CN109368164B - 一种重载装运机构 - Google Patents

Abstract

一种重载装运机构，包括第一直线驱动系统、第一安装支撑台、第一联轴节、第一轴承压板、第一轴承、第一轴承座、第一滚珠丝杠、大直齿轮、工作台、齿轮安装平台、旋转平台、第一支撑轴承座、第一导轨、交叉滚子轴承、小直齿轮、旋转驱动系统、旋转驱动安装支架、第二直线驱动系统、安装支撑台、联轴节、第二轴承压板、第二轴承座、第二轴承、第二滚珠丝杠、支座、底盘、旋转安装支撑平台、滚柱直线轴承、第二支撑轴承座、直线推杆、旋转外平台、定位导向杆、连接耳片、连接销、U形接头、第二导轨。本发明可以实现机构X、Y、Z轴直线位移运动、俯仰运动以及回转运动，运载能力强，可达到吨级，且运动灵活、方便，大大提高了装载效率。

Description

一种重载装运机构

技术领域

本发明涉及机械工程领域和水下机器人领域，特别是一种重载装运机构。

背景技术

水下机器人凭借其体积小、可控性好、安全性高以及搭载灵活等优点成为海洋领域的研究热点，在军事、科学研究、石油、渔业等领域得到了广泛运用。

随着人类对海洋探索的逐渐深入，对水下机器人的要求也越来越高，水下机器人正在朝着更大、更强发展，大型、超大型水下机器人研发如火如荼。

(超)大型水下机器人，需要配备更大的能源系统，采用目前锂电池组，重量可达吨级；搭载的载荷种类越来越多，体积、重量也越来越大，例如大型侧扫声纳、合成孔径声纳、鱼雷等，重量可达到数百公斤。各种载荷、锂电池组都需要通过地面装运机构运输并安装到水下机器人内部。

目前水下机器人搭载能力都比较低，一般都是几十公斤(少数可以达到约一百公斤)，因此现有地面装运机构装运重量轻，一般为百公斤量级或更小；结构上都采用圆滚轮、方形导轨进行轴向运动，无法满足多个自由度的调节、安装。同时，圆滚轮突出缺点是精度差，刚性低，摩擦阻力大，无法实现人力推进与调节；方形导轨对安装要求很高，且其上的滑块和轨道不易分离，安装维修难度很高。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种重载装运机构，解决了现有机构运载能力低、调节功能差、装载效率低、费时费力的问题。

本发明的技术解决方案是：一种重载装运机构，包括：直线驱动系统I、安装支撑台I、联轴节I、轴承压板I、轴承I、轴承座I、滚珠丝杠I、大直齿轮、工作台、齿轮安装平台、旋转平台、支撑轴承座I、导轨I、交叉滚子轴承、小直齿轮、压紧螺钉、压紧板、旋转驱动系统、旋转驱动安装支架、直线驱动系统II、安装支撑台II、联轴节II、轴承压板II、轴承座II、轴承II、滚珠丝杠II、支座、底盘、旋转安装支撑平台、滚柱直线轴承、支撑轴承座II、直线推杆、旋转外平台、定位导向杆、连接耳片、连接销、U形接头、导轨II；

将导轨I通过螺钉装在旋转平台。在滚珠丝杠I两端装入一对轴承I，并通过轴承压板I和止动环将之安装在轴承座I、支撑轴承座I之间，使得轴承I、轴承座I、滚珠丝杠I、支撑轴承座I紧密连接。轴承压板I安装在左端轴承左侧，与止动环配合将轴承I轴向压紧。使用螺钉将轴承座I、支撑轴承座I安装在旋转平台上。

将直线驱动系统I通过螺钉与安装支撑台I连接，再将其通过螺钉安装在旋转平台。通过联轴节I，使得直线驱动系统I的输出轴与滚珠丝杠I左端输入轴相连，传递动力。

将滚柱直线轴承通过螺钉安装在底盘上。

将导轨II通过螺钉装在底盘上。在滚珠丝杠II两端装入一对轴承II并通过轴承压板II和止动环将之安装在轴承座II、支撑轴承座II之间，使得轴承II、轴承座II、滚珠丝杠II、支撑轴承座II紧密连接。轴承压板II安装在左端轴承左侧，与止动环配合将轴承II轴向压紧。使用螺钉将轴承座II、支撑轴承座II安装在底盘上。

