CN114221474B - 机械臂电动关节防水电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种机械臂电动关节防水电机，涉及机械臂领域，机械臂电动关节防水电机包括：主体、电子舱舱体、控制元件、后端盖以及压力补偿囊，电子舱舱体设置于主体上，控制元件设置于电子舱舱体内部，电子舱舱体设置有第一安装口，压力补偿囊封堵第一安装口，后端盖与电子舱舱体连接，压力补偿囊的边缘夹紧于后端盖和电子舱舱体之间，后端盖上设置有多个透水孔，电子舱舱体内部设置有绝缘液压油。通过压力补偿囊平衡内外压力的方式，该机械臂电动关节防水电机在水下不受水的压力影响，无需设置金属舱体进行封装，自身即可承受海水压力，如此机械臂关节部位体积重量大幅度减小，机械臂在海中受到海水的粘滞阻力变小，机械臂工作效率大大提高。

Description

机械臂电动关节防水电机

技术领域

本发明涉及机械臂领域，特别是涉及一种机械臂电动关节防水电机。

背景技术

目前，通过远程操作水下机器人在海中工作，已经成为深海资源勘探、海洋科学考察的主要方式，近年来，水下机器人发展的要求不再局限于航行探测，同时需要水下机器人搭载作业机械臂从而具有一定的作业能力。我国也相继开启了一系列深海机械臂研发的科研项目，并在深海科考以及水下工程作业中投入使用。

深海机械臂往往是由水下机器人搭载，下潜到海底，通过机械臂与机器人的协同动作完成取样、海底管线作业等一系列工作。与普通的深海液压机械臂相比，深海电动机械臂具有耗能小、体积重量小、控制精度更高、控制算法更简单、响应速度更快等优点。机械臂防水关节电机作为深海机械臂的核心装置，不仅输出转速及输出力矩可控，还能够起到断电制动的保护作用。

目前，现有技术中所使用的水下机械臂关节电机大多是直接将陆地上使用的机械臂关节电机封装在金属舱体内，将舱体做成完全密封的结构，使其中的关节电机完全不承受海水的压力，此种结构会使得机械臂关节部位体积重量大幅度增加，在海中受到海水的粘滞阻力变大，使得机械臂工作的效率低下。

因此，如何改善机械臂关机电机的结构、以提高机械臂的工作效率成为本领域技术人员目前所亟待解决的问题。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种能够有效提高机械臂工作效率的机械臂电动关节防水电机。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种机械臂电动关节防水电机，包括：主体、电子舱舱体、控制元件、后端盖以及压力补偿囊，所述电子舱舱体设置于所述主体上，所述控制元件设置于所述电子舱舱体内部，所述电子舱舱体设置有第一安装口，所述压力补偿囊封堵所述第一安装口，所述后端盖与所述电子舱舱体连接，所述压力补偿囊的边缘夹紧于所述后端盖和所述电子舱舱体之间，所述后端盖上设置有多个透水孔，所述电子舱舱体内部设置有绝缘液压油。

优选地，所述主体包括外壳、输出轴以及设置于所述外壳内部的制动轴、转子、定子、谐波减速器、输入端绝对值编码器、输出端绝对值编码器、转动轴套和制动器，所述转子、所述定子、所述制动轴、所述输出轴以及所述转动轴套同轴设置，所述制动轴、所述转动轴套、所述转子以及所述定子由内至外依次嵌套设置，所述定子设置于所述外壳上，所述转子设置于所述转动轴套上，所述输出轴的一端伸入所述外壳内部，所述输出轴、所述制动轴以及所述制动器依次传动连接，所述转动轴套与所述谐波减速器的波发生器连接，所述输出轴与所述谐波减速器的柔轮相连接，所述谐波减速器的内齿钢轮设置于所述外壳上，所述输入端绝对值编码器用于检测所述转子的位置信息，所述输出端绝对值编码器用于检测所述输出轴的位置信息。

