CN108489755B - 一种深海可视采样器的分离式执行机构 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种深海可视采样器的分离式执行机构，属于深海热液区调查探测和采样设备技术领域，包括外围非承力框架，以及位于该框架内的承力结构、抓斗和抓斗液压缸；抓斗顶部通过所述承力结构与所述外围非承力框架的上部固定，该抓斗的两个斗状颚板分别由一个所述抓斗液压缸驱动，该抓斗液压缸的活塞杆顶端与所述承力结构的底端中部转动连接；承力结构的顶部通过沿垂直于所述抓斗液压缸轴向布设的两个分离式吊点连接机构与该执行机构的控制系统进行可分离连接，该承力结构内部安装有摄像机和照明灯。本发明使得深海可视采样器在执行作业任务时能够根据目标对象灵活地改变作业工具，拓展功能，作业效率高。

Description

一种深海可视采样器的分离式执行机构

技术领域

本发明属于深海热液区调查探测和采样设备技术领域，特别涉及一种深海可视采样器 (DCVS)的分离式执行机构。

背景技术

近年来，深海热液区勘查是国际上大洋调查的一个热点领域，且高度依赖勘查装备的性能。目前深海热液区调查采用的主要探测与采样装备包括：潜水器、深海拖曳系统(简称为“深拖系统”)、电视抓斗等。其中，潜水器是一种可在水下移动、具有视觉和感知系统、通过遥控或自主操作方式使用机械手等工具代替或辅助人去完成某些水下作业的装置。潜水器的种类很多，其中载人潜水器、无人遥控潜水器(Remotely Operated Vehicle,ROV)、自治式无人潜水器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)是三类最重要的潜水器。深海拖曳系统在海洋学研究、海底资源开发、海洋打捞救助以及水下目标探测等方面具有广泛的应用。深海拖曳系统安装在拖船上，由拖体、拖缆和收放拖曳装置组成。有些深海拖曳系统采用一级拖曳装置，并在缆绳上使用导流装置以减少缆绳受海流的影响；有些深海拖曳系统则采用二级拖曳装置，使用“拖船-重缆-一级拖体-轻缆-二级拖体”的组合方式来进一步提升深拖系统的稳定性与安全性；拖缆将动力送至拖体内部的水下设备，并将需要的信息通过拖缆传回到水面拖船上。

在常规的深海作业中ROV和AUV这两种潜水器的使用较为普遍，而ROV和AUV 在深海热液区勘查作业任务中均存在各自的优势和局限性。ROV通过与水面相连的电缆向 ROV提供能源，作业时间不受能源的限制，操作者在船上通过人机交互方式控制和操作 ROV实现复杂环境的水下作业，ROV主体及脐带缆均采用了浮体材料，使得其在水中处于悬浮状态，进而能在水中自由移动。然而ROV也存在着一定的局限性：ROV操作复杂，需要由经过专门培训的人员进行操作、维护，通常一个完整的ROV操作维护团队至少需要4～8人；ROV的下潜和回收均需要专门的设备配合，时间周期长，效率低；ROV的设计采用了浮体材料以达到在海底自由行动的目的，ROV不能随意更换或加载其他模块，否则会出现浮力与重力不匹配的情况，ROV不具备大重量运载能力，对采集样本的体积、重量有一定限制；ROV的工作环境极为复杂多变，容易被深海一些探测不到的障碍物所阻挡、碰撞甚至卡住，进而发生损坏、遗失，造成重大损失。AUV虽然不受脐带缆的限制，机动灵活，但是持续工作时间受携带电池的限制，作业能力相对薄弱。热液拖曳系统是目前大洋调查中应用最为广泛的设备，与ROV等设备相比，具有价格低廉、操作简便的优点，但功能单一且不具备小范围精细化智能搜索能力。电视抓斗的突出特点是既可直接进行海底观察和记录，同时又可在船载控制中心遥控下针对目标准确地进行取样，且单次取样容量大(有时可达1吨以上)。