将直线驱动系统II通过螺钉与安装支撑台II连接，再将其通过螺钉安装在底盘。通过联轴节II，使得直线驱动系统II的输出轴与滚珠丝杠II左端输入轴相连，传递动力。

使用螺钉，将支座安装在滚珠丝杠II的螺母、导轨II的滑块上。

通过螺钉，将直线推杆与支座紧密连接。通过直线推杆头部的螺纹，将U形接头与直线推杆连接在一起。将连接耳片与旋转外平台通过螺钉连接在一起，再通过连接销，将连接耳片与U形接头连接在一起，使得旋转外平台、连接耳片、U形接头、直线推杆与支座紧密连接。直线推杆配合连接耳片、连接销和U形接头，使得机构能够做Z轴(垂直方向)直线运动以及俯仰运动。

将大直齿轮从上方装入齿轮安装平台上，使用螺钉连接在一起。再将齿轮安装平台通过螺钉与交叉滚子轴承的内圈紧密连接。然后通过螺钉，将交叉滚子轴承的外圈固定在旋转安装支撑平台上。大直齿轮、齿轮安装平台、交叉滚子轴承、旋转安装支撑平台中心轴线重合。

将旋转驱动系统通过螺钉安装在旋转驱动安装支架上。使用压紧螺钉、压紧板将小直齿轮固定在旋转驱动系统的伸出轴上。然后再将旋转驱动安装支架通过螺钉，与旋转安装支撑平台紧密相连。所述小直齿轮与大直齿轮啮合形成齿轮组进行传动，使得机构可以实现±360°运动。

通过螺钉，使得上述连接后的旋转平台与齿轮安装平台紧密连接。

将工作台通过螺钉与滚珠丝杠I的螺母、导轨I的方形滑块紧密连接在一起。

将定位导向杆从右侧安装在上述连接后的底盘前端。

所述小直齿轮与大直齿轮啮合形成齿轮组进行传动，使得机构可以实现±360°运动。

所述直线推杆配合连接耳片、连接销和U形接头，使得机构能够做Z轴(垂直方向)直线运动以及俯仰运动。

所述大直齿轮、齿轮安装平台、交叉滚子轴承、旋转安装支撑平台中心轴线重合。

所述滚珠丝杠I、轴承座I、支撑轴承座I之间装入一对轴承I采用面对面方式安装。

所述滚珠丝杠II、轴承座II、支撑轴承座II之间装入一对轴承II采用面对面方式安装。

所述底盘是U形结构

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明可以实现机构X、Y、Z轴直线位移运动，调节范围大(X轴调节范围±200毫米、Y轴调节范围±80毫米、Z轴10毫米)，调节精度高(X、Y、Z轴调节精度都为0.1毫米)，不再需要人工搬运重物进行微调，调节灵活、方便，可以满足多种载荷大范围安装要求，大大提高了安装效率；

(2)本发明采用一体化电动推杆作为垂直方向调节用，安装、调节、维修方便、灵活，配合连接耳片、连接销和U形接头，使得机构能够做±2.5°的俯仰运动，可满足多种任务需求，大大提高了安装效率；

(3)本发明采用精密直齿轮组进行回转运动，调节灵活、精度高；并采用交叉滚子轴承作为旋转支撑，承载力高，可满足多种任务需求，有效提高了安装效率；

(4)本发明采用滚柱直线轴承作为运动导向与支撑部件，配合圆形轨道，整个机构刚性好，运载能力强(≥2吨)，摩擦阻力非常小，可以实现人工轻松拖曳，大大提高了运输效率。同时，滚柱直线轴承有有良好的自调心功能，而且可以和轨道轻松分离，使得整个机构可以轻松跨越厘米量级的间隙，进入水下机器人内部，方便安装，大大提高了安装效率；

(5)本发明采用将导轨II、滚珠丝杠II等放在U型底盘的最低处，并且将旋转部分放在四个直线推杆之间，有效降低了机构的高度，方便机构进出水下机器人，增大调节范围，可满足多种任务需求。

