CN101224579A - 水下机械卡爪结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种水下机械手卡爪结构。由指爪I1、指爪II 23、外连杆I2、外连杆II 3、内连杆I 4、内连杆II 5、橡胶层I 6、橡胶层 II 7、外连杆销轴I8、外连杆销轴II 9、外连杆销轴III 10、外连杆销轴IV 11、内连杆小销轴I 12、内连杆小销轴II 13、内连杆小销轴III 14、内连杆小销轴IV 15、内连杆大销轴I 16、内连杆大销轴II 17、液压缸销轴18、基座19、腕部20、液压缸21和连杆I 22、连杆II 24组成。本发明供水下机器人使用，具有结构简单、重量轻、运动灵活的特点。依靠液压驱动，实现卡爪的开/合运动，并使卡爪具有夹持较大负载的能力；以液压缸活塞较小范围的运动，实现卡爪较大范围的开/合运动。

Description

水下机械卡爪结构

(一)技术领域

本发明涉及的是一种水下机器人结构，具体地说是供一种水下机器人使用的水下机械手末端卡爪结构。

(二)背景技术

海洋拥有丰富的生物资源、矿物资源和大量的石油、煤和天然气等能源。随着陆地上的资源不断断缺，因此人类走向海洋是必然趋势。同时海洋决定了地球各地区的气候，海洋的生态环境是地球的生态环境的晴雨表，因此有必要对海洋的各个部分，包括人无法到达的地方，进行环境监测。

目前世界上许多国家都认识到利用和开发海洋的重要性，纷纷投入大量的资金、人力、物力从事这方面的研究工作。海洋资源开发、海洋环境气候研究、内河水运、水资源利用等在国民经济中的地位决定了发展水下技术和水下作业系统的重要意义。各种水下机器人被海洋科学家们一致公认为是开发海洋资源最重要的基础技术。水下机器人将是今后人类开发和利用海洋的重要手段之一，在某些环境下，水下机器人能完成大量人类所根本无法完成的工作。现在，水下机器人已经广泛应用于海底矿产资源开发、海上救助打捞、海洋调查、水下工程施工以及军事和国防建设等许多方面，并已经产生了很大的经济效益、社会效益和国防效益。

水下机器人主要分为有缆水下机器人和无缆水下机器人。由于海洋石油工业的兴起导致了有缆水下机器人的迅速发展，并使其成为海洋石油开发必不可少的设备之一。按作业任务来划分，水下机器人可以分为作业型和观察型。作业型水下机器人基本上都是ROV(Remotely Operated Vehicle)。ROV是当前海洋探索研究最主要的工具之一，作业系统是ROV的重要组成部分，主要包括机械手及作业工具。水下机械手的研制和开发一直是水下机器人研究开发中的一项重要内容，通常把机械手视为ROV上作业系统的心脏。

《六功能水下机械手的变结构控制方法和应用研究》(中国科学院沈阳自动化研究所硕士论文，2002)、《监控式水下机械手及相关技术的研究》(中国科学院沈阳自动化研究所硕士论文，2001)中虽然均提到了液压卡爪，但并没有给出液压卡爪的具体结构；《5自由度自主式水下机械手的研制》(中国机械工程，2001，12增刊：16～18)中的机械手是由电机伺服控制的，但没有给出卡爪的具体结构；《水下机器人机械手控制系统设计》(凿岩机械气动工具，2003(4)：53～58)中介绍了一种具有7自由度运动功能的水下机器人机械手的工作原理和控制系统的组成与结构，但没有给出机械手卡爪的具体结构形式；《深海水下作业型机械手控制系统研究》(浙江大学硕士学位论文，2006：15～20)中研究了深海水下作业型机械手的压力适应型电控系统和以机械手位置闭环控制为核心的计算机控制软件，论文中没有给出机械手的任何部分的具体结构。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种重量轻、体积小、结构紧凑、操纵灵活、运动范围大的水下机械手卡爪结构。

本发明的目的是这样实现的：

本发明由指爪I1、指爪II23、外连杆I2、外连杆II3、内连杆I4、内连杆II5、橡胶层I6、橡胶层II7、外连杆销轴I8、外连杆销轴II9、外连杆销轴III10、外连杆销轴IV11、内连杆小销轴I12、内连杆小销轴II13、内连杆小销轴III14、内连杆小销轴IV15、内连杆大销轴I16、内连杆大销轴II17、液压缸销轴18、基座19、腕部20、液压缸21和连杆I22、连杆II24组成；其中橡胶层I6镶嵌在指爪I1上，橡胶层II7镶嵌在指爪II23上；外连杆I2分别通过外连杆销轴I8、外连杆销轴II9与指爪I1和基座19相联接，外连杆II3分别通过外连杆销轴III10、外连杆销轴IV11与指爪II23和基座19相联接；内连杆I4通过内连杆小销轴I12、内连杆大销轴I16和内连杆小销轴II13与指爪I1和基座19相联接，内连杆II5通过内连杆小销轴IV14、内连杆大销轴II17和内连杆小销轴15与指爪II23和基座19相联接；连杆I22分别通过内连杆大销轴I16和活塞杆销轴18与内连杆I4和液压缸21的活塞杆相联接，连杆II24分别通过内连杆大销轴II17和液压缸销轴18与内连杆II5和液压缸21的活塞杆相联接；液压缸21的底座联接在腕部20的腔内，基座19与腕部20相联接。

