一种用于液压机械手的腕转夹钳结构制造技术

本发明专利技术涉及机械手技术，旨在提供一种用于液压机械手的腕转夹钳结构。该结构包括直线油缸、微型液压马达、减速机构和手爪；直线油缸采取后置方式布置，微型液压马达及减速机构位于直线油缸和手爪之间；微型液压马达的输出轴接至减速机构并与直线油缸的活塞杆垂直交错布置，减速机构的蜗轮输出轴为空心结构，直线油缸活塞杆穿过蜗轮输出轴后接至手爪的驱动机构并驱动其开合，微型液压马达通过减速机构驱动手爪实现正反方向旋转。本发明专利技术结构简单，技术难度低，可靠性高、可维护性好、经济性好，易于实现。减速比大，手腕转动的扭矩大，最低平稳转速低，且允许液压马达和手爪交错布置，结构更紧凑灵活；蜗轮蜗杆具有自锁特性。

A Wrist Rotary Clamp Structure for Hydraulic Manipulator

The invention relates to a manipulator technology, aiming at providing a wrist rotation clamp structure for a hydraulic manipulator. The structure includes linear cylinder, micro-hydraulic motor, deceleration mechanism and gripper; linear cylinder is arranged in a rear position, and the micro-hydraulic motor and deceleration mechanism are located between the linear cylinder and the gripper; the output shaft of the micro-hydraulic motor is connected to the deceleration mechanism and arranged vertically staggered with the piston rod of the linear cylinder; the worm wheel output shaft of the deceleration mechanism is hollow structure, and the piston of the linear cylinder is piston. The screw passes through the output shaft of the worm wheel and then connects to the driving mechanism of the gripper and drives it to open and close. The micro-hydraulic motor drives the gripper to rotate in both positive and negative directions through the decelerating mechanism. The invention has the advantages of simple structure, low technical difficulty, high reliability, good maintainability, good economy and easy realization. The speed reduction ratio is large, the wrist rotation torque is large, the lowest stable speed is low, and the hydraulic motor and the claw are allowed to be staggered, so the structure is more compact and flexible; the worm wheel and worm have self-locking characteristics.