电视抓斗是一套海底摄像连续观察与抓斗取样器相结合的可视地质取样器，抓斗上装有海底电视摄像头、光源及电源装置，通过铠装电缆与船上的操控板及显示器相连接；工作时，用绞车将抓斗下放到离海底5～10米的高度，以1～2节慢速航行并通过船上的显示器寻找采样目标，一旦找到目标立即下放抓斗，并通过操控板控制抓斗，完成一次取样。电视抓斗在深海及大洋洋中脊资源调查，特别是在深海底块状硫化物、多金属结核、锰结壳调查等勘测中发挥了重要的作用。目前国际上最著名且使用较为广泛的是德国Preussag 公司生产的电视抓斗。不少世界先进的考察船(如德国的POLARSTERN和SONNE科考船以及日本的科考船)都装备了此抓斗。抓斗重量约2.5吨，采用甲板供电与水下供电结合以及液压驱动方式，咬合力可达1吨以上。我国的第一代电视抓斗由中国海洋大学等单位研制，于2003年6月通过海试验收。现装备在“大洋一号”调查船上的电视抓斗由北京先驱高技术开发公司研制，经过三代发展，已经成为目前大洋调查的主要调查设备之一，由液压动力驱动系统、通讯控制系统、甲板控制系统、主框架、斗体、摄像机、照明灯、高度计等组成。其外型尺寸2.0×1.5×1.8米，重量2.4吨，可在水深6000米的海底进行热液硫化物、岩石及各类地质样品的取样，最大可抓取1吨以上的样品。传统的电视抓斗不具有底部支架支撑作用，采样过程中易倾倒；无法根据不同的作业需求更换作业工具，执行效率低；遇到意外情况时需抛弃整个采样器。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提供一种深海可视采样器的分离式执行机构，本发明可保证深海可视采样器的通用性和功能可拓展性。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提出的一种深海可视采样器的分离式执行机构，包括外围非承力框架，以及位于该框架内的承力结构、抓斗和抓斗液压缸；其中，所述抓斗顶部通过所述承力结构与所述外围非承力框架的上部固定，该抓斗的两个斗状颚板分别由一个所述抓斗液压缸驱动，该抓斗液压缸的底盖与相应的一个斗状颚板转动连接，该抓斗液压缸的活塞杆顶端与所述承力结构的底端中部转动连接；所述承力结构的顶部通过沿垂直于所述抓斗液压缸轴向布设的两个分离式吊点连接机构与该执行机构的控制系统进行可分离连接，所述承力结构内部安装有摄像机和照明灯；

各所述分离式吊点连接机构均包括液压缸和吊点结构，所述液压缸的缸体与所述控制系统固连，所述液压缸的活塞杆端部与所述吊点结构可插拔连接，该吊点结构的上部和下部分别与所述控制系统和承力结构固连；所述吊点结构的定位满足：执行机构重心与其上端控制系统的重心位于同一直线上。

优选地，所述分离式吊点连接机构中，液压缸的活塞杆端部设有吊耳，该吊耳通过T 型销轴与开口销相连，该开口销通过圆柱销与所述吊点结构连接；所述吊点结构由用于连接所述控制系统的上端吊板和位于该吊板中部空腔内用于连接所述承力结构的下端吊耳组成，所述圆柱销水平穿过上端吊板和下端吊耳，且所述圆柱销与上端吊板之间设有防滑隔套。

优选地，所述外围非承力框架采用上下两层结构，整体呈方形，且上层结构与下层结构可拆卸连接；其中，所述上层结构用于确保抓斗在深海作业时不发生倾斜，当抓斗进行深海作业时所述上层结构与下层结构分离；所述下层结构的底面低于所述抓斗处于闭合状态时的最低点，用于确保本执行机构抓斗在工作船上的平稳放置。

优选地，所述抓斗的结构以及抓斗液压缸的最小安装距离按照以下步骤确定：

1)设定抓斗结构的优化目标为抓斗液压驱动力传输效率最优，即抓斗液压缸提供的驱动力方向与竖直面夹角90-α尽可能小；

2)施加约束条件为：a)设定抓斗的各项技术指标，包括下挖深度、抓挖面积、咬合力，b)外围非承力框架最大长度，c)外围非承力框架最大高度，d)预留出抓斗液压缸不包括抓斗液压缸行程的固定部分尺寸，e)设定抓斗斗状颚板的初始尺寸，包括抓斗咬合面半径R和抓斗非咬合面半径L；

