CN108177751A - 一种用于万向机器人的调向桨叶驱动机构 - Google Patents

一种用于万向机器人的调向桨叶驱动机构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于万向机器人的调向桨叶驱动机构，包括桨叶驱动器和用于带动桨叶驱动器转动的调向机构；桨叶驱动器包括密封室、转动设置在密封室上的桨叶和设置在密封室中的桨叶驱动马达；密封室设有密封腔和安装部，桨叶驱动马达固定设置在密封腔中；调向机构包括调向驱动马达、外螺纹杆以及内螺孔的伸缩滑杆；伸缩滑杆的外端和相应一个第一转动部转动相连；调向驱动马达转动时，通过外螺纹杆带动伸缩滑杆往复滑动，进而带动与其相连的桨叶驱动器绕第二转轴转动。本发明可以快速完成换向工作。

Description

一种用于万向机器人的调向桨叶驱动机构
技术领域
本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种用于万向机器人的调向桨叶驱动机构。
背景技术
水下机器人多具有摄像机或摄像头，一般用于水文研究、水下监控、水下探查、水下救援、水下打捞、核电站水域监察以及水下石油作业平台清理等领域。
现有的水下机器人，多是在水下摄像机的基础上，增加移动模块，从而完成自主移动或受控移动，但是其驱动机构的驱动方向有限，不能在水下随意改变方向，需要较长的换向距离才能完成换向工作。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于万向机器人的调向桨叶驱动机构，能够在较短的换向距离内完成换向工作。
实现本发明目的的技术方案是：一种用于万向机器人的调向桨叶驱动机构，包括桨叶驱动器和用于带动桨叶驱动器转动的调向机构；桨叶驱动器包括密封室、转动设置在密封室上的桨叶和设置在密封室中的桨叶驱动马达；密封室设有密封腔和安装部，桨叶驱动马达固定设置在密封腔中；
安装部设有第一转动部和第二转动部；第一转动部包括具有连接孔的第一转轴，第一转轴转动设置在第一转动部上；第二转动部包括设有限位滑孔的滑道部、滑动设置在限位滑孔中的第二转轴安装件、设置在第二转轴安装件上的第二转轴和设置在限位滑孔中且位于第二转轴安装件两侧的两个弹簧；各弹簧的一端抵接在第二转轴安装件上，各弹簧的另一端抵接在限位滑孔的一侧端上也即滑道部上；第一转轴的转动中心线和第二转轴的转动中心线平行；
调向机构包括调向驱动马达、固定设置在调向驱动马达输出轴上的外螺纹杆以及具有和外螺纹杆适配的内螺孔的伸缩滑杆；伸缩滑杆的外端和相应一个第一转动部转动相连；调向驱动马达转动时，通过外螺纹杆带动伸缩滑杆往复滑动，进而带动与其相连的桨叶驱动器绕第二转轴转动。
上述方案中，滑道部设有一个具有开口的滑槽和一个用于封堵该滑槽开口的螺帽，当螺帽拧接固定在滑槽开口处后，剩余的滑槽形成所述限位滑孔；所述第二转轴安装件包括和限位滑孔适配的滑块本体部、设置在滑块本体部两侧的用于防止从限位滑孔中滑脱的两个防脱凸板部、设置在滑块本体上的用于定位弹簧的两个定位凸台部以及用于设置第二转轴的轴孔部；各弹簧抵接在第二转轴安装件上的一端套设在相应一个定位凸台部上。
上述方案中，伸缩滑杆的外端***相应一个第一转轴的连接孔中。
上述方案中，桨叶驱动器还包括设置在密封室中的电源，电源固定设置在密封腔中。