附图说明

图1为本发明重载装运机构结构示意图；

图2为本发明重载装运机构前视图；

图3为本发明重载装运机构俯视图；

图4为本发明重载装运机构侧视图；

图5为本发明重载装运机构在轨道上的示意图。

具体实施方式

本发明克服现有技术的不足，提供了一种重载装运机构，解决了现有机构运载能力低、调节功能差、装载效率低、费时费力的问题一种重载装运机构，包括直线驱动系统I、安装支撑台I、联轴节I、轴承压板I、轴承组I、轴承座I、滚珠丝杠I、大直齿轮、工作台、齿轮安装平台、旋转平台、支撑轴承座I、导轨、交叉滚子轴承、小直齿轮、压紧螺钉、压紧板、旋转驱动系统、旋转驱动安装支架、直线驱动系统II、安装支撑台II、联轴节II、轴承压板II、轴承座II、轴承组II、滚珠丝杠II、支座、底盘、旋转安装支撑平台、滚柱直线轴承、支撑轴承座II、直线推杆、旋转外平台、定位导向杆、连接耳片、连接销、U形接头、导轨II，可以实现机构X、Y、Z轴直线位移运动、俯仰运动以及回转运动，运载能力强，可达到吨级，且运动灵活、方便，大大提高了装载效率。下面结合附图来说明本发明的具体实施方式。

本发明提供了一种重载装运机构，如图1所示为本发明重载装运机构结构示意图，如图2所示为本发明重载装运机构前视图，如图3所示为本发明重载装运机构俯视图，如图4所示为本发明重载装运机构侧视图，如图5所示为本发明重载装运机构在轨道上的示意图，包括：直线驱动系统I1、安装支撑台I2、联轴节I3、轴承压板I4、轴承I5、轴承座I6、滚珠丝杠I7、大直齿轮8、工作台9、齿轮安装平台10、旋转平台11、支撑轴承座I12、导轨I13、交叉滚子轴承14、小直齿轮15、压紧螺钉16、压紧板17、旋转驱动系统18、旋转驱动安装支架19、直线驱动系统II20、安装支撑台II21、联轴节II22、轴承压板II23、轴承座II24、轴承II25、滚珠丝杠II26、支座27、底盘28、旋转安装支撑平台29、滚柱直线轴承30、支撑轴承座II31、直线推杆32、旋转外平台33、定位导向杆34、连接耳片35、连接销36、U形接头37、导轨II38。

将导轨I13通过螺钉装在旋转平台11。在滚珠丝杠I7两端装入一对轴承I5，并通过轴承压板I4和止动环将之安装在轴承座I6、支撑轴承座I12之间，使得轴承I5、轴承座I6、滚珠丝杠I7、支撑轴承座I12紧密连接。轴承压板I4安装在左端轴承左侧，与止动环配合将轴承I5轴向压紧。使用螺钉将轴承座I6、支撑轴承座I12安装在旋转平台11上。

将直线驱动系统I1通过螺钉与安装支撑台I2连接，再将其通过螺钉安装在旋转平台11。通过联轴节I3，使得直线驱动系统I1的输出轴与滚珠丝杠I7左端输入轴相连，传递动力。

将滚柱直线轴承30通过螺钉安装在底盘28上。

将导轨II38通过螺钉装在底盘28上。在滚珠丝杠II26两端装入一对轴承II25，并通过轴承压板II23和止动环将之安装在轴承座II24、支撑轴承座II31之间，使得轴承II25、轴承座II24、滚珠丝杠II26、支撑轴承座II31紧密连接。轴承压板II23安装在左端轴承左侧，与止动环配合将轴承II25轴向压紧。使用螺钉将轴承座II24、支撑轴承座II31安装在底盘28上。

将直线驱动系统II20通过螺钉与安装支撑台II21连接，再将其通过螺钉安装在底盘28。通过联轴节II22，使得直线驱动系统II20的输出轴与滚珠丝杠II26左端输入轴相连，传递动力。

使用螺钉，将支座27安装在滚珠丝杠II26的螺母、导轨II38的滑块上。

通过螺钉，将直线推杆32与支座27紧密连接。通过直线推杆32头部的螺纹，将U形接头37与直线推杆32连接在一起。将连接耳片35与旋转外平台33通过螺钉连接在一起，再通过连接销36，将连接耳片35与U形接头37连接在一起，使得旋转外平台33、连接耳片35、U形接头37、直线推杆32与支座27紧密连接。直线推杆32配合连接耳片35、连接销36和U形接头37，使得机构能够做Z轴垂直方向直线运动以及俯仰运动。

将大直齿轮8从上方装入齿轮安装平台10上，使用螺钉连接在一起。再将齿轮安装平台10通过螺钉与交叉滚子轴承14的内圈紧密连接。然后通过螺钉，将交叉滚子轴承14的外圈固定在旋转安装支撑平台29上。大直齿轮8、齿轮安装平台10、交叉滚子轴承14、旋转安装支撑平台29中心轴线重合。

