CN104859799A - 一种适合水下机器人操作的把手装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于海底观测平台在进行海底布放时，需要水下机器人的机械手去完成相关释放与拖曳操作的装置，具体是指一种适合水下机器人操作的把手装置。本发明包括手柄、挂接保护器、带半圆球的弹簧片、插座、限位螺栓，所述插座安装于需布放到海底的水下观测平台上；所述手柄插入到插座上，带半圆球的弹簧片卡入插座上的斜坡状卡槽；所述带半圆球的弹簧片采用焊接方式与手柄相连；所述手柄的导向限位槽与插座上的限位螺栓相对应；所述挂接保护器安装于手柄后端。本发明的优点是可完全适合于水下机器人的机械手使用，在随机的外力作用下不宜自主脱开，不可旋转，提高水下操作安全性与方便性。

Description

一种适合水下机器人操作的把手装置

技术领域

本发明涉及适合水下机器人操作的把手装置。主要应用于海底观测平台在进行海底布放时，需要水下机器人的机械手去完成相关释放与拖曳操作的领域。

背景技术

随着海洋科学对海底观测技术发展提出的需求，以及海洋油气等海底工程的发展需求，在海底进行原位观测和工作平台的安装与使用成为一种常规模式。为了使观测平台上一些观测仪器更好地与海底耦合，以及精确布放，需要对观测平台上的观测仪器进行释放与拖曳操作。在没有水下机器人之前，在浅水海域是使用潜水员下潜人工操作方式，而在深水采用观测平台着底后自动释放的方式。相比人工和着底自动释放二种方式，水下机器人的操作更加满足于全海深、高精度和灵活性大的要求。然而通过水下机器人进行释放与拖曳，需要一个适合于水下机器人的机械手操作的、并能牢固安装于观测平台上的把手装置。目前水下机器人针对观测平台仪器释放操作主要是采用纯摩擦力插拔的把手，虽然可以实现水下机械手的释放，但存在几点不足：1)在海水涌浪等随机外力作用下容易松动并脱落，导致误释放；2)手柄与插座之间容易旋转，导致连接缆受扭力或误释放；3)插座与手柄的安装工差难以控制，使插拔的长度不定；4)没有将释放与拖曳装置一体化，增加了机器人的水下操作工作量。

基于解决以上几点不足，本发明设计了一种更加容易安装、更加安全的，符合水下机器人的机械手操作的、释放与拖曳一体的把手装置。

发明内容

本发明专利目的在于提供一种适用于水下机器人机械手操作的释放与拖曳把手装置。提高把手在海底观测平台上的安装稳定性和安全性，并方便水下机器人机械手抓取与动作，实现对水下观测平台上观测仪器的释放与拖曳操作。

为实现上述的目的，本发明采用的技术方案如下：

一种适合于水下机器人操作的把手装置，其特征在于，包括手柄、挂接保护器、带半圆球的弹簧片、插座、限位螺栓，所述插座安装于需布放到海底的水下观测平台上；所述手柄插入到插座上，带半圆球的弹簧片卡入插座上的斜坡状卡槽；所述带半圆球的弹簧片采用焊接方式与手柄相连；所述手柄的导向限位槽与插座上的限位螺栓相对应；所述挂接保护器安装于手柄后端。在观测平台进行水下布放前，将把手装置预安装于海底观测平台外侧，并在水下机器人机械手方便抓取的位置。插座设计安装孔，用螺丝将其固定在水下观测平台上；插座顶部的设计向上的限位孔，安装限位螺栓，与手柄上设计的限位槽配合，可限制手柄旋转；插座中部设计有斜坡状卡槽，手柄两侧设计带半圆球的弹簧片，当手柄插入插座时，半圆球靠弹簧弹力扣入插座的卡槽，确保在随机外力作用下两者不分离；把手上设计导向限位槽，用于对准插座上的限位螺栓；设计绳缆挂接保护器，与把手通过螺栓连接，根据实际情况，安装释放或拖曳的绳缆等器件；当观测平台布放到海底后，水下机器人到达观测平台附近，利用机械手抓握手柄，使用约10kg水平外拉力即可将手柄拔出。