外连杆2、指爪1和内连杆4构成一个四杆机构；外连杆3、指爪23和内连杆5又构成一个四杆机构。

整个水下机械手卡爪结构设计紧凑，液压缸小位移的直线运动实现了卡爪较大范围的开/合运动，并大大提高卡爪的负载能力，具有操纵简便、结构简单等特点。

本发明的优点是：

(1)本发明专利供水下机器人使用，具有结构简单、重量轻、运动灵活的特点。

(2)依靠液压驱动，实现卡爪的开/合运动，并使卡爪具有夹持较大负载的能力。

(3)以液压缸活塞较小范围的运动，实现卡爪较大范围的开/合运动。

(四)附图说明

图1是本发明的三维图。

图2是本发明的平面结构示意图。

图3是本发明的机构简图。

(五)具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1和图2，水下机械手卡爪结构由指爪I1、指爪II23、外连杆I2、外连杆II3、内连杆I4、内连杆II5、橡胶层I6、橡胶层II7、外连杆销轴I8、外连杆销轴II9、外连杆销轴III10、外连杆销轴IV11、内连杆小销轴I12、内连杆小销轴II13、内连杆小销轴III14、内连杆小销轴IV15、内连杆大销轴I16、内连杆大销轴II17、液压缸销轴18、基座19、腕部20、液压缸21和连杆I22、连杆II24组成；其中橡胶层I6镶嵌在指爪I1上，橡胶层II7镶嵌在指爪II23上；外连杆I2分别通过外连杆销轴I8、外连杆销轴II9与指爪I1和基座19相联接，外连杆II3分别通过外连杆销轴III10、外连杆销轴IV11与指爪II23和基座19相联接；内连杆I4通过内连杆小销轴I12、内连杆大销轴I16和内连杆小销轴II13与指爪I1和基座19相联接，内连杆II5通过内连杆小销轴IV14、内连杆大销轴II17和内连杆小销轴15与指爪II23和基座19相联接；连杆I22分别通过内连杆大销轴I16和活塞杆销轴18与内连杆I4和液压缸21的活塞杆相联接，连杆II24分别通过内连杆大销轴II17和液压缸销轴18与内连杆II5和液压缸21的活塞杆相联接；液压缸21的底座联接在腕部20的腔内，基座19与腕部20相联接。

从图3的结构简图中可以看出，外连杆2、指爪1和内连杆4构成四杆机构I，外连杆3、指爪23和内连杆5构成四杆机构II。

本发明的工作过程与原理为：液压缸21的直线运动驱动连杆22运动，连杆22的运动又带动四杆机构I运动，而四杆机构I的运动又驱动指爪1的开/合运动；液压缸21的直线运动驱动连杆24运动，连杆24的运动又带动四杆机构II运动，而四杆机构II的运动又驱动指爪23的开/合运动；指爪1和指爪23的开/合运动组成了水下机械手的卡爪的开/合运动。

Claims (2)

1.一种水下机械手卡爪结构，其特征是：由指爪I[1]、指爪II[23]、外连杆I[2]、外连杆II[3]、内连杆I[4]、内连杆II[5]、橡胶层I[6]、橡胶层II[7]、外连杆销轴I[8]、外连杆销轴II[9]、外连杆销轴III[10]、外连杆销轴IV[11]、内连杆小销轴I[12]、内连杆小销轴II[13]、内连杆小销轴III[14]、内连杆小销轴IV[15]、内连杆大销轴I[16]、内连杆大销轴II[17]、液压缸销轴[18]、基座[19]、腕部[20]、液压缸[21]和连杆I[22]、连杆II[24]组成；其特征是：其中橡胶层I[6]镶嵌在指爪I[1]上，橡胶层II[7]镶嵌在指爪II[23]上；外连杆I[2]分别通过外连杆销轴I[8]、外连杆销轴II[9]与指爪I[1]和基座[19]相联接，外连杆II[3]分别通过外连杆销轴III[10]、外连杆销轴IV[11]与指爪II[23]和基座[19]相联接；内连杆I[4]通过内连杆小销轴I[12]、内连杆大销轴I[16]和内连杆小销轴II[13]与指爪I[1]和基座[19]相联接，内连杆II[5]通过内连杆小销轴IV[14]、内连杆大销轴II[17]和内连杆小销轴[15]与指爪II[23]和基座[19]相联接；连杆I[22]分别通过内连杆大销轴I[16]和活塞杆销轴[18]与内连杆I[4]和液压缸[21]的活塞杆相联接，连杆II[24]分别通过内连杆大销轴II[17]和液压缸销轴[18]与内连杆II[5]和液压缸[21]的活塞杆相联接；液压缸[21]的底座联接在腕部[20]的腔内，基座[19]与腕部[20]相联接。

2.根据权利要求1所述的水下机械手卡爪结构，其特征是：外连杆[2]、指爪[1]和内连杆[4]构成一个四杆机构；外连杆[3]、指爪[23]和内连杆[5]又构成一个四杆机构。

Images