CN103552057A

CN103552057A - 多自由度水下作业机械臂

Info

Publication number: CN103552057A
Application number: CN201310486212.0A
Authority: CN
Inventors: 吴子岳; 薛宸楠; 祁杰; 高亢
Original assignee: Shanghai Maritime University
Current assignee: Shanghai Maritime University; Shanghai Ocean University
Priority date: 2013-10-17
Filing date: 2013-10-17
Publication date: 2014-02-05

Abstract

本发明公开了一种多自由度水下作业机械臂，其包括安装基座、旋转台、大臂、小臂、监测装置、肩关节、肘关节、腕关节、步进电机、连杆、连接件。旋转台与基座配合安装，在步进电机驱动下旋转台能在水平面内转动，也能在竖直平面内升降。肩关节连接旋转台和大臂，在步进电机驱动下大臂相对于旋转台运动。肘关节连接大臂和小臂，在步进电机驱动下小臂相对于大臂运动。腕关节连接小臂和监测装置，在步进电机驱动下监测装置相对于小臂运动。连杆连接与肩关节相连的连接件和小臂末端，辅助控制小臂。本发明结构简单，清洁节能，在水下作业时适用于监测水下环境、定位物体位置，也能辅助安装水下设备，定位快捷准确，提高研究效率。

Description

多自由度水下作业机械臂

技术领域

本发明涉及一种机械手臂，尤其是一种应用在水下作业的六自由度机械臂。

背景技术

近些年来，机械臂发展迅猛，称得上是高科技自动化生产设备，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的新型装置。电子技术尤其是计算机的广泛应用，更加促进了机械臂的发展，使得机械臂能够更好地实现与机械化和自动化的有机结合。然而现今的水下机械臂自动化程度不高，灵活度不高，准确度不高，使得机械臂在水下监测、研究中的运用较少。为了能够提高水下研究的效率，减轻研究者的劳动强度，加快水下研究的发展，多自由度水下作业机械臂的开发和应用是十分必要也是必须的。

发明内容

结合目前水下监测研究自动化程度低的问题，本发明的目的在于克服目前由人工进行水下监测、采集数据、研究的问题，当超声波测距器、红外线发射器、水下摄像机等检测装置捕捉到需要监测的水下区域或水下物体时，研究人员可操作多自由度水下作业机械臂，通过步进电机的驱动调节各关节、各臂的运动，使监测装置到达最佳的监测观察位置，监测周围的水下环境信息，也可以辅助安装水下设备，保障人员安全，提高定位精度。

为了实现上述的目的，本发明采用如下的技术方案：

一种多自由度水下作业机械臂包括安装基座、旋转台、大臂、小臂、监测装置、肩关节、肘关节、腕关节、步进电机、连杆、连接件。其中基座作为多自由度水下作业机械臂的载体，旋转台与基座配合安装。肩关节连接旋转台和大臂，肘关节连接大臂和小臂，腕关节连接小臂和监测装置，连杆连接与肩关节相连的连接件和小臂末端。

所述旋转台可在水平面内自由转动，亦可在竖直平面内做上下升降，并且和大臂通过轴与轴孔配合连接，所述大臂和小臂通过轴与轴孔连接，所述小臂和监测装置通过轴与轴孔连接。

所述监测装置采用防水密封保护，通过固定环安装在支承杆上，支承杆由螺母固定在基板上。

本发明通过采用该技术方案，通过监测装置捕捉需要监测水域或物体的位置，进行计算机数据坐标定位，在步进电机的驱动下，旋转台、大臂、小臂、监测装置运行到相应的位置，采集需要的数据；采用关节式坐标形式，工作范围大，定位精度高，自由度高、动作灵活、通用性强、防水性好，能监测靠近基座的物件，并能绕过障碍物去监测，此为其它水下机械臂不可比拟的优点。

附图说明

图1是本发明多自由度水下作业机械臂的整体布置图。

图2是本发明多自由度水下作业机械臂的主视方向结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1、图2所示，多自由度水下作业机械臂，包括安装基座1、旋转台3、大臂4、小臂6、监测装置7、肩关节31、肘关节41、腕关节62、步进电机2、连杆5、连接件32；基座1作为多自由度水下作业机械臂的载体，旋转台3与基座1配合安装，在步进电机2的驱动下旋转台可以在水平面内自由转动，也可以在竖直平面内做上下升降运动；肩关节31连接旋转台3和大臂4，肘关节41连接大臂4和小臂6，腕关节62连接小臂6和监测装置7；小臂6上安装有可伸缩装置61；监测装置7头部安装有水下摄像机、超声波测距器、红外线发射器等探测装置71；连杆5连接与肩关节31相连的连接件32和小臂6末端的轴51。

多自由度水下作业机械臂工作过程：首先，在后台的位置检测装置检测到需要检测区域的坐标位置，通过计算机将数字信号转为电信号，驱动步进电机2工作；在步进电机2的驱动下，旋转台3在水平面内绕基座1旋转，若竖直行程较大，旋转台3可上下升降，大臂4绕轴31转动，小臂6绕轴41，同时连接件32配合连杆5辅助驱动小臂6的运动；小臂6上的伸缩装置61根据实际位置需求自由伸缩；监测装置7绕轴62旋转，监测装置7在研究者的操作下抵达目标区域后，水下摄像机、超声波测距器、红外线发射器等探测装置71开始工作，定位目标物体的坐标位置、表面体征、物理特性等，并将数据传递给计算机，从而达到水下监测研究的功能；在水下研究中适用于监测水下环境及水下生物，也可以用于辅助安装水下设备，定位快捷准确，提高研究工作效率。

Claims

1.多自由度水下作业机械臂，包括安装基座、旋转台、大臂、小臂、监测装置、肩关节、肘关节、腕关节、步进电机、连杆、连接件；其中基座作为多自由度水下作业机械臂的载体，旋转台与基座配合安装；肩关节连接旋转台和大臂，肘关节连接大臂和小臂，腕关节连接小臂和监测装置，连杆连接与肩关节相连的连接件和小臂末端。

2.如权利要求1所述的多自由度水下作业机械臂，其特征在于，所述旋转台可在水平面内自由转动并且和大臂通过轴与轴孔配合连接，所述大臂和小臂通过轴与轴孔连接，所述小臂和监测装置通过轴与轴孔连接。

3.如权利要求1所述的多自由度水下作业机械臂，其特征在于，所述监测装置主要部件为水下摄像机、超声波测距器、红外线发射器，通过固定环安装在支承杆上，支承杆由螺母固定在基板上。