上述方案中，桨叶驱动器还包括设置在密封室外壁上的用于保护桨叶的保护罩。
上述方案中，桨叶驱动器的数量是两个，且对称设置在调向驱动马达两侧；该两个调向桨叶驱动机构的调向驱动力的可调方向都位于同一平面内。
上述方案中，调向驱动马达采用双出轴式驱动马达，其转轴的两端伸出马达两侧形成两个输出轴，所述调向驱动马达带动两个外螺纹杆同步转动。
本发明具有积极的效果：由于调向桨叶机构和定向桨叶驱动机构，且定向桨叶驱动机构的定向驱动力垂直于调向桨叶驱动机构的调向驱动力所在的调向面，从而可以快速完成任意角度的换向工作。
附图说明
图1为本发明的一种结构示意图；
图2为图1所示调向桨叶驱动机构中桨叶驱动器的一种立体结构示意图；
图3为图2所示桨叶驱动器的一种***图；
图4为图1所示调向桨叶驱动机构处于完全伸展状态时的一种立体结构示意图；
图5为采用图1所示调向桨叶驱动机构制成的万向机器人的一种立体结构示意图；
图6为图5所示机器人移除顶盖后的一种立体结构示意图；
图7为图6所示机器人的一种半剖视图；
图8为图5所示机器人处于完全伸展状态时的一种立体结构示意图；
图9为图8所示机器人移除顶盖后的一种半剖视图。
附图标记为：壳体1，半球形观察窗11，定位支架12，密封滑孔13，定向桨叶驱动机构2，定向螺旋桨21，定向驱动马达22，定向输出轴221，调向桨叶驱动机构3，桨叶驱动器4，密封室41，电源42，桨叶43，保护罩44，桨叶驱动马达45，密封腔46，安装部47，第一转动部48，第一转轴481，连接孔482，第二转动部49，滑道部491，滑槽4911，螺帽4912，限位滑孔492，第二转轴安装件493，滑块本体部4931，防脱凸板部4932，定位凸台部4933，轴孔部4934，第二转轴494，弹簧495，调向机构5，调向驱动马达51，调向驱动马达输出轴511，外螺纹杆52，伸缩滑杆53，内螺孔531，清扫机构6，半环形支持板61，清扫刷62，摄像模块7，云台机构71，摄像头72。
具体实施方式
（实施例1、）
本实施例是一种用于万向机器人的调向桨叶驱动机构，见图1至图4所示，该调向桨叶驱动机构3 包括桨叶驱动器4和用于带动桨叶驱动器相对外接壳体转动的调向机构5。
桨叶驱动器4包括密封室41、设置在密封室中的电源42、转动设置在密封室上的桨叶43、设置在密封室外壁上的用于保护桨叶的保护罩44和设置在密封室中的桨叶驱动马达45；密封室设有密封腔46和安装部47，电源和桨叶驱动马达固定设置在密封腔中；
安装部设有第一转动部48和第二转动部49；第一转动部48包括具有连接孔482的第一转轴481，第一转轴转动设置在第一转动部上；第二转动部49包括设有限位滑孔492的滑道部491、滑动设置在限位滑孔中的第二转轴安装件493、设置在第二转轴安装件上的第二转轴494和设置在限位滑孔中且位于第二转轴安装件两侧的两个弹簧495；各弹簧的一端抵接在第二转轴安装件上，各弹簧的另一端抵接在限位滑孔的一侧端上也即滑道部上，从而为第二转轴安装件提供复位弹力；第一转轴的转动中心线和第二转轴的转动中心线平行。本实施例中，密封室的外形为管状，密封室的中心线和限位滑孔的中心线夹合形成的锐角是45度。这种角度能够使得桨叶驱动器4在处于初始状态时能够产生带动壳体上升的驱动力，以及在处于完全伸展状态时产生带动壳体侧移的驱动力。
