用于深海机器人的直线运动装置

本发明涉及水下机器人领域，具体地说是一种用于深海机器人的直线运动装置。

背景技术：

1、遥控水下机器人(remotelyoperatedvehicle，rov)是一种常用于深海勘探打捞作业的设备，其可作为载具根据工作任务的不同装配各种水下工具从而实现不同的功能，而为了更好地覆盖不同种类水下机器人的应用场景，如图6所示，变结构水下机器人是一种较为可靠的研究方向，也即通过结构变形改变水下机器人的结构特点，使其具备两种以上的传统水下设备的工作能力。目前直线变形是变结构水下机器人领域较为常用的方式，但传统的大负载直线机构多采用液压驱动方式，比如液压缸、剪叉机构等，考虑到液压系统在深海环境下存在要求空间大、配置复杂、稳定性不足、机构干涉等问题，其并不适用于深海机器人，另外现有技术也有利用水下电动推杆驱动直线变形的方式，但对于深海rov而言，设计变形机构除了考虑直线运动方向的负载外，还需要承受设备在水下运动所产生的侧向负载，目前现有的水下电动推杆机构设计仅考虑了垂向负载，一般还需额外搭配导轨等机构共同工作，集成度较低。再者深海工况对电机的工作可靠性有较高的要求，而现有的电动推杆多为单电机配置，一旦电机失效则将严重影响任务执行进程，因此电机冗余配置的考虑也十分必要，并且由于深海环境下设备需要承受极大的压强，其需要内部充油实现压力的补偿，然而目前深海设备所能提供的油液补偿能力有限，限制了运动机构的设计。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于深海机器人的直线运动装置，其为双电机冗余设计，当任意一台电机发生故障时仍能正常工作，并且能够承受设备在水下运动所产生的侧向负载和深海压强。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

3、一种用于深海机器人的直线运动装置，包括第一电机、第二电机、差速器、传动轴、传动箱和直线驱动组件，其中差速器内部设有行星齿轮组件和传动齿轮组件，所述行星齿轮组件包括齿圈、行星齿轮和中间齿轮，且行星齿轮沿着圆周方向均布于所述齿圈和中间齿轮之间，第一电机与所述齿圈同轴连接，所述第二电机通过一个第二动力输入轴与所述中间齿轮同轴连接,所述传动齿轮组件起始端的主动齿轮套装于所述第二动力输入轴上，所述主动齿轮外缘设有连杆轴，任一行星齿轮套装于所述连杆轴上，所述传动齿轮组件末端的第二锥齿轮套装于所述传动轴上，所述传动轴两端均设有传动箱，且直线驱动组件分别安装于对应侧的传动箱上，两个直线驱动组件通过所述传动轴驱动同步伸缩，且所述传动轴通过两侧的传动箱传递力矩。

4、所述差速器包括差速箱体，且所述差速箱体一侧设有第一动力输入轴，另一侧设有第二动力输入轴，其中第一动力输入轴一端与所述第一电机同轴连接，另一端与所述齿圈同轴连接，第二动力输入轴一端与所述第二电机同轴连接，另一端与所述中间齿轮同轴连接，所述第一动力输入轴上设有第一制动器，所述第二动力输入轴上设有第二制动器。

5、所述传动齿轮组件包括主动齿轮、传动齿轮、从动齿轮、第一锥齿轮和第二锥齿轮，其中主动齿轮、传动齿轮、从动齿轮依次啮合，从动齿轮与第一锥齿轮同轴连接，第一锥齿轮与第二锥齿轮啮合。

6、所述直线驱动组件包括驱动丝杠、内活塞杆、内缸筒、外活塞杆和外缸筒，其中驱动丝杠设于内活塞杆中，且所述内活塞杆内部设有丝母套装于所述驱动丝杠上，所述内活塞杆设于内缸筒中，所述内缸筒设于所述外活塞杆中，且所述外活塞杆上端与所述内活塞杆上端固连，所述外活塞杆设于外缸筒中，且所述内缸筒和外缸筒下端均设于所述传动箱的箱体上，所述驱动丝杠下端伸入至所述传动箱并与设于所述传动箱内部的传动组件连接，所述驱动丝杠通过所述传动轴驱动旋转，且所述传动轴通过所述传动组件传递转矩。

