CN106043631A - 一种机械手背负式水下机器人 - Google Patents

Abstract

一种机械手背负式水下机器人，由主体框架、浮力块系统、多关节机械手、采集箱系统、控制仓、辅助调节浮力块系统、推进器系统及摄像照明系统组成。本发明整体采用水平侧扁的方式布局，便于连续作业；采用八推进器动力系统，可以更加方便快捷地到达工作区域；通过辅助浮力块系统和与辅助浮力块系统配套的可调节伸出长度的推拉杆可适应水下复杂的工作环境；工作区域采用类似双眼视觉的摄像照明系统使得更加立体、直观，便于机械手准确操作；机械手采用多关节设计，使得机械手更加灵活，更加方便抓取和放置，相应的扩大了工作范围，且机械手可以展开或折叠，提高了空间利用率高。

Description

一种机械手背负式水下机器人

技术领域

本发明涉及水下机器人领域，属于一种带多关节折叠机械手背负式作业型水下机器人，适合于浅水域作业。

背景技术

在市面上常见的作业机器人中，小型的作业级水下机器人一般是两轴型，将机械手整体放置于本体底部，机械手手部向前伸开或闭合。这种作业时有很多盲区，功能简单、没有采集筐不能连续作业。大型的作业型水下机器人一般是前部安装两只机械手，两只机械手前部中间再放置一个采集筐。这种机器人的采集筐与机械手空间冲突，因此不能太大，货物有限。由于机械手是五或七个关节，还要考虑作业范围，因此即使折叠起来仍然很长，加上还要考虑整台设备的重心稳定因素，这样导致水下机器人高度增高很多，在前后或左右移动时迎水面过大，动力消耗大，整台机器非常重，行动不便。在浅水域，上下时间就不是主要时间，水平作业和搜索为主要工作内容，因此这个方向的迎水面设计成为考虑重点。

由于水的密度比空气大很多，因此水下机器人在水中移动时要消耗很多功率，因此在设计上应尽力减少迎水面积，或者做成流线型。但作业型水下机器人的重点是靠近物体是能尽快准确定位，能非常快捷方便的前后、左右、上下调整到合适位置，类似水下直升机的概念，能快速启动、也能快速停下，还要考虑电气元件的防水耐压结构，因此推重比要尽量大，由于流线型的结构只能照顾一个方向的移动要求，而且流线壳里面包容的体积和横向移动时迎水面更大，因此最好还是做成框架式镂空的结构，这样里面填充的水在突然改变方向时就不会一起动，惯量就小很多，改变运动就很快捷省力，所以流线型设计不太适合作业级，比较适合大航程的搜索型。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是，提供一种机械手背负式水下机器人，既增加了作业空间，便于抓取和放置货物，相对增加了存货空间，又减少了运行时的水中阻力。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是，一种机械手背负式水下机器人，由主体框架、浮力块系统、多关节机械手、采集箱系统、控制仓、辅助调节浮力块系统、推进器系统及摄像照明系统组成。主体框架采用空心管件连接组合；浮力块系统，包括浮力块一及浮力块二，浮力块一设置于主体框架顶面左侧，与主体框架固定连接；浮力块二设置于主体框架顶面右侧，与主体框架固定连接；多关节机械手设置于主体框架上前部，末端与主体框架活动连接，所述推进器系统通过零浮力拖缆连接所述控制仓；采集箱系统设置于主体框架下部，顶部与主体框架固定连接；控制仓设置于主体框架内部，与主体框架固定连接；辅助调节浮力块系统包括辅助调节浮力块一、辅助调节浮力块二，辅助调节浮力块一设置于主体框架左上部，通过推拉杆一与主体框架固定连接；辅助调节浮力块二设置于主体框架右上部，通过推拉杆二与主体框架固定连接；推进器系统包括八个推进器，推进器一设置于主体框架上左前部，与主体框架固定连接；推进器二设置于主体框架上左后部，与主体框架固定连接；推进器三设置于主体框架上右后部，与主体框架固定连接；推进器四设置于主体框架上右前部，与主体框架固定连接；推进器五设置于主体框架左后部，与主体框架活动连接；推进器六设置于主体框架左前部，与主体框架活动连接；推进器七设置于主体框架右前部，与主体框架活动连接；推进器八设置于主体框架右后部，与主体框架活动连接；所述推进器系统通过零浮力拖缆连接所述控制仓；摄像照明系统包括一组主摄像照明模块、三组摄像模块及六组照明模块，主摄像照明模块设置于主体框架内部，与主体框架活动连接；摄像模块一设置于浮力块二后上部，与浮力块二固定连接；摄像模块二设置于主体框架前左上部，与主体框架固定连接；摄像模块三设置于主体框架前右上部，与主体框架固定连接；照明模块一设置于浮力块一后上部，与浮力块一固定连接；照明模块二设置于主体框架前左下部，与主体框架固定连接；照明模块三设置于主体框架前右下部，与所述主体框架固定连接；照明模块四设置于所述辅助调节浮力块一正前部，与所述辅助调节浮力块一固定连接；照明模块五设置于所述辅助调节浮力块二正前部，与所述辅助调节浮力块二固定连接；照明模块六设置于所述多关节机械手前部，与所述多关节机械手固定连接；所述摄像照明系统通过零浮力拖缆连接所述控制仓。

