[發明專利]一種水下機器人單自由度旋轉關節

有效

• 申請號: 201610049096.X
• 申請日: 2016-01-25
• 公開（公告）號: CN105459147B
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 樊繼壯;趙杰;張偉;孔彭城
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B25J17/00
• 分類號: B25J17/00;F16J15/06;F16J15/18
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109
• 代理人: 孟憲會

技術領域

本發明涉及一種水下機器人單自由度旋轉關節，該關節是通過使用杠桿原理驅動關節轉動，通過軸部密封實現緊湊防水的機構，屬于機器人領域。

背景技術

由于海洋資源開發需求，近年來仿生水下推進機器人受到國內外學者的廣泛關注。為適應直線驅動器通過杠桿原理驅動關節轉動，水下機器人單自由度旋轉關節的設計是必不可少的。杠桿驅動為直線驅動器，如氣動肌肉和氣缸等，提供了簡易的驅動方式。但是，這樣造成桿件之間相互連接不利于關節的密封與桿件殼體的安裝。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有的水下機器人單自由度旋轉關節易造成桿件之間相互連接不利于關節的密封與桿件殼體安裝的問題，進而提供一種水下機器人單自由度旋轉關節。

本發明的技術方案是：一種水下機器人單自由度旋轉關節，它包括固定基座、旋轉基座、旋轉軸、靜密封機構、動密封機構、第一軸承、杠桿、兩個驅動器和編碼器。

固定基座和旋轉基座上下設置，旋轉軸豎直穿設在固定基座和旋轉基座內，旋轉軸與固定基座和旋轉基座之間的連接處通過動密封機構密封，旋轉基座內通過靜密封機構與旋轉軸密封連接，編碼器安裝在固定基座內的旋轉軸的上端，杠桿和第一軸承依次套裝在旋轉軸上，杠桿與旋轉軸的上部相互配合實現聯動，兩個驅動器的末端分別與杠桿的一端連接；

靜密封機構包括第一密封圈、旋轉筋骨和螺釘，伸入到旋轉基座內的旋轉軸下部設有靜密封階梯臺肩，旋轉筋骨設有多個筋骨臺肩，旋轉筋骨套裝在旋轉軸下部的靜密封階梯臺肩上，靜密封階梯臺肩上部外側壁與旋轉筋骨之間留有靜密封空隙，第一密封圈套裝在靜密封空隙內，螺釘穿設在旋轉筋骨的下部；

動密封機構包括第二密封圈、V型密封圈和套筒，第二密封圈套裝在旋轉軸的外側壁上，且第二密封圈與固定基座的殼體之間留有儲油腔室，V型密封圈套裝在旋轉軸上并位于固定基座的殼體的下部內側壁與旋轉基座的上端之間，套筒套裝在旋轉軸的外側壁上，且位于V型密封圈的下端。

本發明與現有技術相比具有以下效果：

1.本發明提出了一種直線驅動器驅動關節轉動的關節機構，利用杠桿機構驅動關節軸連接轉動部件實現轉動。旋轉基座、旋轉軸和杠桿通過連接件固連一起，形成一個整體，突出的旋轉軸部分和杠桿插入基座中，使基座與旋轉基座之間的轉動等效為基座與旋轉軸之間的轉動，這樣將基座和旋轉基座之間杠桿作用變為基座與旋轉軸之間的杠桿連接，所需的連接點放置在了基座內部。基座與旋轉基座之間的連接間隙僅為旋轉軸和基座殼體之間的間隙，通過套裝在旋轉軸上的動密封裝置實現轉動密封。V型密封圈5-2為橡膠材質，緊套在旋轉軸上，實現旋轉軸與V型密封圈的密封，V型密封圈的另一端與基座殼體相接觸，關節轉動時存在相對轉動，但是柔軟的V型密封圈緊貼在基座殼體表面，保障相對轉動處的密封。第二密封圈5-1與基座殼體形成的密封油腔室中充滿密封油，由于第二密封圈緊套在旋轉軸上，外緣與基座殼體間隙很小，從而保障密封油停留在V型密封圈與第二密封圈之間，組織從V型密封圈漏掉的液體進入基座殼體內。

而旋轉基座內部因為裝配形成的間隙則通過靜密封裝置實現關節處的良好密封效果。綜上所述，本發明簡化了關節結構與密封結構。為骨骼-關節式水下機器人提供了一種關節轉動方案。

附圖說明

圖1為本發明的整體結構外部示意圖；圖2為圖1在B-B處的關節處的剖面示意圖；圖3為本發明關節軸處局部剖面視圖。

具體實施方式

具體實施方式一：結合圖1至圖3說明本實施方式，本實施方式一種水下機器人單自由度旋轉關節，它包括固定基座1、旋轉基座2、旋轉軸3、靜密封機構4、動密封機構5、第一軸承6、杠桿7、兩個驅動器8和編碼器9，

固定基座1和旋轉基座2上下設置，旋轉軸3豎直穿設在固定基座1和旋轉基座2內，旋轉軸3與固定基座1和旋轉基座2之間的連接處通過動密封機構5密封，旋轉基座2內通過靜密封機構4與旋轉軸3密封連接，編碼器9安裝在固定基座1內的旋轉軸3的上端，杠桿7和第一軸承6依次套裝在旋轉軸3上，杠桿7與旋轉軸3的上部相互配合實現聯動，兩個驅動器8的末端分別與杠桿7的一端連接；

靜密封機構4包括第一密封圈4-1、旋轉筋骨4-2和螺釘4-3，伸入到旋轉基座2內的旋轉軸3下部設有靜密封階梯臺肩，旋轉筋骨4-2設有多個筋骨臺肩，旋轉筋骨4-2套裝在旋轉軸3下部的靜密封階梯臺肩上，靜密封階梯臺肩上部外側壁與旋轉筋骨4-2之間留有靜密封空隙，第一密封圈4-1套裝在靜密封空隙內，螺釘4-3穿設在旋轉筋骨4-2的下部；