【技术实现步骤摘要】
一种用于液压机械手的腕转夹钳结构
本专利技术涉及机械手技术，具体涉及一种用于液压机械手的腕转夹钳结构。
技术介绍
液压机械手是一种由液压所驱动的机械臂，其最大特点是负载/自重比大，适用于既对负载敏感又要求持重能力强的场合，自身的密封结构又便于水下应用。在水下，液压机械手是潜水器和水下机器人的标配设备，可完成水下取样、拾取、布放等作业；在陆地上，液压机械手集成于作业车，末端夹持设备完成危险场景下的远程作业。机械手的腕转夹钳关节是机械手集成度最高的核心结构，也是目前机械手技术的发展瓶颈。其要求在有限的尺寸及重量要求下，集成手腕的360度正反连续旋转和手爪的开合两项功能，并要求其控制上可闭环、操作上足够精细、结构上短小精悍、作业能力上高功率密度。在现有液压机械手腕转夹钳结构中，腕转功能一般采用与手爪回转中心同轴布置的液压马达直接驱动转动，夹钳功能一般由位于液压马达前部的油缸驱动。考虑到腕转夹钳关节闭环控制性能和操作精细性，马达直驱腕转动的结构形式要求马达的最低平稳转速一般小于6r/min，考虑到机械手的作业能力要求其输出扭矩越大越好，一般大于100Nm；油缸前置于马达的结构形式要求马达内部需要为油缸提供配流通道。这些要求造成马达结构复杂、成本高昂、重量重、可维护性差。在目前市场上现有的马达很难满足液压机械手对腕转功能的要求，如自行开发势必受限于材料、加工等能力和市场需求量小等因素，导致企业研发投入动力不足，且成本高昂，收效甚微，严重制约了液压机械手的长足发展和更加广泛的应用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种用于液压机械手的腕转夹钳结构。该腕转夹钳结构的技术易于实现、最低平稳转速低、输出扭矩大、操作精细性好、经济性好、腕转可闭环控制可机械自锁。为解决技术问题，本专利技术的解决方案是：提供一种用于液压机械手的腕转夹钳结构，包括直线油缸、微型液压马达、减速机构和手爪；所述直线油缸采取后置方式布置，微型液压马达及减速机构位于直线油缸和手爪之间；微型液压马达的输出轴接至减速机构并与直线油缸的活塞杆垂直交错布置，减速机构的蜗轮输出轴为空心结构，直线油缸活塞杆穿过蜗轮输出轴后接至手爪的驱动机构并驱动其开合，微型液压马达通过减速机构驱动手爪实现正反方向旋转。本专利技术中，所述减速机构为二级减速机构，其高速级为圆柱齿轮，低速级为蜗轮蜗杆组件；微型液压马达直接驱动高速级圆柱齿轮，通过同轴布置在蜗杆上的配对圆柱齿轮带动蜗杆旋转；蜗杆进一步带动蜗轮转动，蜗轮输出轴与手爪的回转中心同轴。本专利技术中，所述蜗轮套设于蜗轮输出轴上，两者通过对称布置平键传递扭矩，并通过隔套和轴肩轴向固定；蜗轮输出轴架于减速箱壳体上，蜗轮输出轴在径向由前后两滑动轴承支承受力，在轴向由前后两推力滚针轴承支承受力；蜗轮输出轴的末端直接套在手爪的转动板中间圆孔内，两者通过对称布置平键传递扭矩，并通过轴肩和锁紧螺母轴向固定；手爪的转动板通过蜗轮输出轴的定位轴肩实现始终与减速箱壳体处于非接触状态。本专利技术中，所述蜗杆的两端为光轴，一端用于套装配对圆柱齿轮，另一端末端用于固定角度传感器，蜗杆中间位置设有与蜗轮啮合的齿；蜗杆一端架于减速箱壳体，另一端架于减速箱壳体盖板上；蜗杆两端在径向由两滑动轴承支承受力，在轴向由两推力滚针轴承支承受力，并通过调整垫片保证轴向压紧；减速箱壳体和减速箱壳体盖板通过位于边角的凸台定位对中，通过螺钉紧固。本专利技术中，所述直线油缸活塞杆的末端连接于手爪驱动机构内的推力分配块上；直线油缸的前端盖与减速箱壳体通过台肩定位，并通过螺钉紧固。本专利技术中，所述推力分配块为左右对称结构，中间为一矩形块，矩形块中心为圆孔，矩形块左右两侧平面中心处垂直于圆孔轴线方向，各有一段等长度光轴；直线油缸活塞杆末端穿过推力分配块的圆孔后，通过活塞杆末端的轴肩和锁紧螺母与推力分配块前后紧固面锁紧，并通过位于矩形块中心圆孔内的滑动轴承和位于矩形块前后紧固面的两推力滚针轴承接触受力(以减小磨擦力)。本专利技术中，所述手爪为平动夹紧手爪，共有上下两片手指保持同步开合，每片手指的驱动机构均为单独的一个平行四边形机构，平行四边形机构中的主动杆和从动杆各有一端铰接于同一的手爪基座板，另一端铰接于同一手指，各铰接孔中心连线呈平行四边形；驱动上下手指开合的两主动杆空间上为非对称布置，分别位于各自手指的一侧；手爪基座板关于手爪主剖面左右对称各一片，分别夹于类C形转动板和手指平行四边形机构的两侧，通过数组双头螺柱将转动板和手爪基座板固定成一体。本专利技术中，所述从动杆为双圆头杆，其中心剖面与转动板和手指中心剖面重合；所述主动杆呈类L形，设有两个圆孔和一个腰型孔，主动杆的拐角处圆孔与手爪基座板铰接，手爪基座板内平面的对称轴线上设有一个U形滑槽。本专利技术所述直线油缸、二级减速机构和平动手爪都是技术非常成熟且易于生产的加工零部件；微型液压马达属市售成熟产品，价格低廉且选择范围多。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术的腕转夹钳结构简单，技术难度低，可靠性高、可维护性好、经济性好，易于实现。2、本专利技术中微型液压马达采用蜗轮蜗杆二级减速驱动腕转动方式，减速比大，手腕转动的扭矩大，最低平稳转速低，且允许液压马达和手爪交错布置，结构更紧凑灵活；蜗轮蜗杆具有自锁特性，使腕转动关节达到由机械结构保证自锁的目的。3、本专利技术角度传感器位于减速机构高速端，相对与低速端来说，腕转动的最终闭环控制精度更高，可以实现微转动，便于机械手精细化操作4、本专利技术采用驱动油缸后置的布置方式，避免通过马达内部配流至采用前置布置的油缸，利于简化结构，减小腕部轴向尺寸。附图说明图1为本专利技术一种液压机械手腕转夹钳结构的等轴侧图；图2为本专利技术的主剖视图；图3为直线油缸主剖视图；图4为二级减速机构主剖视图；图5为图4右视图局部剖视图；图6为手爪主剖视图；图7为图6的A-A剖视图；图8为图6的B-B剖视图；图9为图6的C-C剖视图。各图中的附图标记：图1：1直线油缸、2减速机构、3手爪；图2：4紧定螺钉、5活塞杆锁紧螺母、6推力滚针轴承、7滑动轴承、8蜗轮输出轴锁紧螺母、9平键；图3：1-1油缸后端盖、1-2O型圈、1-3缸体、1-4拉杆、1-5油缸前端盖、1-6格莱圈、1-7导向带、1-8防尘封、1-9活塞杆、1-10紧定螺钉、1-11导向带、1-12格莱圈、1-13活塞体；图4：2-1微型液压马达、2-2套筒、2-3圆柱齿轮、2-4轴向压板、2-5平键、2-6圆柱齿轮、2-7平键、2-8蜗杆、2-9滑动轴承、2-10调整垫片、2-11平键、2-12减速箱盖板、2-13蜗轮、2-14蜗轮输出轴、2-15减速箱壳体、2-16传感器密封座、2-17双作用密封块、2-18格莱圈、2-19螺钉、2-20磁编码器、2-21磁铁、2-22特制螺钉、2-23O型圈、2-24过油堵头、2-25O型圈；图5：2-26滑动轴承、2-27止推套筒、2-28推力滚针轴承、2-29减速箱后端盖、2-30滑动轴承；图6：3-1转动板、3-2双头螺柱、3-3手爪基座板、3-4推力分配块、3-5主动杆、3-6销轴、3-7主动杆拓宽块、3-8滑动轴承、3-9销轴、3-10从动杆、3-11销轴、3-12手指；图7：3-13铜套、3-14隔片；图9：3-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于液压机械手的腕转夹钳结构，包括直线油缸、微型液压马达、减速机构和手爪；其特征在于，所述直线油缸采取后置方式布置，微型液压马达及减速机构位于直线油缸和手爪之间；微型液压马达的输出轴接至减速机构并与直线油缸的活塞杆垂直交错布置，减速机构的蜗轮输出轴为空心结构，直线油缸活塞杆穿过蜗轮输出轴后接至手爪的驱动机构并驱动其开合，微型液压马达通过减速机构驱动手爪实现正反方向旋转。