3)按照如下公式确定抓斗液压缸驱动效率-抓斗开合角度曲线：

F_咬L sinα+G₀r₀＝F_cxR cosγ-F_cyR sinγ＝F_咬R

F_咬＝F_cxcosγ-F_cysinγ

其中，R为设定的抓斗咬合面半径，L为设定的抓斗非咬合面半径，γ为抓斗的咬合面偏离竖直方向角度即抓斗开合角度，r₀为抓斗重力臂，α为抓斗液压缸提供的驱动力与非咬合面夹角，F_驱为抓斗液压缸提供的驱动力，F_咬为抓斗咬合力即咬合时物料对抓斗产生的反作用力，F_cx、F_cy分别为F_咬在水平和竖直方向上的分量，G₀是抓斗空载时的重力；

4)根据得到的抓斗液压缸驱动效率-抓斗开合角度曲线，确定抓斗的开合角度γ及对应的抓斗咬合力F_咬，以此得到液压缸驱动力平均传输效率最优解；

5)根据得到的压缸驱动力平均传输效率最优确定到液压缸行程，计算抓斗液压缸最小安装距离为液压缸行程与施加的约束条件d)之和。

本发明的特点及有益效果：

本发明提出一种深海可视采样器的分离式执行机构，该执行机构通过分离式吊点连接机构与本执行机构上端的控制系统可分离连接，这使得深海可视采样器在执行作业任务时能够根据目标对象灵活地改变作业工具，拓展功能，提升作业效率。分离式吊点连接机构通过液压机构传动和控制，具备液压缸的优点：功率重量比大，相同功率下能够减小水下作业设备的体积和重量；易获得较大的力或力矩，系统结构简单；快速性好，传动平稳，满足了一些水下作业工具伺服控制的要求；易于实现功率调节，便于提高水下作业设备的效率，减少动力消耗。此外，本发明根据液压缸驱动效率最优来确定抓斗的斗状颚板尺寸、开合角度、以及抓斗液压缸的两安装点位置，优化抓斗结构，提升液压缸驱动力传输效率和抓斗咬合力。抓斗由于外围非承力框架的支撑作用，不易翻倒，采样过程稳定。

附图说明

图1是本发明深海可视采样器的分离式执行机构的整体剖视图。

图2是本发明除分离式吊点连接机构的三维视图。

图3(a)是图1中分离式吊点连接机构的正视图，图3(b)是图1中分离式吊点连接机构的剖视图。

图4是图1中外围非承力框架的上层结构三维视图。

图5是图1中承力结构的结构图，其中，左半部为承力结构的侧视图，右半部为承力结构的剖视图。

图6(a)是抓斗的单个斗状颚板的正视图，图6(b)是抓斗的单个斗状颚板的侧视图， 6(c)是抓斗的单个斗状颚板的受力分析图。

图7是本实施得到的抓斗液压缸驱动效率-抓斗开合角度曲线关系图。

具体实施方式

本发明提出的一种深海可视采样器的分离式执行机构结合附图及一个实施例详细说明如下：

本发明实施例的深海可视采样器的分离式执行机构，其结构如图1、图2所示，该执行机构包括外围非承力框架1，以及位于该框架内的承力结构5、抓斗2和抓斗液压缸3；其中，抓斗2顶部通过承力结构5与外围非承力框架1的上部固定，抓斗2的两个斗状颚板分别由一个抓斗液压缸3驱动，该抓斗液压缸的底盖与相应的一个斗状颚板转动连接，该抓斗液压缸的活塞杆顶端与承力结构5的底端中部转动连接；承力结构5的顶部通过沿垂直于抓斗液压缸3轴向布设的两个分离式吊点连接机构4与该执行机构的控制系统(该控制系统是本执行机构的运转控制中心，由电气系统、通信系统、液压系统、推进器、摄像与照明设备和多种传感器组成，本实施例的控制系统采用基于X86架构的PC104计算机作为硬件平台，以及Vxworks入式实时操作系统)进行可分离连接，承力结构5内部安装有摄像机和照明灯。各分离式吊点连接机构4的结构相同，如图3(a)、图3(b)所示，分离式吊点连接机构4包括液压缸41和吊点结构42，液压缸的缸体412通过固定件413 与本执行机构上端的控制系统固连，液压缸41的活塞杆411端部与吊点结构42可插拔连接，该吊点结构的上部和下部分别与控制系统和承力结构5固连；具体地，液压缸41的活塞杆411端部设有吊耳，该吊耳通过T型销轴45与开口销43相连，该开口销43通过圆柱销44与吊点结构42连接；吊点结构由用于连接所述控制系统的上端吊板421和位于该吊板中部空腔内用于连接承力结构5的下端吊耳422组成，圆柱销44水平穿过上端吊板421和下端吊耳422，且圆柱销44与上端吊板421之间设有防滑隔套423；吊点结构42 的定位满足：使得执行机构重心与其上端控制系统的重心位于同一直线上。通过控制系统控制液压缸活塞杆411的移动，将圆柱销44从吊点结构42中插入或拔出，实现执行机构与其控制系统的安装或分离。本发明执行机构由上端控制系统直接控制，并与船载水面控制台通过微细光缆双向通讯。

