一种基于圆柱凸轮驱动的水下振动吸附装置

本发明涉及一种自动化机械部件，特别涉及一种基于圆柱凸轮驱动的水下振动吸附装置。

背景技术：

1、真空吸附末端执行器采用负压吸附的方式实现物体的抓取，是目前应用最广泛的机器人末端执行器之一。负压吸附包括主动吸附和被动吸附。主动吸附是指真空的形成和维持均依靠来自外界的主动抽吸，一般利用真空发生装置在吸盘内产生负压。这种方式可以让吸盘内外产生较大的压差，使吸盘牢固地吸附在目标物上，但真空发生装置需要拖带气管，使得机器人本体的体积和质量增大，不利于机器人的小型化和轻量化。而被动吸附是通过外力让吸盘扩容产生负压，不需要外加真空发生装置和气管，利于实现机器人的小型化和轻量化。

2、设吸盘腔内气压等于外界大气压时所处的状态为平衡状态，吸盘在自然状态下其裙边与壁面良好接触、形成密闭空间时，令其高度为平衡高度，吸盘在外力作用下使其高度以平衡高度为中心，以一定的振幅、频率进行振动，产生负压而与壁面吸附的技术，叫做振动吸附技术。现有技术中，吸附装置多采用偏心轮带动吸盘安装板的形式来实现振动效果，例如在专利号为cn106005322a的水下振动装置中提到的驱动组件、在专利号为cn100554069c的振动吸附装置中提到的振动驱动机构，均采用偏心轮产生振动，使得驱动机构复杂，磨损较大；两者的吸盘振动曲线均为正弦形式，无法与最优理论振动曲线进行贴合；难以适应曲面，其工作局限较大。在专利号为cn101439735b的采用方波振动的吸附机构中提到的振动机构，虽然可以实现近似方波输出，但是传动结构复杂、加工难度高，且利用多个弹簧复位，易造成复位失败，装置鲁棒性低。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明提供一种基于圆柱凸轮驱动的水下振动吸附装置，其工作原理为直流减速电机带动圆柱凸轮旋转从而进一步带动吸附组件沿着圆柱凸轮的曲线凹槽振动，圆柱凸轮驱动的优点体现在可以根据振动吸附力理论建模计算得到的最优振动曲线进行精确拟合，并结合实际应用场景，自由设计曲线轮廓，兼顾装置吸附力和振动效果；具有曲面适应功能，利于吸附船体等曲面物体；其结构紧凑，受力均匀，磨损小，功耗较低，且吸附能力强，可以实现模块化装配加工，并搭配机械臂、水下机器人等实现各种水下吸附工作。

2、本发明为一种基于圆柱凸轮驱动的水下振动吸附装置，包括盖体、底座和振动吸附总成；所述振动吸附总成包括吸附组件和振动驱动机构，所述吸附组件包括至少一个吸附单元和至少一个轨道导向轮，所述振动驱动机构包括动力装置、与底座固定连接并用于安装动力装置的上板和驱动轨道导向轮上下运动以使吸附单元产生振动吸附的驱动组件，所述上板和底座自上而下依此设置，所述吸附单元以可相对滑动的方式自上而下依次穿过上板和底座。

3、进一步，所述盖体与底座连接，且连接处设置有用于密封的密封圈；所有用于连接的螺钉均装有密封圈。

4、进一步，所述轨道导向轮包括滚子轴承和滚子导向柱，吸附单元包括吸盘组件、球铰和分别与球铰和滚子导向柱相连的振动杆，所述球铰包括与吸盘组件相连的球头座和与振动杆相连的球头，所述吸盘组件包括吸盘本体、吸盘连接板和与吸盘本体可拆卸连接并用于吸盘连接板连接的转换头。

5、进一步，所述驱动组件包括由动力装置驱动旋转的圆柱凸轮、上角接触球轴承和下角接触球轴承，所述上角接触球轴承和下角接触球轴承结构相同、成对使用，用于限制圆柱凸轮轴向、径向窜动。