作为优选，上述的一种适合于水下机器人操作的把手装置中所述手柄两侧装有带半圆球的弹簧片，插座上设计有斜坡状卡槽，把手柄入插座后，弹簧片上的半圆球靠自身弹力扣入插座的斜坡状卡槽内。手柄两侧设计有带半圆球的弹簧片，在手柄插入插座后二者相互扣接，扣接后在10kg左右的水平拉力作用可脱开。

作为优选，上述的一种适合于水下机器人操作的把手装置中所述水下机器人机械手对手柄施加的水平拉力等于材料弹性模量乘以带半圆球的弹簧片在Y轴上的位移。

作为优选，上述的一种适合于水下机器人操作的把手装置中所述的插座顶部设计螺纹孔，安装配套的限位螺栓；所述手柄与带半圆球的弹簧片垂直上端设计导向限位槽，导向限位槽与限位螺栓尺寸相匹配。二者相互配合，限制手柄的旋转。

作为优选，上述的一种适合于水下机器人操作的把手装置中所述挂接保护器为便携设计，通过螺栓安装于手柄外侧，可安装释放或拖曳缆绳。

作为优选，上述的一种适合于水下机器人操作的把手装置中所述手柄材料为钛合金；插座材料为高强度的PVC；所述插座使用高强度的PVC材料，即能防止海水腐蚀，且成本低，最大优点是易于加工，可控制斜坡状卡槽的加工精度，以控制最终外拉力的大小。

有益效果是：把手可完全适合于水下机器人的机械手使用，用于水下观测仪器的释放或拖曳，并且在随机的外力作用下不宜自主脱开，不可旋转，而水下机器人机械手使用较小水平拉力即可拔出，为水下观测平台上观测仪器的释放或拖曳提供了一种很好装置，提高水下操作安全性与方便性。

附图说明

图1本发明的整体装配图

图2本发明中的手柄结构示意图

图3本发明中的挂接保护器结构示意图

图4本发明中的弹簧片结构示意图

图5本发明中的插座结构示意图

1、手柄 2、挂接保护器 3、弹簧片 4、插座 5、限位螺栓

具体实施方式

结合附图对本发明的具体实施作近一步详细描述。

实施例1

结合附图1，制作一适合于水下机器人操作的把手装置，其中包括手柄(1)、挂接保护器(2)、带半圆球的弹簧片(3)、插座(4)、限位螺栓(5)，插座(4)安装于需布放到海底的水下观测平台上；手柄(1)插入到插座(4)上，带半圆球的弹簧片(3)卡入插座(4)上的斜坡状卡槽；带半圆球的弹簧片(3)采用焊接方式与手柄(1)相连；手柄(1)的导向限位槽与插座(4)上的限位螺栓相对应；挂接保护器(2)安装于手柄(1)后端。

本装置在使用过程中在随机的外力作用下不宜自主脱开，不可旋转，具有良好的使用效果。

实施例2

结合附图1、2、3、4、5，制作一适合于水下机器人操作的把手装置，其中包括手柄(1)、挂接保护器(2)、带半圆球的弹簧片(3)、插座(4)、限位螺栓(5)，插座(4)安装于需布放到海底的水下观测平台上；手柄(1)插入到插座(4)上，带半圆球的弹簧片(3)卡入插座(4)上的斜坡状卡槽；带半圆球的弹簧片(3)采用焊接方式与手柄(1)相连；手柄(1)的导向限位槽与插座(4)上的限位螺栓相对应；挂接保护器(2)安装于手柄(1)后端；其中手柄(1)两侧装有带半圆球的弹簧片(3)，插座(4)上设计有斜坡状卡槽，把手柄(1)入插座(4)后，弹簧片上的半圆球靠自身弹力扣入插座(4)的斜坡状卡槽内。在本实施例中，水下机器人机械手对手柄(1)施加的水平拉力等于材料弹性模量乘以带半圆球的弹簧片(3)在Y轴上的位移，插座(4)卡槽的坡度夹角取决于卡槽坡度的长度和深度的比值，但深度必须大于半圆球的半径。上述插座(4)顶部设计螺纹孔，安装配套的限位螺栓(5)；所述手柄(1)与带半圆球的弹簧片(3)垂直上端设计导向限位槽，导向限位槽与限位螺栓(5)尺寸相匹配。上述挂接保护器(2)为便携设计，通过螺栓安装于手柄(1)外侧。上述手柄(1)材料为钛合金；插座(4)材料为高强度的PVC，插座材料使用高强度PVC，把手等其他部分材料使用钛合金。