所述多关节机械手，由固定臂、第一关节、第二关节、配重浮力块一、上臂、配重浮力块二、第三关节、配重浮力块三、第四关节、前臂、配重浮力块四、腕部、抓手组成；所述第一关节设置于固定臂末端，与固定臂活动连接；所述第二关节设置于固定臂末端上部，与固定臂活动连接；所述上臂前端与所述第二关节活动连接；所述配重浮力块一设置于所述上臂前部，与所述上臂固定连接；所述配重浮力块二设置于所述上臂后部，与所述上臂固定连接；所述第三关节设置于所述上臂末端，与所述上臂活动连接；所述前臂前端与所述第三关节固定连接；所述配重浮力块三设置于所述前臂前部，与所述前臂固定连接；所述配重浮力块四设置于所述前臂后部，与所述前臂固定连接；所述第四关节设置于前臂末端，与所述前臂固定连接，与所述第三关节固定连接；所述腕部设置于前臂尾部，与所述前臂固定连接；所述抓手设置于所述腕部上，与所述腕部活动连接。

所述采集箱系统，由前吸管、中吸管、中隔板、抽吸泵、抽吸箱、带凸缘的上推拉门、采集筐、带凸缘的下推拉门及排水孔组成；所述抽吸箱右侧后部设置有带凸缘的下推拉门，所述抽吸箱上侧中部设置有带凸缘的上推拉门，所述抽吸箱内中部设置有中隔板；所述抽吸泵设置于所述抽吸箱内尾部，与所述抽吸箱固定连接；所述采集筐设置于所述抽吸箱内前部，与所述抽吸箱固定连接；所述前吸管设置于所述抽吸箱右前部，与所述抽吸箱固定连接；所述中吸管设置于采集箱内部，所述中吸管前端与前吸管固定连接，所述中吸管穿过所述采集筐，所述中吸管末端穿过中隔板，所述中吸管末端与所述中隔板密封固定连接；所述的排水孔设置于所述抽吸箱中部。

本发明的有益效果是：根据仿生学原理整体采用水平侧扁的方式布局，有利于贴近水底时增大支撑面积、在湍急的水流中工作时更加稳定，便于连续作业；采用八推进器动力系统，可以更加方便快捷地到达工作区域；通过辅助浮力块系统和与辅助浮力块系统配套的可调节伸出长度的推拉杆使得机器人更加稳定，可适应水下复杂的工作环境；工作区域采用类似双眼视觉的摄像照明系统使得更加立体、直观，便于机械手准确操作；机械手采用多关节设计，使得机械手更加灵活，更加方便抓取和放置，相应的扩大了工作范围，且机械手可以展开或折叠，提高了空间利用率高；机器人控制仓中设置姿态位置传感器，根据姿态变化输出信号控制推进器系统形成差速，进行反向逆转矫正。

附图说明

图1是本发明机械手背负式水下机器人的折叠状态下的结构示意图；

图2是本发明机械手背负式水下机器人的展开状态下的结构示意图；

图3是本发明机械手背负式水下机器人的主体框架内部结构示意图；

图4是本发明机械手背负式水下机器人的采集箱系统的结构示意图；

图5是本发明机械手背负式水下机器人的采集箱系统的立体结构示意图；

图6是本发明机械手背负式水下机器人的多关节机械手的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及其实施例对本发明进一步详细说明；