优选地，机械臂电动关节防水电机还包括前端盖和支撑盖，所述外壳的两端分别设置有第二安装口和第三安装口，所述电子舱舱体封堵所述第二安装口，所述制动器设置于所述电子舱舱体上，所述支撑盖封堵所述第三安装口，所述支撑盖用于支撑所述谐波减速器，所述前端盖设置于所述支撑盖的外侧，所述前端盖、所述支撑盖以及所述外壳三者可拆卸连接，所述输出轴的一端依次穿过所述前端盖和所述支撑盖伸入所述外壳内部。

优选地，所述前端盖和所述支撑盖之间设置泛塞封，所述泛塞封套设于所述输出轴上，所述电子舱舱体的一端自所述第二安装口伸入所述外壳内部，所述支撑盖的一端自所述第三安装口伸入所述外壳内部，所述电子舱舱体外侧壁和所述外壳内侧壁之间以及所述支撑盖外侧壁和所述外壳内侧壁之间均设置有0型密封圈。

优选地，所述制动轴的一端设置有法兰盘，所述输出端绝对值编码器的磁盘与所述法兰盘可拆卸连接。

优选地，机械臂电动关节防水电机还包括联轴器，所述联轴器嵌套于所述谐波减速器的内部，所述联轴器与所述谐波减速器的所述柔轮相连接，所述输出轴通过所述联轴器与所述制动轴传动连接。

优选地，所述波发生器与所述联轴器通过轴承连接。

优选地，所述电子舱舱体上设置有水密接插件、进油口以及出油口，所述进油口设置于所述电子舱舱体的底端，所述出油口设置于所述电子舱舱体的顶端，所述进油口及所述出油口内分别设置有进油堵块和出油堵块。

优选地，所述控制元件为控制电路板，所述电子舱舱体上设置有导电立柱，所述控制电路板设置于所述导电立柱上。

优选地，所述导电立柱与所述电子舱舱体可拆卸连接。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供的机械臂电动关节防水电机，包括：主体、电子舱舱体、控制元件、后端盖以及压力补偿囊，电子舱舱体设置于主体上，控制元件设置于电子舱舱体内部，电子舱舱体设置有第一安装口，压力补偿囊封堵第一安装口，后端盖与电子舱舱体连接，压力补偿囊的边缘夹紧于后端盖和电子舱舱体之间，后端盖上设置有多个透水孔，电子舱舱体内部设置有绝缘液压油。通过压力补偿囊平衡内外压力的方式，该机械臂电动关节防水电机在水下不受水的压力影响，无需设置金属舱体进行封装，自身即可承受海水压力，如此机械臂关节部位体积重量大幅度减小，机械臂在海中受到海水的粘滞阻力变小，机械臂工作效率大大提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中提供的机械臂电动关节防水电机的立体图；

图2为本发明实施例中提供的机械臂电动关节防水电机的剖视图。

附图标记说明：100、机械臂电动关节防水电机；1、电子舱舱体；2、控制元件；3、后端盖；301、透水孔；4、压力补偿囊；5、导电立柱；6、外壳；7、输出轴；8、制动轴；9、转子；10、定子；11、输入端绝对值编码器；12、输出端绝对值编码器；13、转动轴套；14、制动器；15、波发生器；16、柔轮；17、内齿钢轮；18、前端盖；19、支撑盖；20、法兰盘；21、联轴器；22、轴承；23、水密接插件；24、进油口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种能够有效提高机械臂工作效率的机械臂电动关节防水电机。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参考图1-图2所示，本实施例提供的机械臂电动关节防水电机100，包括：主体、电子舱舱体1、控制元件2、后端盖3以及压力补偿囊4，电子舱舱体1设置于主体上，控制元件2设置于电子舱舱体1内部，电子舱舱体1设置有第一安装口，压力补偿囊4封堵第一安装口，后端盖3与电子舱舱体1连接，压力补偿囊4的边缘夹紧于后端盖3和电子舱舱体1之间，后端盖3上设置有多个透水孔301，电子舱舱体1内部设置有绝缘液压油。机械臂下放至海中工作时，根据海水深度的变化压力补偿囊4会发生挤压形变，从而补偿电机内部的压强。该机械臂电动关节防水电机100在水下不受水的压力影响，无需设置金属舱体进行封装，自身即可承受海水压力，如此机械臂关节部位体积重量大幅度减小，机械臂在海中受到海水的粘滞阻力变小，机械臂工作效率大大提高。