在本实施例的使用过程中，先根据水下观测平台安装把手装置的接触面形状，设计把手装置的插座与观测平台相连接端面形状，以确保安装面的良好接合，便于安装。插座安装端面的外形不影响把手装置其他部分的设计。插座内部设计有安装孔，通过螺丝与观测平台外侧固定安装。

挂接保护器通过二个螺孔与把手以螺栓可拆卸方式连接，挂接保护器可以根据实际使用情况，在安装前挂入释放与拖曳绳缆等器件。

弹簧片和把手采用焊接方式连接，焊接的时候需要保证手柄内部光洁度，以免影响手柄向插座的插接。

弹簧片头部采用半圆球形状设计，插座卡槽采用斜坡形式设计，靠弹簧片自身的弹性力将半圆球和卡槽相扣，这种设计可减小圆球与卡槽之间的动摩擦力。主要参数有弹簧片的半圆球半径、插座的卡槽坡度和深度。根据不同的海底机器人机械手操作力的大小可改变对应的参数设计值。卡槽的坡度可以根据拉力进行调整，但深度必须大于小球的半径。把手的拉出力等于钛合金的弹性模量乘以弹簧片在Y轴上的位移，具体计算方法如下：

F_拉＝Eδ_y＝ER(F_拉把手拉出力，E：钛合金的弹性模量，δ_y弹簧片在Y

轴上的位移，R：弹簧片前端半圆小球的半径)

H＝L sinθ≥R(H：卡槽深度，L：卡槽斜坡的长度，θ：卡槽坡度)

插座和机架平台用螺纹固定，插座上部有以螺纹孔，安装M5的限位螺栓，正好与把手上的导向限位槽吻合，限制了把手的旋转，保证了水下机器人机械手能以最方便的角度抓取和操作把手。

当带有把手装置的观测平台布放于海底后，深海机器人下潜到观测平台安装有把手装置一侧，调整机械手，使其与手柄的角度一致。水下机器人确定抓稳把手后，向外实施约10Kgf的水平拉力，使得观测仪器得到释放或拖曳。

把手装置的外型大小可随着机械手、观测平台尺寸变化进行调整。把手装置使水下机器人的操作精确度得到了提高，降低了机器人抓取和释放的操作难度，节省了人力和物力资源。

Claims (6)

1.一种适合于水下机器人操作的把手装置，其特征在于，包括手柄(1)、挂接保护器(2)、带半圆球的弹簧片(3)、插座(4)、限位螺栓(5)，所述插座(4)安装于需布放到海底的水下观测平台上；所述手柄(1)插入到插座(4)上，带半圆球的弹簧片(3)卡入插座(4)上的斜坡状卡槽；所述带半圆球的弹簧片(3)采用焊接方式与手柄(1)相连；所述手柄(1)的导向限位槽与插座(4)上的限位螺栓相对应；所述挂接保护器(2)安装于手柄(1)后端。

2.根据权利要求1所述的一种适合于水下机器人操作的把手装置，其特征是所述手柄(1)两侧装有带半圆球的弹簧片(3)，插座(4)上设计有斜坡状卡槽，把手柄(1)入插座(4)后，弹簧片上的半圆球靠自身弹力扣入插座(4)的斜坡状卡槽内。

3.根据权利要求2所述的一种适合于水下机器人操作的把手装置，其特征是所述水下机器人机械手对手柄(1)施加的水平拉力等于材料弹性模量乘以带半圆球的弹簧片(3)在Y轴上的位移。

4.根据权利要求1所述的一种适合于水下机器人操作的把手装置，其特征是所述的插座(4)顶部设计螺纹孔，安装配套的限位螺栓(5)；所述手柄(1)与带半圆球的弹簧片(3)垂直上端设计导向限位槽，导向限位槽与限位螺栓(5)尺寸相匹配。

5.根据权利要求1所述的一种适合于水下机器人操作的把手装置，其特征是所述挂接保护器(2)为便携设计，通过螺栓安装于手柄(1)外侧。

6.根据权利要求1所述的一种适合于水下机器人操作的把手装置，其特征是所述手柄(1)材料为钛合金；插座(4)材料为高强度的PVC。