一种用于核环境的机械臂腕关节制造技术

本发明专利技术公开了一种用于核环境的机械臂腕关节，通过回转体相对主结构转动，通过回转驱动回转电机驱动，并通过反力矩电机提供反向力矩消除传动背隙；伸缩体相对主结构伸缩运动，通过伸缩驱动电机驱动，再通过齿轮齿条传动机构的传动，实现导向和周向限位；在回转体和伸缩体的带动下，实现主结构的转动运行，从而使整个腕关节实现回转和伸缩两个自由度的无背隙高精度运动，为其末端工具提供驱动力，完成核环境下的工作。

【技术实现步骤摘要】
一种用于核环境的机械臂腕关节
本专利技术属于机器人
，更为具体地讲，涉及一种用于核环境的机械臂腕关节。
技术介绍
核设施退役、放射性废物处理、核设施维护等作业的工作环境具有强放射性和非结构化(环境内设施尺寸多变且未知)的特点，在该环境内工作的机械臂需要具备较强的防护性、可操作性、易维护性和较高的精度。腕关节是机械臂的末端关节，直接影响机械臂的整体性能。在现有技术中，腕关节的自由度均为转动自由度，在狭小的非结构化空间操作时容易碰撞，且具有一定传动背隙，影响传动精度；此外，腕关节一般和机械臂其他关节形成一个整体，不易拆卸和维护，而电机和减速器一般有外露，造成防护性不强。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于核环境的机械臂腕关节，在狭小非结构化空间作业时不易碰撞，且防护性强，容易整体拆卸和维护，消除了传动背隙导致的传动误差。为实现上述专利技术目的，本专利技术为一种用于核环境的机械臂腕关节，其特征在于，包括：主结构、回转体和伸缩体；主结构，安装有回转体、回转电机和反力矩电机，以及进线端法兰和电滑环；回转体与主结构同轴心安装，并通过轴承与主结构连接，使回转体可相对主结构做回转运动；回转体通过一级或多级齿轮传动与回转电机的输出轴相连，并通过一级或多级齿轮传动与反力矩电机的输出轴相连；所述的电滑环包括定子部分和转子部分；定子部分与主结构相固定，转子部分与回转体相固定，定子部分和转子部分可相对转动并实现多路电信号的传导；定子部分的进线端子上连接有电滑环接入线缆，转子部分的出线端子上连接有伸缩电机线缆和工具线缆；电滑环接入线缆的一端与进线端子连接，另一端与定子部分的进线端子连接；伸缩电机线缆的一端与转子地方的出线端子连接，另一端与伸缩驱动电机的接线端子连接；工具线缆一端与转子部分的出线端子连接，并缠绕在线缆整理柱上，并穿过伸缩传动齿条与工具触点连接；所述的进线端法兰上安装有进线端子、法兰导向销轴和进线端子销轴螺栓，进线端子上又安装有进线端子导向销轴；进线端子与进线端子销轴螺栓之间通过进线端子浮动弹簧连接，进线端子上连接有电滑环接入电缆，电滑环接入电缆的另一端与电滑环的定子部分的进线端子连接；回转体，安装有伸缩体、伸缩驱动电机、齿条导向键和线缆整理柱；伸缩体和回转体之间安装有伸缩传动齿条，伸缩传动齿条与回转体之间通过轴承进行相对滑动；伸缩驱动电机的输出轴上安装有伸缩传动齿轮，伸缩传动齿轮与伸缩传动齿条相啮合组成齿轮齿条传动机构；齿条导向键与伸缩传动齿条的导向槽结构相互配合，使伸缩体和回转体之间实现周向限位功能；回转体与伸缩体之间形成L型空腔，L型空腔与外界密封良好，且空腔内充入高压气体，在气体压强作用下，伸缩体的台阶面承受向下的轴向力，从而使伸缩体始终承受一个向下的预紧力；伸缩体，安装有工具驱动电机、工具电机触点法兰和电路切换浮动环；工具驱动电机输出轴上安装有电机轴连接套，电机轴连接套上又安装有工具端连接套和扭矩传递销轴，工具端连接套和电机轴连接套之间安装有压缩弹簧；工具端连接套可与电机轴连接套相对滑动，且其上具有U型导向槽，扭矩传递销轴与U型导向槽之间形成导向配合关系，实现工具端连接套的导向和限位作用；工具电机触点法兰与伸缩体相固定，且安装有工具电机触点，工具电机触点上连接有工具电机线缆，工具电机线缆另一端与工具驱动电机的接线端子连接；电路切换浮动环与伸缩体可相对滑动，并通过压缩弹簧与工具电机触点法兰相连，且安装有工具触点；工具触点在电路切换浮动环向工具电机触点法兰方向滑动时可与工具电机触点接触；回转体相对主结构转动，通过回转驱动回转电机驱动，并通过反力矩电机提供反向力矩消除传动背隙；伸缩体相对主结构伸缩运动，通过伸缩驱动电机驱动，再通过齿轮齿条传动机构的传动，实现导向和周向限位；在回转体和伸缩体的带动下，实现主结构的转动运行，从而使整个腕关节实现回转和伸缩两个自由度的无背隙高精度运动。