CN105500386A - 一种遥控水下机器人的抓斗装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种遥控水下机器人的抓斗装置，包含：旋转模块，其通过水密连接器与遥控水下机器人的控制系统连接，使该旋转模块产生旋转形成圆周运动；传动模块，其与所述的旋转模块连接，将旋转模块的圆周运动转化为横向运动；抓具模块，其与所述的传动模块连接，在传动模块横向运动的控制下，使抓具模块产生开合运动，以对水下目标进行合围式抓取。本发明具有体积小、成本低、耐压等优点，适合遥控水下机器人对圆滑或不规则物体的水下抓取操作。

Description

一种遥控水下机器人的抓斗装置

技术领域

本发明涉及一种抓斗装置，具体是指一种适用于遥控水下机器人的抓斗装置。

背景技术

遥控水下机器人在水下作业时，时常需要携带一些作业装备。其中机械手是常规的一种配置，其特别适用于进行水下操作，例如进行水下焊接、水下装配或水下清洗等。但是在机械手在抓取一些较大的物体，特别是椭圆形物体时，存在一定的困难，导致水下作业的效率降低。

基于上述，目前亟需提出一种适用于遥控水下机器人的抓斗装置，其适于抓取一些体积较大的椭圆形物体，以提高水下作业的效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种遥控水下机器人的抓斗装置，具有体积小、成本低、耐压等优点，适合遥控水下机器人对圆滑或不规则物体的水下抓取操作。

为实现上述目的，本发明提供一种遥控水下机器人的抓斗装置，包含：旋转模块，其通过水密连接器与遥控水下机器人的控制系统连接，使该旋转模块产生旋转形成圆周运动；传动模块，其与所述的旋转模块连接，将旋转模块的圆周运动转化为横向运动；抓具模块，其与所述的传动模块连接，在传动模块横向运动的控制下，使抓具模块产生开合运动，以对水下目标进行合围式抓取。

所述的旋转模块设置在密封壳体内，包含：水密连接器，其通过电缆与遥控水下机器人的控制系统连接；电机控制单元，其与所述的水密连接器通过电路连接，经由该水密连接器接收由控制系统发出的运动控制信号，并将其转换为电机控制信号；直流电机，其与所述的电机控制单元通过电路连接，根据电机控制单元输出的电机控制信号正转、反转或停止转动；动力传动单元，其与所述的直流电机的输出轴连接，传递直流电机输出的驱动力；转动件，其与所述的动力传动单元连接，通过动力传动单元将直流电机的输出轴的转动力矩传递至转动件，使转动件随直流电机正转、反转或停止转动。

所述的密封壳体包含：密封筒，所述的电机控制单元和直流电机均设置在该密封筒内，且直流电机通过电机支座与密封筒固定连接；端盖，其设置在所述的密封筒的一端，且与密封筒之间通过第一O型密封圈密封连接；所述的电机控制单元通过连接件与端盖固定连接；隔套，其截面呈凸形，设置在所述的密封筒的另一端，且与密封筒之间通过第二O型密封圈密封连接。

所述的动力传动单元包含：磁耦合联轴器内转子，其设置在隔套内，且中心开设有D形孔，直流电机的输出轴穿过该D形孔与磁耦合联轴器内转子连接并带动其转动；内磁铁，其设置在隔套内，且围绕磁耦合联轴器内转子的周向设置；内陶瓷滚动轴承，其设置在隔套内，且位于磁耦合联轴器内转子与电机支座之间；磁耦合联轴器外转子，其设置在隔套外；所述的转动件套设在该磁耦合联轴器外转子的外部且与其连接；外磁铁，其设置在隔套外，且围绕磁耦合联轴器外转子的周向设置；外陶瓷滚动轴承，其设置在磁耦合联轴器外转子的内侧一端，且位于磁耦合联轴器外转子与隔套之间；滑动轴承，其设置在磁耦合联轴器外转子的内侧另一端，且位于磁耦合联轴器外转子与隔套之间；所述的内陶瓷滚动轴承使磁耦合联轴器内转子绕电机支座转动，所述的外陶瓷滚动轴承和滑动轴承使磁耦合联轴器外转子绕隔套转动，通过内磁铁和外磁铁之间的磁力作用，使磁耦合联轴器外转子带动与其连接的转动件跟随磁耦合联轴器内转子以及直流电机的输出轴转动，从而将直流电机的输出轴的转动力矩传递至转动件。