一种机械手背负式水下机器人，由主体框架1、浮力块系统2、推进器系统3、多关节机械手4、摄像照明系统5、采集箱系统6、控制仓7及辅助调节浮力块系统8组成。主体框架1采用空心管件连接组合；浮力块系统2，包括浮力块一21及浮力块二22，所述浮力块一21设置于主体框架1顶面左侧与主体框架1固定连接，所述浮力块二22设置于主体框架1顶面右侧与主体框架1固定连接；多关节机械手4设置于于主体框架1上前部，末端与主体框架1活动连接；采集箱系统6设置于主体框架1下部与主体框架1固定连接；控制仓7设置于于主体框架1内部与主体框架1固定连接；辅助调节浮力块8系统包括辅助调节浮力块一81、辅助调节浮力块二82，所述辅助调节浮力块一81设置于主体框架1左上部，通过推拉杆一91与主体框架1固定连接，所述辅助调节浮力块二82设置于主体框架1右上部，通过推拉杆二92与主体框架1固定连接；推进器系统3包括八个推进器，推进器一31、推进器二32设置于所述浮力块一21上，与所述浮力块一21固定连接；推进器三33、推进器四34设置于所述浮力块二22上，与所述浮力块二22固定连接；推进器五35设置于主体框架1左后部，与主体框架1活动连接；推进器六36设置于主体框架1左前部，与主体框架1活动连接；推进器七37设置于主体框架1右前部，与主体框架1活动连接；推进器八38设置于主体框架1右后部，与主体框架1活动连接；摄像照明系统5包括一组主摄像照明模块51、三组摄像模块52及六组照明模块53，主摄像照明模块51设置于所述主体框架1内部，与所述主体框架1活动连接；摄像模块一521设置于所述浮力块二22后上部，与所述浮力块二22固定连接；摄像模块二522设置于所述主体框架1前左上部，与所述主体框架1固定连接；摄像模块三523设置于所述主体框架1前右上部，与所述主体框架1固定连接；照明模块一531设置于所述浮力块一21后上部，与所述浮力块一21固定连接；照明模块二532设置于所述主体框架1前左下部，与所述主体框架1固定连接；照明模块三533设置于所述主体框架1前右下部，与所述主体框架1固定连接；照明模块四534设置于所述辅助调节浮力块一81正前部，与所述辅助调节浮力块一81固定连接；照明模块五535设置于所述辅助调节浮力块二82正前部，与所述辅助调节浮力块二82固定连接；照明模块六536设置于所述多关节机械手4前部，与所述多关节机械手4固定连接。

所述多关节机械手4，由固定臂41、第一关节42、第二关节43、配重浮力块一441、上臂44、配重浮力块二442、第三关节45、配重浮力块三461、第四关节49、前臂46、配重浮力块四462、腕部47、抓手48组成；所述第一关节42设置于固定臂41末端，与固定臂41活动连接；所述第二关节42设置于固定臂41末端上部，与固定臂41活动连接；所述上臂44前端与所述第二关节42活动连接；所述配重浮力块一441设置于所述上臂44前部，与所述上臂44固定连接；所述配重浮力块二442设置于所述上臂44后部，与所述上臂44固定连接；所述第三关节45设置于所述上臂44末端，与所述上臂44活动连接；所述前臂46前端与所述第三关节45固定连接；所述配重浮力块三461设置于所述前臂46前部，与所述前臂46固定连接；所述配重浮力块四462设置于所述前臂46后部，与所述前臂46固定连接；所述第四关节49设置于前臂46末端，与所述前臂46固定连接，与所述第三关节45固定连接；；所述腕部47设置于前臂46尾部，与所述前臂46固定连接；所述抓手48设置于所述腕部47上，与所述腕部47活动连接。