本专利技术的专利技术目的是这样实现的：本专利技术一种用于核环境的机械臂腕关节，通过回转体相对主结构转动，通过回转驱动回转电机驱动，并通过反力矩电机提供反向力矩消除传动背隙；伸缩体相对主结构伸缩运动，通过伸缩驱动电机驱动，再通过齿轮齿条传动机构的传动，实现导向和周向限位；在回转体和伸缩体的带动下，实现主结构的转动运行，从而使整个腕关节实现回转和伸缩两个自由度的无背隙高精度运动，为其末端工具提供驱动力，完成核环境下的工作。同时，本专利技术一种用于核环境的机械臂腕关节还具有以下有益效果：(1)、回转体由回转电机驱动，并由反力矩电机提供反向力矩，消除了回转体传动过程中的传动背隙，保证了传动精度；(2)、伸缩体可进行伸缩运动，在狭小的非结构化空间运动时可利用伸缩体的伸缩运动进行直线运动作业，代替常规机械臂多个旋转轴联动形成的直线运动作业，避免了机械臂各关节旋转可能造成的碰撞；(3)、伸缩传动齿条具有圆柱形表面和导向槽结构，从而使伸缩传动齿条传动时实现轴向滑动和圆周导向功能；(4)、工具端连接套和电机轴连接套在扭矩传递销轴和压缩弹簧的作用下可相对滑动且具有弹簧力，在工具端连接套的U型导向槽与外部工具的传动销轴未对准时，工具端连接套可自动沿轴线滑动，并在旋转后对准时自动回弹，方便腕关节与外部工具的连接；(5)、电滑环避免了回转体回转时电缆的扭转，线缆整理柱避免了伸缩体伸缩过程中线缆的纠缠，伸缩传动齿条沿轴线贯穿的中空结构使工具线缆可以方便的从传动轴内部走线；(6)、工具电机触点法兰、电路切换浮动环、工具触电和工具电机触点可实现工具线缆的供电在工具和工具驱动电机之间的切换，当工具触电在外力作用下与工具电机触点接触时工具驱动电机通电，当外力消失时工具驱动电机断电；(7)、回转体与伸缩体之间形成的L型空腔及内部充入的高压气体使伸缩体始终承受一个轴向的预紧力，消除了伸缩体的传动背隙，保证了传动精度；(8)、进线端子浮动弹簧具有的多个花瓣形弹片使进线端子与进线端法兰之间相对浮动，在腕关节与其他关节连接时，进线端子可通过浮动弹簧和进线端子导向销轴的作用实现接口对接时的自适应对准，避免进线端子过定位造成的对接不准的情况；(9)、机械臂腕关节内各部件能够快速安装与拆卸。附图说明图1是本专利技术一种用于核环境的机械臂腕关节总体结构示意图；图2是伸缩传动齿条结构示意图图3是机械臂腕关节的线缆布置示意图；图4是工具端连接套结构示意图；图5是L型空腔结构示意图；图6是进线端结构示意图；图7是进线端子浮动弹簧结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本专利技术。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本专利技术的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。实施例图1是本专利技术一种用于核环境的机械臂腕关节总体结构示意图。在本实施例中，如图1所示，本专利技术一种用于核环境的机械臂腕关节，主要包括：主结构1、回转体2和伸缩体12；主结构1，安装有回转体2、回转驱动电机3和反力矩电机7，以及进线端法兰39和电滑环29；回转体2与主结构1同轴心安装，并通过轴承与主结构1连接，使回转体2可相对主结构1做回转运动；回转体2通过一级或多级齿轮传动与回转电机3的输出轴相连，并通过一级或多级齿轮传动与反力矩电机7的输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于核环境的机械臂腕关节，其特征在于，包括：主结构、回转体和伸缩体；主结构，安装有回转体、回转电机和反力矩电机，以及进线端法兰和电滑环；回转体与主结构同轴心安装，并通过轴承与主结构连接，使回转体可相对主结构做回转运动；回转体通过一级或多级齿轮传动与回转电机的输出轴相连，并通过一级或多级齿轮传动与反力矩电机的输出轴相连；所述的电滑环包括定子部分和转子部分；定子部分与主结构相固定，转子部分与回转体相固定，定子部分和转子部分可相对转动并实现多路电信号的传导；定子部分的进线端子上连接有电滑环接入线缆，转子部分的出线端子上连接有伸缩电机线缆