本实施例中，具体地，绝缘液压油选用低粘度绝缘液压油，后端盖3与电子舱舱体1可拆卸连接，具体通过螺栓连接。补偿囊可根据不同的海水深度使用环境下的水压不同更换相应容积大小，使该机械臂电动关节防水电机100可以适用于各种深度的海底环境。另外，压力补偿囊4采用丁晴橡胶注塑成型，丁晴橡胶具有良好的弹性、耐水性和耐油性，能够达到良好的压力传递效果，且不易破损。

于本实施例中，如图2所示，主体包括外壳6、输出轴7以及设置于外壳6内部的制动轴8、转子9、定子10、谐波减速器、输入端绝对值编码器11、输出端绝对值编码器12、转动轴套13和制动器14，转子9、定子10、制动轴8、输出轴7以及转动轴套13同轴设置，制动轴8、转动轴套13、转子9以及定子10由内至外依次嵌套设置，定子10设置于外壳6上，转子9设置于转动轴套13上，输出轴7的一端伸入外壳6内部，输出轴7、制动轴8以及制动器14依次传动连接，转动轴套13与谐波减速器的波发生器15连接，输出轴7与谐波减速器的柔轮16相连接，谐波减速器的内齿钢轮17设置于外壳6上，输入端绝对值编码器11用于检测转子9的位置信息，输出端绝对值编码器12用于检测输出轴7的位置信息。本实施例中具体地，定子10通过结构性环氧树脂胶合剂与外壳6内壁进行粘合固定，转子9与转动轴套13同样使用结构性环氧树脂胶合剂进行粘合。

进一步地，如图2所示，机械臂电动关节防水电机100还包括前端盖18和支撑盖19，外壳6的两端分别设置有第二安装口和第三安装口，电子舱舱体1封堵第二安装口，制动器14设置于电子舱舱体1上，支撑盖19封堵第三安装口，支撑盖19用于支撑谐波减速器，前端盖18设置于支撑盖19的外侧，前端盖18、支撑盖19以及外壳6三者可拆卸连接，输出轴7的一端依次穿过前端盖18和支撑盖19伸入外壳6内部。本实施例中具体地，前端盖18、支撑盖19以及外壳6三者通过螺栓连接。

进一步地，前端盖18和支撑盖19之间设置泛塞封，泛塞封套设于输出轴7上，电子舱舱体1的一端自第二安装口伸入外壳6内部，支撑盖19的一端自第三安装口伸入外壳6内部，电子舱舱体1外侧壁和外壳6内侧壁之间以及支撑盖19外侧壁和外壳6内侧壁之间均设置有0型密封圈。输出轴7采用泛塞封进行动密封，相比于普通O型圈，不仅在高速旋转下具有更好的密封型，而且在长时间工作中不容易因磨损而产生泄漏，

进一步地，制动轴8的一端设置有法兰盘20，输出端绝对值编码器12的磁盘与法兰盘20可拆卸连接。本实施例中具体地，输出端绝对值编码器12的磁盘与法兰盘20通过螺纹连接。

进一步地，机械臂电动关节防水电机100还包括联轴器21，联轴器21嵌套于谐波减速器的内部，联轴器21与所述谐波减速器的所述柔轮16相连接，输出轴7通过联轴器21与制动轴8传动连接。

进一步地，波发生器15与联轴器21通过轴承22连接。

于本实施例中，电子舱舱体1上设置有水密接插件23、进油口24以及出油口，进油口24设置于电子舱舱体1的底端，出油口设置于电子舱舱体1的顶端，进油口24及出油口内分别设置有进油堵块和出油堵块。