将旋转驱动系统18通过螺钉安装在旋转驱动安装支架19上。使用压紧螺钉16、压紧板17将小直齿轮15固定在旋转驱动系统18的伸出轴上。然后再将旋转驱动安装支架19通过螺钉，与旋转安装支撑平台29紧密相连。所述小直齿轮15与大直齿轮8啮合形成齿轮组进行传动，使得机构可以实现±360°运动。

通过螺钉，使得上述连接后的旋转平台11与齿轮安装平台10紧密连接。

将工作台9通过螺钉与滚珠丝杠I7的螺母、导轨I13的方形滑块紧密连接在一起。将定位导向杆34从右侧安装在上述连接后的底盘28前端。小直齿轮15与大直齿轮8啮合形成齿轮组进行传动，使得机构可以实现±360°运动。直线推杆32配合连接耳片35、连接销36和U形接头37，使得机构能够做Z轴垂直方向直线运动以及俯仰运动。大直齿轮8、齿轮安装平台10、交叉滚子轴承14、旋转安装支撑平台29中心轴线重合。滚珠丝杠I7、轴承座I6、支撑轴承座I12之间装入一对轴承I5采用面对面方式安装。滚珠丝杠II26、轴承座II24、支撑轴承座II31之间装入一对轴承II25采用面对面方式安装。底盘28是U形结构。

本发明可以实现机构X、Y、Z轴直线位移运动，调节范围大(X轴调节范围±200毫米、Y轴调节范围±60毫米、Z轴20毫米)，调节精度高(X、Y、Z轴调节精度都为0.1毫米)，不再需要人工搬运重物进行微调，调节灵活、方便，可以满足多种载荷大范围安装要求，大大提高了安装效率。

本发明采用一体化电动直线推杆32作为垂直方向调节用，安装、调节、维修方便、灵活，配合连接耳片35、连接销36、U形接头37，使得机构能够做±2.5°的俯仰运动，可满足多种任务需求，大大提高了安装效率。

本发明采用精密直齿轮组(小直齿轮15+大直齿轮8)进行回转运动，调节灵活、精度高；并采用交叉滚子轴承14作为旋转支撑，承载力高，可满足多种任务需求，有效提高了安装效率。

本发明采用滚柱直线轴承30作为运动导向与支撑部件，配合圆形轨道，整个机构刚性好，运载能力强(≥2吨)，摩擦阻力非常小，可以实现人工轻松拖曳，大大提高了运输效率。同时，滚柱直线轴承30有良好的自调心功能，且可以和轨道轻松分离，使得整个机构可以轻松跨越厘米量级的间隙，进入水下机器人内部，方便载荷安装，大大提高了安装效率。

本发明采用将导轨II38、滚珠丝杠II26等放在U型底盘的最低处，并且将旋转部分放在四个直线推杆32之间，有效降低了机构的高度，方便机构进出水下机器人，增大调节范围，可满足多种任务需求。

经过项目试验测试，该发明实施例满足能够(超)大型水下机器人多种载荷(声纳系统、武器系统、电池系统)、最大重量达到2吨的载荷的装运要求。使用中，人工可以操作整个机构的前进并进入水下机器人内部，针对不同任务要求，在大范围内调节、对准载荷，实现载荷的最终装配。以锂电池组装运、安装为例，吨级锂电池组需要安装时间约1.5个小时，采用本发明机构，安装、拆卸相同锂电池组仅需35分钟，大大节约了人力和准备时间，提高了试验效率。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (8)

1.一种重载装运机构，其特征在于包括第一直线驱动系统(1)、第一安装支撑台(2)、第一联轴节(3)、第一轴承压板(4)、第一轴承(5)、第一轴承座(6)、第一滚珠丝杠(7)、大直齿轮(8)、工作台(9)、齿轮安装平台(10)、旋转平台(11)、第一支撑轴承座(12)、第一导轨(13)、交叉滚子轴承(14)、小直齿轮(15)、旋转驱动系统(18)、旋转驱动安装支架(19)、第二直线驱动系统(20)、第二安装支撑台(21)、联轴节(22)、第二轴承压板(23)、第二轴承座(24)、第二轴承(25)、第二滚珠丝杠(26)、支座(27)、底盘(28)、旋转安装支撑平台(29)、滚柱直线轴承(30)、第二支撑轴承座(31)、直线推杆(32)、旋转外平台(33)、定位导向杆(34)、连接耳片(35)、连接销(36)、U形接头(37)、第二导轨(38)，其中：