所述的旋转模块还包含旋转变压器，其设置在隔套内，且位于直流电机与磁耦合联轴器内转子之间；该旋转变压器内转子与直流电机的输出轴之间通过过盈配合，旋转变压器外转子通过半圆形卡圈与电机支座固定连接；该旋转变压器与所述的电机控制单元通过电路连接，向电机控制单元传送其采集到的直流电机的旋转角度信号。

所述的电机控制单元包含：单片机，其与所述的水密连接器通过电路连接，经由该水密连接器接收由控制系统发出的运动控制信号；变压器解码板，其与所述的旋转变压器通过电路连接，接收处理由旋转变压器采集到的直流电机的旋转角度信号，并将该旋转角度信号传送至单片机；继电器电路，其与所述的直流电机通过电路连接，单片机根据接收到的运动控制信号和旋转角度信号，控制继电器电路的导通或关断，使直流电机进行正转、反转或停止转动。

所述的电机控制单元还包含电源模块，其为单片机、继电器电路以及变压器解码板提供工作电源。

所述的传动模块包含：齿轮，其通过内六角螺钉与所述的转动件连接，在转动件带动下与其同轴正转、反转或停止转动；一对斜齿条，分别设置在所述的齿轮的两侧且与齿轮连接，其随齿轮的正转或反转进行伸缩运动；辅助固定结构，其套设在齿轮上，将一对斜齿条限定在辅助固定结构与转动件之间的凹槽内进行横向运动。

所述的抓具模块包含：连接支架，其与所述的辅助固定结构固定连接；一对手形架，均与所述的连接支架连接，且每个手形架与对应的斜齿条连接，随斜齿条的伸缩进行打开或闭合的运动，对水下目标进行合围式抓取。

综上所述，本发明所提供的遥控水下机器人的抓斗装置，与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

1、具有手形合围式抓具模块，特别适合圆滑或不规则物体的水下抓取操作；

2、具有较小的体积，减小遥控水下机器人在水下航行时所受到的阻力，并且降低成本；

3、通信控制采用RS485模式，可满足远程控制的要求；

4、旋转模块采用商用密封圈进行密封，使遥控水下机器人的抓斗装置具有良好的密封性和水下耐压性。

附图说明

图1为本发明中的遥控水下机器人的抓斗装置的外形示意图；

图2为本发明中的旋转模块的结构剖视图；

图3为本发明中的旋转模块的工作原理框图。

具体实施方式

以下结合图1～图3，详细说明本发明的一个优选实施例。

如图1所示，为本发明提供的遥控水下机器人的抓斗装置，包含：旋转模块，其通过水密连接器与遥控水下机器人的控制系统连接，以使该旋转模块产生旋转形成圆周运动；传动模块，其与所述的旋转模块连接，将旋转模块的圆周运动转化为横向运动；抓具模块，其与所述的传动模块连接，在传动模块横向运动的控制下，使抓具模块产生开合运动，以对水下目标进行合围式抓取。