7、所述驱动丝杠上端设有活塞块，且所述活塞块与内活塞杆之间以及所述内活塞杆与内缸筒之间均设有动密封圈，所述传动箱的箱体内部设有密封容置腔，且所述密封容置腔与所述内缸筒内部相通，所述传动组件设于所述密封容置腔中，所述箱体一侧设有注油口与所述密封容置腔相通。

8、所述内活塞杆上端设有通孔，所述内缸筒上端设有排气阀，所述外缸筒上端设有排气口。

9、所述传动箱内的传动组件包括相互啮合的蜗杆和蜗轮，其中蜗杆与所述传动轴连接，蜗轮与所述驱动丝杠同轴连接。

10、所述蜗轮中部设有供所述驱动丝杠穿过的蜗轮通孔，所述密封容置腔内部设有轴承和锁止螺母套装于所述驱动丝杠上，其中轴承通过所述锁止螺母限位，所述密封容置腔下端设有密封端盖。

11、所述内活塞杆下部设有外止口面，所述内缸筒上端设有内止口面。

12、所述外缸筒上端与外活塞杆之间设有滑动轴承。

13、本发明的优点与积极效果为：

14、1、本发明为双电机冗余设计，其中当两个电机均正常工作时，本发明的差速器可以耦合第一电机和第二电机的输入，最后实现动力的单一输出，避免双电机刚性连接产生的负载问题，当任意一台电机发生故障时，所述差速器仍然可以保证动力输出，进而保证装置仍然能够正常工作。

15、2、本发明直线驱动组件采用外缸筒和内缸筒的套装设计，能够承受侧向负载，而外活塞杆和内活塞杆连接到一起，既保证升降动作和外部负载支撑，又使得需要充油的直线机构直径能够尽量地小，以减少油液补偿需求量，满足深海压强的压力补偿要求，其中本发明内活塞杆的中空腔设计使得活塞块的上方为海水，下方为压力补偿油液，该设计使得机构运动时，密封腔体的体积变化量取决于机构的直线运动距离和内活塞杆的壁厚面积，相较于常见的闭合活塞杆设计能够有效减少补偿油液的需求量，同时也方便回收时的海水排出，避免残留海水对零件的腐蚀。

16、3、本发明直线驱动组件采用梯形丝杠，并且梯形丝杠与传动箱内的蜗杆和蜗轮均具备良好的自锁特性，能够配合失电制动器保证本发明在非工作状态下的自锁能力。

技术特征：

1.一种用于深海机器人的直线运动装置，其特征在于：包括第一电机(2)、第二电机(5)、差速器(1)、传动轴(4)、传动箱(6)和直线驱动组件(3)，其中差速器(1)内部设有行星齿轮组件(101)和传动齿轮组件，所述行星齿轮组件(101)包括齿圈(1011)、行星齿轮(1012)和中间齿轮(1013)，且行星齿轮(1012)沿着圆周方向均布于所述齿圈(1011)和中间齿轮(1013)之间，第一电机(2)与所述齿圈(1011)同轴连接，所述第二电机(5)通过一个第二动力输入轴(103)与所述中间齿轮(1013)同轴连接,所述传动齿轮组件起始端的主动齿轮(107)套装于所述第二动力输入轴(103)上，所述主动齿轮(107)外缘设有连杆轴(1071)，任一行星齿轮(1012)套装于所述连杆轴(1071)上，所述传动齿轮组件末端的第二锥齿轮(111)套装于所述传动轴(4)上，所述传动轴(4)两端均设有传动箱(6)，且直线驱动组件(3)分别安装于对应侧的传动箱(6)上，两个直线驱动组件(3)通过所述传动轴(4)驱动同步伸缩，且所述传动轴(4)通过两侧的传动箱(6)传递力矩。

2.根据权利要求1所述的用于深海机器人的直线运动装置，其特征在于：所述差速器(1)包括差速箱体(106)，且所述差速箱体(106)一侧设有第一动力输入轴(104)，另一侧设有第二动力输入轴(103)，其中第一动力输入轴(104)一端与所述第一电机(2)同轴连接，另一端与所述齿圈(1011)同轴连接，第二动力输入轴(103)一端与所述第二电机(5)同轴连接，另一端与所述中间齿轮(1013)同轴连接，所述第一动力输入轴(104)上设有第一制动器(105)，所述第二动力输入轴(103)上设有第二制动器(102)。