本发明实施例各组成部件的实现方式及功能说明如下：

本发明中分离式吊点连接机构4如图3(a)、3(b)所示，由液压缸41带动拔销工作。当出现紧急情况时，液压缸41拉动圆柱销44，实现本执行机构与其上端控制系统的脱离，圆柱销44主要承受本执行机构重力产生的剪切力。本实施例中，吊点连接机构的液压缸采用恒立HA250系列液压缸，工作压力为21MPa，缸径为40mm，活塞杆径为20mm，液压缸所提供的最大推力为26kN，最大拉力为6.6KN，重量为5.4Kg。液压缸41产生的拉力直接作用在开口销43上。通过计算，本实施例分离式吊点连接机构中，选用直径为50mm 的圆柱销44，直径为20mm的开口销43。

外围非承力框架1采用上下两层结构，整体呈方形，上层结构与下层结构通过螺栓可拆卸连接。上层结构如图4所示，由八根支撑杆构成主体框架，该框架顶部居中设有用于固定承力结构5的安装板12，该框架底部外加一圈保护圈15，并在四个角落安装蝠型三角支撑架14，四个侧面安装叉型支撑结构13进一步提升稳定性；该上层结构用于确保抓斗在深海作业时不发生倾斜，当抓斗进行深海作业时上层结构与下层结构分离。下层结构的底面低于抓斗处于闭合状态时的最低点，确保本执行机构在工作船上(此时本抓斗处于非作业状态)能平稳放置。

作为本发明进一步优化，外围非承力框架1的上层结构一侧还设置有环状凹型结构框架11，用于安装与所述控制系统相连的DVL(多普勒测速仪)，使得结构更加紧凑。

承力结构5参见如图5，包括顶部箱型梁，该箱型梁由前后侧板53、左右侧板54和上下侧板56固定连接构成，箱型梁的前后侧板53与外围非承力框架的上层结构顶部的安装板12固定连接，前后侧板53凸出于上侧板的部分与分离式吊点结构42的下端吊耳一体成型，且均设有不锈钢(本实施例采用钛合金制成)的密封衬套510，在箱型梁的上下侧板之间沿平行于前后侧板53方向还设有两道肋板55用于强化支撑；箱型梁左右侧板56 所在平面平行于分离式吊点连接机构中液压缸41的轴向。箱型梁下侧板56底端两侧各设有两道第一连接板51和59，两道第一连接板上部通过肋板52强化支撑，两第一连接板下部与抓斗2一端顶部转动连接；箱型梁下侧板56底端中部设有两道第二连接板57，该第二连接板57与抓斗液压缸活塞杆顶端转动连接；承力结构5上侧板的设置满足：当抓斗2 张开到最大角度(本实施例为77度)时，斗状颚板最高点低于承力结构上侧板的上表面。本实施例各连接板均采用吊耳结构；位于第二连接板57与靠内的第一连接板59之间还固定有呈U型横截面的安装板58，用于固定摄像机和照明灯。承力结构中各侧板及安装板 58上还分别设有照明灯通光孔。本实施例的承力结构采用高强度、焊接性能优良的Q460 低合金钢制成。本发明的承力结构5与抓斗液压缸的活塞杆端部连接(通过空心斗孔25)，主要承受液压缸反作用力、抓斗重量、抓斗转动产生的扭矩。