如图2和图3所示，所述的旋转模块设置在密封壳体内，包含：水密连接器3，其通过电缆与遥控水下机器人的控制系统连接，以实现与控制系统之间通过RS485进行运动控制；电机控制单元18，其与所述的水密连接器3通过电路连接，经由该水密连接器3接收由控制系统发出的运动控制信号，并将其转换为电机控制信号；直流电机5，其与所述的电机控制单元18通过电路连接，根据电机控制单元18输出的电机控制信号正转、反转或停止转动；动力传动单元，其与所述的直流电机5的输出轴连接，传递直流电机5输出的驱动力；转动件9，其与所述的动力传动单元连接，通过动力传动单元将直流电机5的输出轴的转动力矩传递至转动件9，使转动件9随直流电机5正转、反转或停止转动。

所述的密封壳体包含：密封筒4，所述的电机控制单元18和直流电机5均设置在该密封筒4内，以确保水密性，且直流电机5通过电机支座17与密封筒4固定连接；端盖1，其设置在所述的密封筒4的一端，且与密封筒4之间通过第一O型密封圈2密封连接；所述的电机控制单元18通过两个连接件19与端盖1固定连接；隔套7，其截面呈凸形，设置在所述的密封筒4的另一端，且与密封筒4之间通过第二O型密封圈6密封连接。

所述的动力传动单元包含：磁耦合联轴器内转子14，其设置在隔套7内，且中心开设有D形孔，直流电机5的输出轴穿过该D形孔与磁耦合联轴器内转子14连接并带动其转动；内磁铁13，其设置在隔套7内，且围绕磁耦合联轴器内转子14的周向设置；内陶瓷滚动轴承15，其设置在隔套7内，且位于磁耦合联轴器内转子14与电机支座17之间，使磁耦合联轴器内转子14能够绕电机支座17转动；磁耦合联轴器外转子8，其设置在隔套7外，即隔套7将磁耦合联轴器内转子14和磁耦合联轴器外转子8隔离；所述的转动件9套设在该磁耦合联轴器外转子8的外部且与其连接；外磁铁11，其设置在隔套7外，且围绕磁耦合联轴器外转子8的周向设置；外陶瓷滚动轴承12，其设置在磁耦合联轴器外转子8的内侧一端，且位于磁耦合联轴器外转子8与隔套7之间，也就是该外陶瓷滚动轴承12也设置在隔套7外；滑动轴承16，其设置在磁耦合联轴器外转子8的内侧另一端，且位于磁耦合联轴器外转子8与隔套7之间，也就是该滑动轴承16也设置在隔套7外；所述的外陶瓷滚动轴承12和滑动轴承16能够使磁耦合联轴器外转子8绕隔套7转动；通过内磁铁13和外磁铁11之间的磁力作用，使磁耦合联轴器外转子8带动与其连接的转动件9跟随磁耦合联轴器内转子14以及直流电机5的输出轴转动，从而将直流电机5的输出轴的转动力矩传递至转动件9。

所述的旋转模块还包含旋转变压器10，其设置在隔套7内，且位于直流电机5与磁耦合联轴器内转子14之间；该旋转变压器10内转子与直流电机5的输出轴之间通过过盈配合，旋转变压器10外转子通过两个半圆形卡圈与电机支座17固定连接；该旋转变压器10与所述的电机控制单元18通过电路连接，向电机控制单元18传送其采集到的直流电机5的旋转角度信号。

如图3所示，所述的电机控制单元18包含：单片机181，其与所述的水密连接器3通过电路连接，经由该水密连接器3接收由控制系统发出的运动控制信号；变压器解码板183，其与所述的旋转变压器10通过电路连接，接收处理由旋转变压器10采集到的直流电机5的旋转角度信号，并将该旋转角度信号传送至单片机181；继电器电路182，其与所述的直流电机5通过电路连接，单片机181根据接收到的运动控制信号和旋转角度信号，控制继电器电路182的导通或关断，使直流电机5进行正转、反转或停止转动。