于本实施例中，控制元件2为控制电路板，电子舱舱体1上设置有导电立柱5，控制电路板设置于导电立柱5上。

进一步地，导电立柱5与电子舱舱体1可拆卸连接。本实施例中具体地，导电立柱5与电子舱舱体1通过螺纹连接，导电立柱5具体选用黄铜立柱。

本实施例提供的机械臂电动关节防水电机100还具有以下优点：

输入、输出端都装有绝对值编码器，便于对机械臂电动关节防水电机100的输出进行精确控制，并获取实时位姿数据；

采用制动轴8前端与谐波减速器输出端直连，末端与编码器磁盘和制动器14对接的布置方式，并采用空心轴套的传动方式，缩短了整个结构的轴向长度，提高了电机输出的稳定性，提高了电机内部电路的集成化，将主要传动机械机构与电子元件分别置于前后两端，避免了机械运动与电子器件的相互干扰，且便于安装和更换电子元器件。

具体使用过程中，将电机内部结构组装完成后，将电机按照进油口24设置于外壳6底端、出油口设置于外壳6顶端的方式放置，将充油管路的接头连接到进油口24，缓慢向内部充入低粘度绝缘液压油，内部原有空气将从出油口排出；当有低粘度绝缘液压油从出油口溢出时停止充油，静置一段时间后若液面未发生下降则认为内部已经充满低粘度绝缘液压油且无空气，用出油堵块将出油口堵住；确认出油口完全封闭后将进油口24翻转，将充油管路卸下，然后进油堵块将进油口24堵住，封堵完成后充油过程完成。冲油完成后，根据不同机械臂的关节需求，将本实施例提供的机械臂电动关节防水电机100安装在深海机械臂的关节处，机械臂电动关节防水电机100的输出轴7通过联轴器21与机械臂关节进行对接，使用水密缆将水密接插件23连接到渗水电池舱或者集成到水下机器人的总控电子舱上。

工作时，控制电路板接收到外部信号控制转子9转动，输入端绝对值编码器11收集机械臂电动关节防水电机100转子9的转速、转角或力矩数据；谐波减速器对转子9的转速进行减速，从而输出更小的转速和更大的转矩；谐波减速器输出的转矩和转速通过制动轴8带动输出端绝对值编码器12磁盘同步转动，如此输出端绝对值编码器12即可收集机械臂电动关节防水电机100的输出转矩、转速等数据，并转化成电信号传回控制电路板，控制电路板结合输入端绝对值编码器11的数据对机械臂电动关节防水电机100的输出进行反馈调节，并能同时监控机械臂电动关节防水电机100的工作效率以及输出功率，达到对机械臂工作情况实时监控的效果；制动轴8的与制动器14对接，制动器14在断电的情况下会出发制动开关，使机械臂电动关节防水电机100的输出轴7锁死，这样方便使机械臂在未启动的情况下能够保持固定的姿势，同时起到断电保护的作用。

需要说明的是本发明提供的机械臂电动关节防水电机100并不仅限于用于机械臂电动关节位置，也不仅仅适用于机械臂，其它需要使用电机的结构也可采用本发明提供的机械臂电动关节防水电机100。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种机械臂电动关节防水电机，其特征在于，包括：主体、电子舱舱体、控制元件、后端盖以及压力补偿囊，所述电子舱舱体设置于所述主体上，所述控制元件设置于所述电子舱舱体内部，所述电子舱舱体设置有第一安装口，所述压力补偿囊封堵所述第一安装口，所述后端盖与所述电子舱舱体连接，所述压力补偿囊的边缘夹紧于所述后端盖和所述电子舱舱体之间，所述后端盖上设置有多个透水孔，所述电子舱舱体内部设置有绝缘液压油；