和工具线缆；电滑环接入线缆的一端与进线端子连接，另一端与定子部分的进线端子连接；伸缩电机线缆的一端与转子地方的出线端子连接，另一端与伸缩驱动电机的接线端子连接；工具线缆一端与转子部分的出线端子连接，并缠绕在线缆整理柱上，并穿过伸缩传动齿条与工具触点连接；所述的进线端法兰上安装有进线端子子、法兰导向销轴和进线端子销轴螺栓，进线端子上又安装有进线端子导向销轴；进线端子与进线端子销轴螺栓之间通过进线端子浮动弹簧连接，进线端子上连接有电滑环接入电缆，电滑环接入电缆的另一端与电滑环的定子部分的进线端子连接；回转体，安装有伸缩体、伸缩驱动电机、齿条导向键和线缆整理柱；伸缩体和回转体之间安装有伸缩传动齿条，伸缩传动齿条与回转体之间通过轴承进行相对滑动；伸缩驱动电机的输出轴上安装有伸缩传动齿轮，伸缩传动齿轮与伸缩传动齿条相啮合组成齿轮齿条传动机构；齿条导向键与伸缩传动齿条的导向槽结构相互配合，使伸缩体和回转体之间实现周向限位功能；回转体与伸缩体之间形成L型空腔，L型空腔与外界密封良好，且空腔内充入高压气体，在气体压强作用下，伸缩体的台阶面承受向下的轴向力，从而使伸缩体始终承受一个向下的预紧力；伸缩体，安装有工具驱动电机、工具电机触点法兰和电路切换浮动环；工具驱动电机输出轴上安装有电机轴连接套，电机轴连接套上又安装有工具端连接套和扭矩传递销轴，工具端连接套和电机轴连接套之间安装有压缩弹簧；工具端连接套可与电机轴连接套相对滑动，且其上具有U型导向槽，扭矩传递销轴与U型导向槽之间形成导向配合关系，实现工具端连接套的导向和限位作用；工具电机触点法兰与伸缩体相固定，且安装有工具电机触点，工具电触点上连接有工具电机线缆，工具电机线缆另一端与工具驱动电机的接线端子连接；电路切换浮动环与伸缩体可相对滑动，并通过压缩弹簧与工具电机触点法兰相连，且安装有工具触点；工具触点在电路切换浮动环向工具电机触点法兰方向滑动时可与工具电机触点接触；回转体相对主结构转动，通过回转驱动回转电机驱动，并通过反力矩电机提供反向力矩消除传动背隙；伸缩体相对主结构伸缩运动，通过伸缩驱动电机驱动，再通过齿轮齿条传动机构的传动，实现导向和周向限位；在回转体和伸缩体的带动下，实现主结构的转动运行，从而使整个腕关节实现回转和伸缩两个自由度的无背隙高精度运动。...

【技术特征摘要】
1.一种用于核环境的机械臂腕关节，其特征在于，包括：主结构、回转体和伸缩体；主结构，安装有回转体、回转电机和反力矩电机，以及进线端法兰和电滑环；回转体与主结构同轴心安装，并通过轴承与主结构连接，使回转体可相对主结构做回转运动；回转体通过一级或多级齿轮传动与回转电机的输出轴相连，并通过一级或多级齿轮传动与反力矩电机的输出轴相连；所述的电滑环包括定子部分和转子部分；定子部分与主结构相固定，转子部分与回转体相固定，定子部分和转子部分可相对转动并实现多路电信号的传导；定子部分的进线端子上连接有电滑环接入线缆，转子部分的出线端子上连接有伸缩电机线缆和工具线缆；电滑环接入线缆的一端与进线端子连接，另一端与定子部分的进线端子连接；伸缩电机线缆的一端与转子地方的出线端子连接，另一端与伸缩驱动电机的接线端子连接；工具线缆一端与转子部分的出线端子连接，并缠绕在线缆整理柱上，并穿过伸缩传动齿条与工具触点连接；所述的进线端法兰上安装有进线端子子、法兰导向销轴和进线端子销轴螺栓，进线端子上又安装有进线端子导向销轴；进线端子与进线端子销轴螺栓之间通过进线端子浮动弹簧连接，进线端子上连接有电滑环接入电缆，电滑环接入电缆的另一端与电滑环的定子部分的进线端子连接；回转体，安装有伸缩体、伸缩驱动电机、齿条导向键和线缆整理柱；伸缩体和回转体之间安装有伸缩传动齿条，伸缩传动齿条与回转体之间通过轴承进行相对滑动；伸缩驱动电机的输出轴上安装有伸缩传动齿轮，伸缩传动齿轮与伸缩传动齿条相啮合组成齿轮齿条传动机构；齿条导向键与伸缩传动齿条的导向槽结构相互配合，使伸缩体和回转体之间实现周向限位功能；回转体与伸缩体之间形成L型空腔，L型空腔与外界密封良好，且空腔内充入高压气体，在气体压强作用下，伸缩体的台阶面承受向下的轴向力，从而使伸缩体始终承受一个向下...

【专利技术属性】
技术研发人员：栗园园，葛树志，贺威，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51