本实施例中，滑道部491设有一个具有开口的滑槽4911和一个用于封堵该滑槽开口的螺帽4912，当螺帽拧接固定在滑槽开口处后，剩余的滑槽形成所述限位滑孔492；所述第二转轴安装件493包括和限位滑孔适配的滑块本体部4931、设置在滑块本体部两侧的用于防止从限位滑孔中滑脱的两个防脱凸板部4932、设置在滑块本体上的用于定位弹簧的两个定位凸台部4933以及用于设置第二转轴的轴孔部4934；各弹簧抵接在第二转轴安装件上的一端套设在相应一个定位凸台部上。这种结构使得第二转轴安装件及第二转轴被两个弹簧抵接并定位在中间，并可在外力作用下压缩某个弹簧从而向着该弹簧所在方向滑动。
第二转轴转动设置在外接壳体上。
调向机构5包括调向驱动马达51、固定设置在调向驱动马达输出轴511上的外螺纹杆52以及具有和外螺纹杆适配的内螺孔531的伸缩滑杆53；伸缩滑杆和相应一个第一转动部转动相连；本实施例中，伸缩滑杆的外端***相应一个第一转轴的连接孔中；当调向驱动马达转动时，通过外螺纹杆带动伸缩滑杆沿密封滑孔往复滑动；伸缩滑杆沿密封滑孔滑动时，带动与其相连的桨叶驱动器绕第二转轴转动。
本实施例中，桨叶驱动器的数量是两个，且对称设置在调向驱动马达51两侧；所以本实施例中的调向驱动马达优选采用双出轴式驱动马达，其转轴的两端伸出马达两侧形成两个输出轴511，所述调向驱动马达带动两个外螺纹杆同步转动，从而实现两个桨叶驱动器绕各自第二转轴同步转动。
在具体实践中，也可采用两个调向驱动马达，也即采用各调向驱动马达单独带动一个外螺纹杆转动，从而实现两个桨叶驱动器绕各自的第二转轴单独转动。
本实施例中，伸缩滑杆的中心线和桨叶驱动器中桨叶的转动中心线共面，定向螺旋桨的转动中心线垂直于该面，也即定向螺旋桨产生的动力方向始终垂直于桨叶驱动器中桨叶产生的动力方向。
本实施例中，两个调向桨叶驱动机构的调向驱动力的可调方向都位于同一平面内，该平面称为调向面；定向螺旋桨的定向驱动力垂直于调向驱动力所在的调向面。
本实施例工作中，调向桨叶驱动机构中的桨叶提供的动力方向相对于壳体可以变化，并可在较短时间内完成换向工作。
（应用例1、机器人）
本应用例是采用上述实施例1制成的一种水下万向机器人，见图5至图9所示，包括壳体1、内置于壳体中的摄像模块7和用于驱动壳体移动的驱动机构。
壳体的整体形状为球形，壳体的下部设有透明的半球形观察窗11；摄像模块包括内置于壳体中的具有驱动马达的云台机构71、设置在云台机构上的摄像头72和设置在云台机构上的照明灯。摄像头固定设置在云台机构的底部，摄像头正对半球形观察窗的透明壁体。
驱动机构包括驱动方向相对于壳体固定的定向桨叶驱动机构2和驱动方向相对于壳体可调的调向桨叶驱动机构3；
定向桨叶驱动机构2包括设置在壳体外侧的定向螺旋桨21和设置在壳体中的用于驱动定向螺旋桨转动的定向驱动马达22。
本应用例中，定向驱动马达是一个双出轴式驱动马达，其转轴的两端伸出马达两侧形成两个定向输出轴221，各定向输出轴的外端伸出壳体；定向螺旋桨的数量是两个，各定向螺旋桨固定设置在相应一个定向输出轴上；通过设计桨叶的形状，该两个定向螺旋桨产生的动力方向是相同的，在一条直线上，且其动力方向相对于壳体是固定不变的。
调向桨叶驱动机构3包括转动设置在壳体外壁上的桨叶驱动器4和用于带动桨叶驱动器相对壳体转动的调向机构5；