所述采集箱系统6，由前吸管61、中吸管62、中隔板63、抽吸泵64、抽吸箱65、带凸缘的上推拉门66、采集筐67、带凸缘的下推拉门68及排气孔69组成；所述抽吸箱65右侧后部设置有带凸缘的下推拉门68，所述抽吸箱65上侧中部设置有带凸缘的上推拉门66，所述抽吸箱65内中部设置有中隔板63；所述抽吸泵64设置于所述抽吸箱65内尾部，与所述抽吸箱65固定连接；所述采集筐67设置于所述抽吸箱65内前部，与所述抽吸箱65固定连接；所述前吸管61设置于所述抽吸箱65右前部，与所述抽吸箱65固定连接；所述中吸管62设置于采集箱6内部，所述中吸管62前端与前吸管61固定连接，所述中吸管62穿过所述采集筐67，所述中吸管62末端穿过中隔板63，所述中吸管62末端与所述中隔板63密封固定连接；所述排水孔69设置于所述抽吸箱65中部。

所述控制仓7通过控制推进器一31、推进器二32、推进器三33、推进器四34形成差速，进行反向逆转矫正。

所述多关节机械手4可折叠后放置在所述浮力块一21与所述浮力块二22之间。

所述推拉杆一91与推拉杆二92可调节伸出长度。

所述主摄像照明模块五51设置有云台512，可以上下摆动一定角度进行扫描搜索。

所述多关节机械手4上加装配重浮力块一441、配重浮力块二442、配重浮力块三461、配重浮力块一462，保证机械手无论是展开还是折叠时，都能保持重心平衡不变。

所述多关节机械手4可采集物体可以放置于所述采集筐67中。

所述带凸缘的上推拉门66可通过所述多关节机械手4拨动凸缘，进行开关门操作。

所述抽吸箱65中部设有所述中隔板63，与所述采集筐67空间隔开，通过所述前吸管61、中吸管62管道相连，开动抽吸泵64可在水底进行采收过滤作业。

本发明根据仿生学原理整体采用水平侧扁的方式布局，有利于贴近水底时增大支撑面积、在湍急的水流中工作时更加稳定，便于连续作业；采用八推进器动力系统，可以更加方便快捷地到达工作区域；通过辅助浮力块系统和与辅助浮力块系统配套的可调节伸出长度的推拉杆使得机器人更加稳定，可适应水下复杂的工作环境；工作区域采用类似双眼视觉的摄像照明系统使得更加立体、直观，便于机械手准确操作；机械手采用多关节设计，使得机械手更加灵活，更加方便抓取和放置，相应的扩大了工作范围，且机械手可以展开或折叠，提高了空间利用率高；机器人控制仓根据姿态变化输出信号控制推进器系统形成差速，进行反向逆转矫正。

本发明可改变为多种方式对本领域的技术人员是显而易见的，这样的改变不认为脱离本发明的范围。所有这样的对所述领域技术人员显而易见的修改将包括在本权利要求的范围之内。

Claims (9)

1.一种机械手背负式水下机器人，其特征在于：由主体框架、浮力块系统、多关节机械手、采集箱系统、控制仓、辅助调节浮力块系统、推进器系统及摄像照明系统组成；主体框架采用空心管件连接组合；浮力块系统，包括浮力块一及浮力块二，所述浮力块一设置于主体框架左上部与主体框架固定连接，所述浮力块二设置于主体框架右上部与主体框架固定连接；多关节机械手设置于主体框架上前部，末端与主体框架活动连接；采集箱系统设置于主体框架下部与主体框架固定连接；控制仓设置于主体框架内部与主体框架固定连接；辅助调节浮力块系统包括辅助调节浮力块一、辅助调节浮力块二，所述辅助调节浮力块一设置于主体框架左上部，通过推拉杆一与主体框架固定连接，所述辅助调节浮力块二设置于主体框架右上部，通过推拉杆二与主体框架固定连接；推进器系统包括八个推进器，推进器一、二设置于所述浮力块一上，与所述浮力块一固定连接；推进器三、四设置于所述浮力块二上，与所述浮力块二固定连接；推进器五设置于主体框架左后部，与主体框架活动连接；推进器六设置于主体框架左前部，与主体框架活动连接；推进器七设置于主体框架右前部，与主体框架活动连接；推进器八设置于主体框架右后部，与主体框架活动连接；摄像照明系统包括一组主摄像照明模块、三组摄像模块及六组照明模块，主摄像照明模块设置于所述主体框架内部，与所述主体框架活动连接；摄像模块一设置于所述浮力块二后上部，与所述浮力块二固定连接；摄像模块二设置于所述主体框架前左上部，与所述主体框架固定连接；摄像模块三设置于所述主体框架前右上部，与所述主体框架固定连接；照明模块一设置于所述浮力块一后上部，与所述浮力块一固定连接；照明模块二设置于所述主体框架前左下部，与所述主体框架固定连接；照明模块三设置于所述主体框架前右下部，与所述主体框架固定连接；照明模块四设置于所述辅助调节浮力块一正前部，与所述辅助调节浮力块一固定连接；照明模块五设置于所述辅助调节浮力块二正前部，与所述辅助调节浮力块二固定连接；照明模块六设置于所述多关节机械手前部，与所述多关节机械手固定连接。