3.根据权利要求1所述的用于深海机器人的直线运动装置，其特征在于：所述传动齿轮组件包括主动齿轮(107)、传动齿轮(108)、从动齿轮(109)、第一锥齿轮(110)和第二锥齿轮(111)，其中主动齿轮(107)、传动齿轮(108)、从动齿轮(109)依次啮合，从动齿轮(109)与第一锥齿轮(110)同轴连接，第一锥齿轮(110)与第二锥齿轮(111)啮合。

4.根据权利要求1所述的用于深海机器人的直线运动装置，其特征在于：所述直线驱动组件(3)包括驱动丝杠(301)、内活塞杆(306)、内缸筒(307)、外活塞杆(308)和外缸筒(309)，其中驱动丝杠(301)设于内活塞杆(306)中，且所述内活塞杆(306)内部设有丝母(305)套装于所述驱动丝杠(301)上，所述内活塞杆(306)设于内缸筒(307)中，所述内缸筒(307)设于所述外活塞杆(308)中，且所述外活塞杆(308)上端与所述内活塞杆(306)上端固连，所述外活塞杆(308)设于外缸筒(309)中，且所述内缸筒(307)和外缸筒(309)下端均设于所述传动箱(6)的箱体(604)上，所述驱动丝杠(301)下端伸入至所述传动箱(6)并与设于所述传动箱(6)内部的传动组件连接，所述驱动丝杠(301)通过所述传动轴(4)驱动旋转，且所述传动轴(4)通过所述传动组件传递转矩。

5.根据权利要求4所述的用于深海机器人的直线运动装置，其特征在于：所述驱动丝杠(301)上端设有活塞块(304)，且所述活塞块(304)与内活塞杆(306)之间以及所述内活塞杆(306)与内缸筒(307)之间均设有动密封圈(311)，所述传动箱(6)的箱体(604)内部设有密封容置腔，且所述密封容置腔与所述内缸筒(307)内部相通，所述传动组件设于所述密封容置腔中，所述箱体(604)一侧设有注油口(603)与所述密封容置腔相通。

6.根据权利要求5所述的用于深海机器人的直线运动装置，其特征在于：所述内活塞杆(306)上端设有通孔，所述内缸筒(307)上端设有排气阀(310)，所述外缸筒(309)上端设有排气口。

7.根据权利要求5所述的用于深海机器人的直线运动装置，其特征在于：所述传动箱(6)内的传动组件包括相互啮合的蜗杆(601)和蜗轮(602)，其中蜗杆(601)与所述传动轴(4)连接，蜗轮(602)与所述驱动丝杠(301)同轴连接。

8.根据权利要求7所述的用于深海机器人的直线运动装置，其特征在于：所述蜗轮(602)中部设有供所述驱动丝杠(301)穿过的蜗轮通孔(6021)，所述密封容置腔内部设有轴承(605)和锁止螺母(606)套装于所述驱动丝杠(301)上，其中轴承(605)通过所述锁止螺母(606)限位，所述密封容置腔下端设有密封端盖(607)。

9.根据权利要求4所述的用于深海机器人的直线运动装置，其特征在于：所述内活塞杆(306)下部设有外止口面(3061)，所述内缸筒(307)上端设有内止口面(3071)。

10.根据权利要求4所述的用于深海机器人的直线运动装置，其特征在于：所述外缸筒(309)上端与外活塞杆(308)之间设有滑动轴承(303)。

技术总结本发明涉及一种用于深海机器人的直线运动装置，其中差速器内部设有行星齿轮组件和传动齿轮组件，行星齿轮组件包括齿圈、行星齿轮和中间齿轮，且行星齿轮均布于齿圈和中间齿轮之间，第一电机与齿圈同轴连接，第二电机通过第二动力输入轴与中间齿轮同轴连接,传动齿轮组件起始端的主动齿轮套装于第二动力输入轴上，主动齿轮外缘设有连杆轴，任一行星齿轮套装于连杆轴上，传动齿轮组件末端的第二锥齿轮套装于传动轴上，传动轴两端均设有传动箱，直线驱动组件分别安装于对应传动箱上，两个直线驱动组件通过传动轴驱动同步伸缩，且传动轴通过两侧传动箱传递力矩。本发明为双电机冗余设计，且能够承受设备在水下运动所产生的侧向负载和深海压强。技术研发人员：李彬,陈鑫,唐实,陶祎春,欧阳赛赛受保护的技术使用者：中国科学院沈阳自动化研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/5