抓斗2中各斗状颚板的结构如图6(a)、6(b)所示，抓斗的斗状颚板由两正面侧板21、非咬合面盖板23及弧形底板28构成；其中，正面侧板21顶部设有圆形空心斗孔25 用于连接承力结构5的第一连接板51和59；横贯抓斗非咬合面的固定心轴26中部设有用于连接抓斗液压缸底盖的圆形空心耳环24，由抓斗液压缸提供抓斗驱动力；抓斗弧形底板 28底部安装斗齿27用于切割物料。

本发明对下层框架中的执行机构抓斗进行了结构设计和优化，具体步骤如下：

1)设定抓斗结构的优化目标为液压驱动力传输效率最优(即抓斗液压缸提供的驱动力方向与竖直面夹角90-α尽可能小，该目标状态下同时满足了抓斗结构的轻质化设计要求)；

2)施加约束条件，分别是：a)设定抓斗的各项技术指标(下挖深度、抓挖面积、咬合力等)，b)外围非承力框架长度≤1.2m，c)外围非承力框架高度≤1m，d)预留出抓斗液压缸不包括抓斗液压缸行程的固定部分尺寸≥273mm(可根据所选液压缸型号确定)，e) 设定抓斗斗状颚板的初始尺寸包括抓斗咬合面半径R和抓斗非咬合面半径L(参见图6(c))；

3)按照如下公式确定抓斗液压缸驱动效率-抓斗开合角度曲线：

F_咬L sinα+G₀r₀＝F_cxR cosγ-F_cyR sinγ＝F_咬R

F_咬＝F_cxcosγ-F_cysinγ

其中，R表示设定的抓斗咬合面半径，L表示设定的抓斗非咬合面半径，γ表示抓斗的咬合面偏离竖直方向角度即抓斗开合角度，r₀表示抓斗重力臂，α表示抓斗液压缸提供的驱动力与非咬合面夹角，F_驱为抓斗液压缸提供的驱动力，F_咬为抓斗咬合力即咬合时物料对抓斗产生的反作用力，F_cx、F_cy分别为F_咬在水平和竖直方向上的分量，G₀是抓斗空载时的重力。参见图6(c)，图中，O₁为抓斗的非咬合面与咬合面的交点，E为单个斗状颚板的重心。

4)根据得到的抓斗液压缸驱动效率-抓斗开合角度曲线(本实施例该曲线如图7所示)，确定抓斗的开合角度(本实施例为77°)及对应的抓斗咬合力F_咬，在该优化设计下得到液压缸驱动力平均传输效率最优解为21％；

5)根据得到的压缸驱动力平均传输效率最优确定到液压缸行程(本实施例为133mm)，计算抓斗液压缸最小安装距离为液压缸行程与施加的约束条件d)之和(本实施例为 406mm)，最终确定抓斗液压缸两安装点的位置。本实施例抓斗液压缸采用恒立HA250系列液压缸，其主要参数为：工作压力为21MPa，缸径为75mm，活塞杆径为50mm，液压缸所提供的最大推力为92kN，最大拉力为51KN，重量为24.7Kg。最后得到抓斗长度为 850mm，质量为115kg，可抓取物料面积为0.8m²，体积约为0.2m³。

除本发明实施例所采用的电视抓斗外，执行机构还可采用其他采样或作业工具，如海底仪器设备布放和回收装置、生物取样器、振动取芯器等。

本发明使用过程，采样器由科考船的脐带缆送入指定区域进行采样，采样过程中由船载控制中心向采样器执行机构的控制系统发送指令，控制采样器的各个液压缸进行工作。当需要进行采集任务时，抓斗液压缸正常工作，配合安装在承力结构内的照明和摄像设备，控制抓斗开合采样。当需要更换作业工具或者修理抓斗时，科考船通过脐带缆将采样器拉回指定位置，船载控制中心发送指令控制分离式吊点连接机构液压缸，使本执行机构与上端的控制系统脱离。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含的本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种深海可视采样器的分离式执行机构，其特征在于，包括外围非承力框架，以及位于该框架内的承力结构、抓斗和抓斗液压缸；其中，所述抓斗顶部通过所述承力结构与所述外围非承力框架的上部固定，该抓斗的两个斗状颚板分别由一个所述抓斗液压缸驱动，该抓斗液压缸的底盖与相应的一个斗状颚板转动连接，该抓斗液压缸的活塞杆顶端与所述承力结构的底端中部转动连接；所述承力结构的顶部通过沿垂直于所述抓斗液压缸轴向布设的两个分离式吊点连接机构与该执行机构的控制系统进行可分离连接，所述承力结构内部安装有摄像机和照明灯；