所述主体包括外壳、输出轴以及设置于所述外壳内部的制动轴、转子、定子、谐波减速器、输入端绝对值编码器、输出端绝对值编码器、转动轴套和制动器，所述转子、所述定子、所述制动轴、所述输出轴以及所述转动轴套同轴设置，所述制动轴、所述转动轴套、所述转子以及所述定子由内至外依次嵌套设置，所述定子设置于所述外壳上，所述转子设置于所述转动轴套上，所述输出轴的一端伸入所述外壳内部，所述输出轴、所述制动轴以及所述制动器依次传动连接，所述转动轴套与所述谐波减速器的波发生器连接，所述输出轴与所述谐波减速器的柔轮相连接，所述谐波减速器的内齿钢轮设置于所述外壳上；

还包括联轴器，所述联轴器嵌套于所述波发生器内部，所述输出轴通过所述联轴器与所述制动轴传动连接；

还包括前端盖，所述外壳靠近所述输出轴的一端设置有第三安装口，所述前端盖封堵所述第三安装口，所述输出轴的一端穿过所述前端盖伸入所述外壳内；

所述外壳的内壁上设置有第一台阶，所述内齿钢轮的两端分别与所述前端盖和所述第一台阶相接触，以轴向定位；

所述制动轴上设置有第二台阶，所述联轴器的一端与所述柔轮相连接，另一端与所述第二台阶相接触，以轴向定位；

所述输出轴伸入所述外壳内部的一端径向设置有凸出部，所述凸出部的两端分别与所述前端盖和所述柔轮相接触，以轴向定位；

所述柔轮的两端分别与所述凸出部和所述联轴器相接触，以轴向定位。

2.根据权利要求1所述的机械臂电动关节防水电机，其特征在于，所述主体包括输入端绝对值编码器和输出端绝对值编码器，所述输入端绝对值编码器用于检测所述转子的位置信息，所述输出端绝对值编码器用于检测所述输出轴的位置信息。

3.根据权利要求2所述的机械臂电动关节防水电机，其特征在于，还包括支撑盖，所述外壳远离所述输出轴的一端设置有第二安装口，所述电子舱舱体封堵所述第二安装口，所述制动器设置于所述电子舱舱体上，所述支撑盖用于支撑所述谐波减速器，所述前端盖设置于所述支撑盖的外侧，所述前端盖、所述支撑盖以及所述外壳三者可拆卸连接，所述输出轴的一端依次穿过所述前端盖和所述支撑盖伸入所述外壳内部。

4.根据权利要求3所述的机械臂电动关节防水电机，其特征在于，所述前端盖和所述支撑盖之间设置泛塞封，所述泛塞封套设于所述输出轴上，所述电子舱舱体的一端自所述第二安装口伸入所述外壳内部，所述支撑盖的一端自所述第三安装口伸入所述外壳内部，所述电子舱舱体外侧壁和所述外壳内侧壁之间以及所述支撑盖外侧壁和所述外壳内侧壁之间均设置有0型密封圈。

5.根据权利要求3所述的机械臂电动关节防水电机，其特征在于，所述制动轴的一端设置有法兰盘，所述输出端绝对值编码器的磁盘与所述法兰盘可拆卸连接。

6.根据权利要求1所述的机械臂电动关节防水电机，其特征在于，所述波发生器与所述联轴器通过轴承连接。

7.根据权利要求1所述的机械臂电动关节防水电机，其特征在于，所述电子舱舱体上设置有水密接插件、进油口以及出油口，所述进油口设置于所述电子舱舱体的底端，所述出油口设置于所述电子舱舱体的顶端，所述进油口及所述出油口内分别设置有进油堵块和出油堵块。

8.根据权利要求1所述的机械臂电动关节防水电机，其特征在于，所述控制元件为控制电路板，所述电子舱舱体上设置有导电立柱，所述控制电路板设置于所述导电立柱上。

9.根据权利要求8所述的机械臂电动关节防水电机，其特征在于，所述导电立柱与所述电子舱舱体可拆卸连接。