【技术特征摘要】
1.一种用于液压机械手的腕转夹钳结构，包括直线油缸、微型液压马达、减速机构和手爪；其特征在于，所述直线油缸采取后置方式布置，微型液压马达及减速机构位于直线油缸和手爪之间；微型液压马达的输出轴接至减速机构并与直线油缸的活塞杆垂直交错布置，减速机构的蜗轮输出轴为空心结构，直线油缸活塞杆穿过蜗轮输出轴后接至手爪的驱动机构并驱动其开合，微型液压马达通过减速机构驱动手爪实现正反方向旋转。2.根据权利要求1所述的腕转夹钳结构，其特征在于，所述减速机构为二级减速机构，其高速级为圆柱齿轮，低速级为蜗轮蜗杆组件；微型液压马达直接驱动高速级圆柱齿轮，通过同轴布置在蜗杆上的配对圆柱齿轮带动蜗杆旋转；蜗杆进一步带动蜗轮转动，蜗轮输出轴与手爪的回转中心同轴。3.根据权利要求2所述的腕转夹钳结构，其特征在于，所述蜗轮套设于蜗轮输出轴上，两者通过对称布置平键传递扭矩，并通过隔套和轴肩轴向固定；蜗轮输出轴架于减速箱壳体上，蜗轮输出轴在径向由前后两滑动轴承支承受力，在轴向由前后两推力滚针轴承支承受力；蜗轮输出轴的末端直接套在手爪的转动板中间圆孔内，两者通过对称布置平键传递扭矩，并通过轴肩和锁紧螺母轴向固定；手爪的转动板通过蜗轮输出轴的定位轴肩实现始终与减速箱壳体处于非接触状态。4.根据权利要求2所述的腕转夹钳结构，其特征在于，所述蜗杆的两端为光轴，一端用于套装配对圆柱齿轮，另一端末端用于固定角度传感器，蜗杆中间位置设有与蜗轮啮合的齿；蜗杆一端架于减速箱壳体，另一端架于减速箱壳体盖板上；蜗杆两端在径向由两滑动轴承支承受力，在轴向由两推力滚针轴承支承受力...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘松，顾临怡，吴新然，杜晓敏，巩陈刚，
申请(专利权)人：杭州宇控机电工程有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33