第一导轨(13)安装在旋转平台(11)上，第一滚珠丝杠(7)两端装入一对第一轴承(5)，并通过第一轴承压板(4)和止动环安装在第一轴承座(6)、第一支撑轴承座(12)之间，使得第一轴承(5)、第一轴承座(6)、第一滚珠丝杠(7)、第一支撑轴承座(12)紧密连接，第一轴承压板(4)安装在左端轴承左侧，与止动环配合将轴承(5)轴向压紧，第一轴承座(6)、第一支撑轴承座(12)安装在旋转平台(11)上；

第一直线驱动系统(1)与第一安装支撑台(2)连接，并安装在旋转平台(11)，通过第一联轴节(3)，使得第一直线驱动系统(1)的输出轴与第一滚珠丝杠(7)左端输入轴相连、传递动力；

滚柱直线轴承(30)安装在底盘(28)上，第二导轨(38)安装在底盘(28)上，在第二滚珠丝杠(26)两端装入一对第二轴承(25)，并通过第二轴承压板(23)和止动环安装在第二轴承座(24)、第二支撑轴承座(31)之间，使得第二轴承(25)、第二轴承座(24)、第二滚珠丝杠(26)、第二支撑轴承座(31)紧密连接，第二轴承压板(23)安装在左端轴承左侧，与止动环配合将第二轴承(25)轴向压紧，第二轴承座(24)、第二支撑轴承座(31)安装在底盘(28)上；

第二直线驱动系统(20)与第二安装支撑台(21)连接，并安装在底盘(28)，通过第二联轴节(22)使得第二直线驱动系统(20)的输出轴与第二滚珠丝杠(26)左端输入轴相连、传递动力；

支座(27)安装在第二滚珠丝杠(26)以及第二导轨(38)的滑块上，直线推杆(32)与支座(27)紧密连接，通过直线推杆(32)头部将U形接头(37)与直线推杆(32)连接在一起，连接耳片(35)与旋转外平台(33)连接后通过连接销(36)、连接耳片(35)与U形接头(37)连接，使得旋转外平台(33)、连接耳片(35)、U形接头(37)、直线推杆(32)与支座(27)紧密连接；

大直齿轮(8)从上方装入齿轮安装平台(10)上，齿轮安装平台(10)与交叉滚子轴承(14)的内圈紧密连接，交叉滚子轴承(14)的外圈固定在旋转安装支撑平台(29)上；

旋转驱动系统(18)安装在旋转驱动安装支架(19)上，小直齿轮(15)固定在旋转驱动系统(18)的伸出轴上，旋转驱动安装支架(19)与旋转安装支撑平台(29)紧密相连；

旋转平台(11)与齿轮安装平台(10)紧密连接，工作台(9)与第一滚珠丝杠(7)、第一导轨(13)的方形滑块紧密连接，定位导向杆(34)从右侧安装在底盘(28)前端。

2.根据权利要求1所述一种重载装运机构，其特征在于：所述小直齿轮(15)与大直齿轮(8)啮合形成齿轮组进行传动，使得机构实现±360°运动。

3.根据权利要求1或2所述一种重载装运机构，其特征在于：所述直线推杆(32)配合连接耳片(35)、连接销(36)和U形接头(37)，使得机构能够做垂直方向直线运动以及俯仰运动。

4.根据权利要求1或2所述一种重载装运机构，其特征在于：所述大直齿轮(8)、齿轮安装平台(10)、交叉滚子轴承(14)、旋转安装支撑平台(29)中心轴线重合。

5.根据权利要求1或2所述一种重载装运机构，其特征在于：所述第一滚珠丝杠(7)、第一轴承座(6)、第一支撑轴承座(12)之间装入的一对第一轴承(5)采用面对面方式安装。

6.根据权利要求1或2所述一种重载装运机构，其特征在于：所述第二滚珠丝杠(26)、第二轴承座(24)、第二支撑轴承座(31)之间装入的一对第二轴承(25)采用面对面方式安装。

7.根据权利要求1或2所述一种重载装运机构，其特征在于：所述底盘(28)是U形结构。

8.根据权利要求1或2所述一种重载装运机构，其特征在于：还包括压紧螺钉(16)、压紧板(17)，压紧螺钉(16)、压紧板(17)将小直齿轮(15)固定在旋转驱动系统(18)的伸出轴上。

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