本实施例中，所述的单片机181采用型号为C8051F02系列的单片机实现。

所述的电机控制单元18还包含电源模块184，其为单片机181、继电器电路182以及变压器解码板183提供工作电源。

如图1所示，所述的传动模块包含：齿轮20，其通过内六角螺钉与所述的转动件9连接，在转动件9带动下与其同轴正转、反转或停止转动；一对斜齿条21，分别设置在所述的齿轮20的两侧且与齿轮20连接，其随齿轮20的正转或反转进行伸缩运动，即将齿轮20的圆周运动转化为斜齿条21的横向运动；辅助固定结构22，其套设在齿轮20上，将一对斜齿条21限定在辅助固定结构22与转动件9之间的凹槽内进行横向运动。

所述的抓具模块包含：连接支架24，其与所述的辅助固定结构22固定连接；一对手形架23，均与所述的连接支架24连接，且每个手形架23与对应的斜齿条21连接，随斜齿条21的伸缩而进行打开或闭合的运动，采用类似双手合拢的方式对水下目标进行合围式抓取。

综上所述，本发明所提供的遥控水下机器人的抓斗装置，适合于遥控水下机器人通过水下本体进行间接控制，同时也适合于遥控水下机器人的操作人员在水面直接控制；与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

1、具有手形合围式抓具模块，特别适合圆滑或不规则物体的水下抓取操作；

2、具有较小的体积，减小遥控水下机器人在水下航行时所受到的阻力，并且降低成本；

3、通信控制采用RS485模式，可满足远程控制的要求；

4、旋转模块采用商用密封圈进行密封，使遥控水下机器人的抓斗装置具有良好的密封性和水下耐压性。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种遥控水下机器人的抓斗装置，其特征在于，包含：

旋转模块，其通过水密连接器与遥控水下机器人的控制系统连接，使该旋转模块产生旋转形成圆周运动；

传动模块，其与所述的旋转模块连接，将旋转模块的圆周运动转化为横向运动；

抓具模块，其与所述的传动模块连接，在传动模块横向运动的控制下，使抓具模块产生开合运动，以对水下目标进行合围式抓取。

2.如权利要求1所述的遥控水下机器人的抓斗装置，其特征在于，所述的旋转模块设置在密封壳体内，包含：

水密连接器（3），其通过电缆与遥控水下机器人的控制系统连接；

电机控制单元（18），其与所述的水密连接器（3）通过电路连接，经由该水密连接器（3）接收由控制系统发出的运动控制信号，并将其转换为电机控制信号；

直流电机（5），其与所述的电机控制单元（18）通过电路连接，根据电机控制单元（18）输出的电机控制信号正转、反转或停止转动；

动力传动单元，其与所述的直流电机（5）的输出轴连接，传递直流电机（5）输出的驱动力；

转动件（9），其与所述的动力传动单元连接，通过动力传动单元将直流电机（5）的输出轴的转动力矩传递至转动件（9），使转动件（9）随直流电机（5）正转、反转或停止转动。

3.如权利要求2所述的遥控水下机器人的抓斗装置，其特征在于，所述的密封壳体包含：

密封筒（4），所述的电机控制单元（18）和直流电机（5）均设置在该密封筒（4）内，且直流电机（5）通过电机支座（17）与密封筒（4）固定连接；

端盖（1），其设置在所述的密封筒（4）的一端，且与密封筒（4）之间通过第一O型密封圈（2）密封连接；所述的电机控制单元（18）通过连接件（19）与端盖（1）固定连接；