2.根据权利要求1所述的机械手背负式水下机器人，其特征在于：所述的多关节机械手，由固定臂、第一关节、第二关节、配重浮力块一、上臂、配重浮力块二、第三关节、配重浮力块三、第四关节、前臂、配重浮力块四、腕部、抓手组成；所述第一关节设置于固定臂末端，与固定臂活动连接；所述第二关节设置于固定臂末端上部，与固定臂活动连接；所述上臂前端与所述第二关节活动连接；所述配重浮力块一设置于所述上臂前部，与所述上臂固定连接；所述配重浮力块二设置于所述上臂后部，与所述上臂固定连接；所述第三关节设置于所述上臂末端，与所述上臂活动连接；所述前臂前端与所述第三关节固定连接；所述配重浮力块三设置于所述前臂前部，与所述前臂固定连接；所述配重浮力块四设置于所述前臂后部，与所述前臂固定连接；所述第四关节设置于前臂末端，与所述前臂固定连接，与所述第三关节固定连接；所述腕部设置于前臂尾部，与所述前臂固定连接；所述抓手设置于所述腕部上，与所述腕部活动连接。

3.根据权利要求1所述的机械手背负式水下机器人，其特征在于：所述的采集箱系统，由前吸管、中吸管、中隔板、抽吸泵、抽吸箱、带凸缘的上推拉门、采集筐、带凸缘的下推拉门及排水孔组成；所述抽吸箱右侧后部设置有带凸缘的下推拉门，所述抽吸箱上侧中部设置有带凸缘的上推拉门，所述抽吸箱内中部设置有中隔板；所述抽吸泵设置于所述抽吸箱内尾部，与所述抽吸箱固定连接；所述采集筐设置于所述抽吸箱内前部，与所述抽吸箱固定连接；所述前吸管设置于所述抽吸箱右前部，与所述抽吸箱固定连接；所述中吸管设置于采集箱内部，所述中吸管前端与前吸管固定连接，所述中吸管穿过所述采集筐，所述中吸管末端穿过中隔板，所述中吸管末端与所述中隔板密封固定连接；所述的排水孔设置于所述抽吸箱中部。

4.根据权利要求1所述的机械手背负式水下机器人，其特征在于：所述控制仓中通过控制推进器一、推进器二、推进器三、推进器四形成差速，进行反向逆转矫正。

5.根据权利要求4所述的机械手背负式水下机器人，其特征在于：所述推拉杆一与推拉杆二可调节伸出长度。

6.根据权利要求5所述的机械手背负式水下机器人，其特征在于：所述摄像照明模块五设置有云台，上下摆动一定角度进行扫描搜索。

7.根据权利要求6所述的机械手背负式水下机器人，其特征在于：所述多关节机械手可折叠后放置在所述浮力块一与所述浮力块二之间；所述多关节机械手上加装配重浮力块，保证机械手无论是展开还是折叠时，都能保持重心平衡不变；所述多关节机械手可采集物体可以放置于所述采集筐中。

8.根据权利要求7所述的机械手背负式水下机器人，其特征在于：所述带凸缘的上推拉门通过所述多关节机械手拨动，进行开关门操作。

9.根据权利要求8所述的机械手背负式水下机器人，其特征在于：所述抽吸箱中部设有所述中隔板，与所述采集筐空间隔开，通过所述前吸管、中吸管管道相连，开动抽吸泵在水底进行采收过滤作业。