桨叶驱动器4包括密封室41、设置在密封室中的电源42、转动设置在密封室上的桨叶43、设置在密封室外壁上的用于保护桨叶的保护罩44和设置在密封室中的桨叶驱动马达45；密封室设有密封腔46和安装部47，电源和桨叶驱动马达固定设置在密封腔中；
安装部设有第一转动部48和第二转动部49；第一转动部48包括具有连接孔482的第一转轴481，第一转轴转动设置在第一转动部上；第二转动部49包括设有限位滑孔492的滑道部491、滑动设置在限位滑孔中的第二转轴安装件493、设置在第二转轴安装件上的第二转轴494和设置在限位滑孔中且位于第二转轴安装件两侧的两个弹簧495；各弹簧的一端抵接在第二转轴安装件上，各弹簧的另一端抵接在限位滑孔的一侧端上也即滑道部上，从而为第二转轴安装件提供复位弹力；第一转轴的转动中心线和第二转轴的转动中心线平行。本应用例中，密封室的外形为管状，密封室的中心线和限位滑孔的中心线夹合形成的锐角是45度。这种角度能够使得桨叶驱动器4在处于初始状态时能够产生带动壳体上升的驱动力，以及在处于完全伸展状态时产生带动壳体侧移的驱动力。
本应用例中，滑道部491设有一个具有开口的滑槽4911和一个用于封堵该滑槽开口的螺帽4912，当螺帽拧接固定在滑槽开口处后，剩余的滑槽形成所述限位滑孔492；所述第二转轴安装件493包括和限位滑孔适配的滑块本体部4931、设置在滑块本体部两侧的用于防止从限位滑孔中滑脱的两个防脱凸板部4932、设置在滑块本体上的用于定位弹簧的两个定位凸台部4933以及用于设置第二转轴的轴孔部4934；各弹簧抵接在第二转轴安装件上的一端套设在相应一个定位凸台部上。这种结构使得第二转轴安装件及第二转轴被两个弹簧抵接并定位在中间，并可在外力作用下压缩某个弹簧从而向着该弹簧所在方向滑动。
本应用例中，壳体外壁上设有定位支架12，第二转轴转动设置在该定位支架上。
调向机构5包括设置在壳体中的调向驱动马达51、固定设置在调向驱动马达输出轴511上的外螺纹杆52以及具有和外螺纹杆适配的内螺孔531的伸缩滑杆53；壳体上设有密封滑孔13，各伸缩滑杆位于相应一个密封滑孔中，且伸缩滑杆的外端伸出壳体并和相应一个第一转动部转动相连；本应用例中，伸缩滑杆的外端***相应一个第一转轴的连接孔中；当调向驱动马达转动时，通过外螺纹杆带动伸缩滑杆沿密封滑孔往复滑动；伸缩滑杆沿密封滑孔滑动时，带动与其相连的桨叶驱动器绕第二转轴转动。
本应用例中，桨叶驱动器的数量是两个，且对称设置在壳体两侧；所以本应用例中的调向驱动马达优选采用双出轴式驱动马达，其转轴的两端伸出马达两侧形成两个输出轴511，所述调向驱动马达带动两个外螺纹杆同步转动，从而实现两个桨叶驱动器绕各自第二转轴同步转动。
在具体实践中，也可采用两个调向驱动马达，也即采用各调向驱动马达单独带动一个外螺纹杆转动，从而实现两个桨叶驱动器绕各自的第二转轴单独转动。
本应用例中，伸缩滑杆的中心线和桨叶驱动器中桨叶的转动中心线共面，定向螺旋桨的转动中心线垂直于该面，也即定向螺旋桨产生的动力方向始终垂直于桨叶驱动器中桨叶产生的动力方向。
本应用例中，两个调向桨叶驱动机构的调向驱动力的可调方向都位于同一平面内，该平面称为调向面；定向螺旋桨的定向驱动力垂直于调向驱动力所在的调向面。
