖内，霍尔位置传感器安装在波纹管左端大法兰及曲轴上，贴片式温度传感器贴设在电机表面，耐...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘洪涛，宋云涛，程勇，张宇，李阳，史善爽，赵文龙，
申请(专利权)人：中国科学院等离子体物理研究所，
类型：发明
国别省市：安徽;34