隔套（7），其截面呈凸形，设置在所述的密封筒（4）的另一端，且与密封筒（4）之间通过第二O型密封圈（6）密封连接。

4.如权利要求3所述的遥控水下机器人的抓斗装置，其特征在于，所述的动力传动单元包含：

磁耦合联轴器内转子（14），其设置在隔套（7）内，且中心开设有D形孔，直流电机（5）的输出轴穿过该D形孔与磁耦合联轴器内转子（14）连接并带动其转动；

内磁铁（13），其设置在隔套（7）内，且围绕磁耦合联轴器内转子（14）的周向设置；

内陶瓷滚动轴承（15），其设置在隔套（7）内，且位于磁耦合联轴器内转子（14）与电机支座（17）之间；

磁耦合联轴器外转子（8），其设置在隔套（7）外；所述的转动件（9）套设在该磁耦合联轴器外转子（8）的外部且与其连接；

外磁铁（11），其设置在隔套（7）外，且围绕磁耦合联轴器外转子（8）的周向设置；

外陶瓷滚动轴承（12），其设置在磁耦合联轴器外转子（8）的内侧一端，且位于磁耦合联轴器外转子（8）与隔套（7）之间；

滑动轴承（16），其设置在磁耦合联轴器外转子（8）的内侧另一端，且位于磁耦合联轴器外转子（8）与隔套（7）之间；

所述的内陶瓷滚动轴承（15）使磁耦合联轴器内转子（14）绕电机支座（17）转动，所述的外陶瓷滚动轴承（12）和滑动轴承（16）使磁耦合联轴器外转子（8）绕隔套（7）转动，通过内磁铁（13）和外磁铁（11）之间的磁力作用，使磁耦合联轴器外转子（8）带动与其连接的转动件（9）跟随磁耦合联轴器内转子（14）以及直流电机（5）的输出轴转动，从而将直流电机（5）的输出轴的转动力矩传递至转动件（9）。

5.如权利要求4所述的遥控水下机器人的抓斗装置，其特征在于，所述的旋转模块还包含旋转变压器（10），其设置在隔套（7）内，且位于直流电机（5）与磁耦合联轴器内转子（14）之间；

该旋转变压器（10）内转子与直流电机（5）的输出轴之间通过过盈配合，旋转变压器（10）外转子通过半圆形卡圈与电机支座（17）固定连接；

该旋转变压器（10）与所述的电机控制单元（18）通过电路连接，向电机控制单元（18）传送其采集到的直流电机（5）的旋转角度信号。

6.如权利要求5所述的遥控水下机器人的抓斗装置，其特征在于，所述的电机控制单元（18）包含：

单片机（181），其与所述的水密连接器（3）通过电路连接，经由该水密连接器（3）接收由控制系统发出的运动控制信号；

变压器解码板（183），其与所述的旋转变压器（10）通过电路连接，接收处理由旋转变压器（10）采集到的直流电机（5）的旋转角度信号，并将该旋转角度信号传送至单片机（181）；

继电器电路（182），其与所述的直流电机（5）通过电路连接，单片机（181）根据接收到的运动控制信号和旋转角度信号，控制继电器电路（182）的导通或关断，使直流电机（5）进行正转、反转或停止转动。

7.如权利要求6所述的遥控水下机器人的抓斗装置，其特征在于，所述的电机控制单元（18）还包含电源模块（184），其为单片机（181）、继电器电路（182）以及变压器解码板（183）提供工作电源。

8.如权利要求4所述的遥控水下机器人的抓斗装置，其特征在于，所述的传动模块包含：

齿轮（20），其通过内六角螺钉与所述的转动件（9）连接，在转动件（9）带动下与其同轴正转、反转或停止转动；

一对斜齿条（21），分别设置在所述的齿轮（20）的两侧且与齿轮（20）连接，其随齿轮（20）的正转或反转进行伸缩运动。

9.如权利要求8所述的遥控水下机器人的抓斗装置，其特征在于，所述的传动模块还包含辅助固定结构（22），其套设在齿轮（20）上，将一对斜齿条（21）限定在辅助固定结构（22）与转动件（9）之间的凹槽内进行横向运动。

10.如权利要求9所述的遥控水下机器人的抓斗装置，其特征在于，所述的抓具模块包含：

连接支架（24），其与所述的辅助固定结构（22）固定连接；

一对手形架（23），均与所述的连接支架（24）连接，且每个手形架（23）与对应的斜齿条（21）连接，随斜齿条（21）的伸缩进行打开或闭合的运动，对水下目标进行合围式抓取。