本应用例还具有用于清扫半球形观察窗外壁的清扫机构6，清扫机构包括半环形支持板61、设置在壳体中的用于驱动半环形支持板往复摆动的清扫驱动马达、固定设置在半环形支持板内壁上行的清扫刷62；清扫驱动马达的输出轴伸出壳体固定设置在半环形支持板的一端，半环形支持板的另一端通过销轴转动设置在壳体上；清扫刷优选采用弹性胶皮或毛刷制成；清扫驱动马达通过输出轴带动半环形支持板往复摆动，进而带动清扫刷刷除半球形观察窗外壁上的脏物。
本应用例工作中，定向桨叶驱动机构中的定向螺旋桨提供的动力方向相对于壳体固定不变，调向桨叶驱动机构中的桨叶提供的动力方向相对于壳体可以变化，从而实现较为复杂的移动动作。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的实质精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于万向机器人的调向桨叶驱动机构，其特征在于：包括桨叶驱动器和用于带动桨叶驱动器转动的调向机构；
桨叶驱动器包括密封室、转动设置在密封室上的桨叶和设置在密封室中的桨叶驱动马达；密封室设有密封腔和安装部，桨叶驱动马达固定设置在密封腔中；
安装部设有第一转动部和第二转动部；第一转动部包括具有连接孔的第一转轴，第一转轴转动设置在第一转动部上；第二转动部包括设有限位滑孔的滑道部、滑动设置在限位滑孔中的第二转轴安装件、设置在第二转轴安装件上的第二转轴和设置在限位滑孔中且位于第二转轴安装件两侧的两个弹簧；各弹簧的一端抵接在第二转轴安装件上，各弹簧的另一端抵接在限位滑孔的一侧端上也即滑道部上；第一转轴的转动中心线和第二转轴的转动中心线平行；
调向机构包括调向驱动马达、固定设置在调向驱动马达输出轴上的外螺纹杆以及具有和外螺纹杆适配的内螺孔的伸缩滑杆；伸缩滑杆的外端和相应一个第一转动部转动相连；调向驱动马达转动时，通过外螺纹杆带动伸缩滑杆往复滑动，进而带动与其相连的桨叶驱动器绕第二转轴转动。
2.根据权利要求1所述的用于万向机器人的调向桨叶驱动机构，其特征在于：滑道部设有一个具有开口的滑槽和一个用于封堵该滑槽开口的螺帽，当螺帽拧接固定在滑槽开口处后，剩余的滑槽形成所述限位滑孔；所述第二转轴安装件包括和限位滑孔适配的滑块本体部、设置在滑块本体部两侧的用于防止从限位滑孔中滑脱的两个防脱凸板部、设置在滑块本体上的用于定位弹簧的两个定位凸台部以及用于设置第二转轴的轴孔部；各弹簧抵接在第二转轴安装件上的一端套设在相应一个定位凸台部上。
3.根据权利要求2所述的用于万向机器人的调向桨叶驱动机构，其特征在于：伸缩滑杆的外端***相应一个第一转轴的连接孔中。
4.根据权利要求1所述的用于万向机器人的调向桨叶驱动机构，其特征在于：桨叶驱动器还包括设置在密封室中的电源，电源固定设置在密封腔中。
5.根据权利要求1所述的用于万向机器人的调向桨叶驱动机构，其特征在于：桨叶驱动器还包括设置在密封室外壁上的用于保护桨叶的保护罩。
6.根据权利要求1所述的用于万向机器人的调向桨叶驱动机构，其特征在于：桨叶驱动器的数量是两个，且对称设置在调向驱动马达两侧；该两个调向桨叶驱动机构的调向驱动力的可调方向都位于同一平面内。
7.根据权利要求6所述的用于万向机器人的调向桨叶驱动机构，其特征在于：调向驱动马达采用双出轴式驱动马达，其转轴的两端伸出马达两侧形成两个输出轴，所述调向驱动马达带动两个外螺纹杆同步转动。
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