6、进一步，所述动力装置为直流减速电机，所述上板设置有用于固定所述直流减速电机的电机固定柱，所述直流减速电机的d型驱动轴与所述圆柱凸轮的d型孔固定配合。

7、进一步，所述上板设置有对振动杆导向的直线轴承和用于限制上角接触球轴承的轴承限位盖。

8、进一步，所述底座上设置有与上板相连的板件固定柱和用于限制振动杆转动的振动杆限位座，所述底座上设置有用于振动杆上下振动的过孔和用于固定振动杆密封圈的密封圈压盖，所述振动杆密封圈用于实现振动杆的动密封。

9、本发明的有益效果：本发明的水下振动吸附装置，通过采用圆柱凸轮驱动的振动结构，其优点体现在可以根据振动吸附力理论建模计算得到的最优振动曲线进行精确拟合，并结合实际应用场景，自由设计曲线轮廓，兼顾装置吸附力和振动效果，充分发挥吸盘有限容积的利用率，利于增大吸附力；利用球铰的多自由度，使装置在吸附时具有曲面自适应功能；空间利用率高，结构紧凑，且在水下环境和空气环境中均可使用。

技术特征：

1.一种基于圆柱凸轮驱动的水下振动吸附装置，其特征在于，包括盖体、底座和振动吸附总成；所述振动吸附总成包括吸附组件和振动驱动机构，所述吸附组件包括至少一个吸附单元和至少一个轨道导向轮，所述振动驱动机构包括动力装置、与底座固定连接并用于安装动力装置的上板和驱动轨道导向轮上下运动以使吸附单元产生振动吸附的驱动组件，所述上板和底座自上而下依此设置，所述吸附单元以可相对滑动的方式自上而下依次穿过上板和底座。

2.根据权利要求1所述的一种基于圆柱凸轮驱动的水下振动吸附装置，其特征在于，所述盖体与底座连接，且连接处设置有用于密封的密封圈；所有用于连接的螺钉均装有密封圈。

3.根据权利要求1所述的一种基于圆柱凸轮驱动的水下振动吸附装置，其特征在于，所述轨道导向轮包括滚子轴承和滚子导向柱，吸附单元包括吸盘组件、球铰和分别与球铰和滚子导向柱相连的振动杆，所述球铰包括与吸盘组件相连的球头座和与振动杆相连的球头，所述吸盘组件包括吸盘本体、吸盘连接板和与吸盘本体可拆卸连接并用于吸盘连接板连接的转换头。

4.根据权利要求1所述的一种基于圆柱凸轮驱动的水下振动吸附装置，其特征在于，所述驱动组件包括由动力装置驱动旋转的圆柱凸轮、上角接触球轴承和下角接触球轴承，所述上角接触球轴承和下角接触球轴承结构相同、成对使用，用于限制圆柱凸轮轴向、径向窜动。

5.根据权利要求1所述的一种基于圆柱凸轮驱动的水下振动吸附装置，其特征在于，所述动力装置为直流减速电机，所述上板设置有用于固定所述直流减速电机的电机固定柱，所述直流减速电机的d型驱动轴与所述圆柱凸轮的d型孔固定配合。

6.根据权利要求1所述的一种基于圆柱凸轮驱动的水下振动吸附装置，其特征在于，所述上板设置有对振动杆导向的直线轴承和用于限制上角接触球轴承的轴承限位盖。

7.根据权利要求1所述的一种基于圆柱凸轮驱动的水下振动吸附装置，其特征在于，所述底座上设置有与上板相连的板件固定柱和用于限制振动杆转动的振动杆限位座，所述底座上设置有用于振动杆上下振动的过孔和用于固定振动杆密封圈的密封圈压盖，所述振动杆密封圈用于实现振动杆的动密封。

技术总结本发明涉及机器人领域，公开了一种基于圆柱凸轮驱动的水下振动吸附装置，包括盖体、底座和振动吸附总成。本发明通过采用圆柱凸轮驱动的振动结构，其优点体现在可以根据振动吸附力理论建模计算得到的最优振动曲线进行精确拟合，并结合实际应用场景，自由设计曲线轮廓，兼顾装置吸附力和振动效果，充分发挥吸盘有限容积的利用率，利于增大吸附力；利用球铰的多自由度，使装置在吸附时具有曲面自适应功能；空间利用率高，结构紧凑，且在水下环境和空气环境中均可使用。技术研发人员：陈锐,程晓峰,冯三强,黄嵘,孙启迪,李灿,罗均受保护的技术使用者：重庆大学技术研发日：技术公布日：2024/6/5