各所述分离式吊点连接机构均包括液压缸和吊点结构，所述液压缸的缸体与所述控制系统固连，所述液压缸的活塞杆端部与所述吊点结构可插拔连接，该吊点结构的上部和下部分别与所述控制系统和承力结构固连；所述吊点结构的定位满足：执行机构重心与其上端控制系统的重心位于同一直线上；

所述分离式吊点连接机构中，液压缸的活塞杆端部设有吊耳，该吊耳通过T型销轴与开口销相连，该开口销通过圆柱销与所述吊点结构连接；所述吊点结构由用于连接所述控制系统的上端吊板和位于该吊板中部空腔内用于连接所述承力结构的下端吊耳组成，所述圆柱销水平穿过上端吊板和下端吊耳，且所述圆柱销与上端吊板之间设有防滑隔套；

所述外围非承力框架采用上下两层结构，整体呈方形，且上层结构与下层结构可拆卸连接；其中，所述上层结构用于确保抓斗在深海作业时不发生倾斜，当抓斗进行深海作业时所述上层结构与下层结构分离；所述下层结构的底面低于所述抓斗处于闭合状态时的最低点，用于确保本执行机构抓斗在工作船上的平稳放置。

2.如权利要求1所述的深海可视采样器的分离式执行机构，其特征在于，所述承力结构包括顶部箱型梁，该箱型梁由前后侧板、左右侧板和上下侧板固定连接构成，所述前后侧板与外围非承力框架的上层结构顶部固定连接，所述前后侧板凸出于上侧板的部分与所述吊点结构的下端吊耳一体成型；所述左右侧板所在平面平行于分离式吊点连接机构中液压缸的轴向；箱型梁下侧板的底端两侧各设有两道第一连接板，两道第一连接板下部与抓斗顶部转动连接；箱型梁下侧板的底端中部设有两道第二连接板，该第二连接板与抓斗液压缸的活塞杆顶端转动连接；所述承力结构的上侧板的设置满足：当抓斗张开到最大角度时，斗状颚板最高点低于所述承力结构上侧板的上表面；

位于所述第二连接板与靠内的第一连接板之间还固定有摄像机和照明灯安装板，该安装板和所述承力结构中各侧板上均设有照明灯通光孔。

3.如权利要求1所述的深海可视采样器的分离式执行机构，其特征在于，所述抓斗的结构以及抓斗液压缸的最小安装距离按照以下步骤确定：

1)设定抓斗结构的优化目标为抓斗液压驱动力传输效率最优，即抓斗液压缸提供的驱动力方向与竖直面夹角90-α尽可能小；

2)施加约束条件为：a)设定抓斗的各项技术指标，包括下挖深度、抓挖面积、咬合力，b)外围非承力框架最大长度，c)外围非承力框架最大高度，d)预留出抓斗液压缸不包括抓斗液压缸行程的固定部分尺寸，e)设定抓斗斗状颚板的初始尺寸，包括抓斗咬合面半径R和抓斗非咬合面半径L；

3)按照如下公式确定抓斗液压缸驱动效率-抓斗开合角度曲线：

F_驱Lsinα+G₀r₀＝F_cxRcosγ-F_cyRsinγ＝F_咬R

F_咬＝F_cx cosγ-F_cy sinγ

其中，R为设定的抓斗咬合面半径，L为设定的抓斗非咬合面半径，γ为抓斗的咬合面偏离竖直方向角度即抓斗开合角度，r₀为抓斗重力臂，α为抓斗液压缸提供的驱动力与非咬合面夹角，F_驱为抓斗液压缸提供的驱动力，F_咬为抓斗咬合力即咬合时物料对抓斗产生的反作用力，F_cx、F_cy分别为F_咬在水平和竖直方向上的分量，G₀是抓斗空载时的重力；

4)根据得到的抓斗液压缸驱动效率-抓斗开合角度曲线，确定抓斗的开合角度γ及对应的抓斗咬合力F_咬，以此得到液压缸驱动力平均传输效率最优解；

5)根据得到的压缸驱动力平均传输效率最优确定到液压缸行程，计算抓斗液压缸最小安装距离为液压缸行程与施加的约束条件d)之和。