CN109794929B - 深水作业零重力直线伸缩式机械手 - Google Patents

Abstract

本发明涉及深水作业零重力直线伸缩式机械手，包括固定筒、支撑筒和抓手，其特征是固定筒的内壁设置有内螺纹，固定筒的前端与支撑筒套接，支撑筒的前端设置有抓爪支撑座，抓爪铰接在抓爪支撑座上，抓爪内侧设置有压力传感器，固定筒内设置有耐压筒，耐压筒通过弹簧与支撑筒连接，耐压筒的内外相应设置第一、二磁力传动盘,第二磁力传动盘通过外齿轮与内螺纹配合，第一磁力传动盘与电机连接，耐压筒上固定的推拉杆穿过支撑筒后与抓手连接，耐压筒内腔设置有控制器，推拉杆内设置有包括电磁卡板的定位组件，控制器分别与压力传感器、电机和电磁卡板信号连接并与上位机之间通讯。本发明能在狭小空间内完成作业任务并且不污染作业环境。

Description

深水作业零重力直线伸缩式机械手

技术领域

本发明涉及机械手，具体而言是深水作业零重力直线伸缩式机械手。

背景技术

机械手是水下机器人的核心部件之一，水下机器人在作业中的布放、拾取以及采样通常要靠机械手来完成。目前，各行业根据水下实际应用需要，研制了各种各样的机械手，包括多自由度的类人机械手、复杂条件下协作配合的多机械手等。为了实现水下作业，这些机械手一般都带有多个关节，可以实现水下的多维运动，然而，它们在实际应用中表现出以下几个方面的问题：

1、需要较大的活动范围，不适用狭小空间作业；

2、深水作业机械手的重量普遍较大，在水下机器人总重量中的占比也比较大，因此对水下机器人的机动性形成制约；

3、当深水作业机械手需要在水中悬浮状态作业时，由于机械手作业姿态变化会导致整个水下机器人重心的变化，在水下机器人与深水作业机械手水下重量差别不是特别大的情况下，很难精确控制整个水下机器人的运动姿态；

4、深水作业机械手通常采用油脂作为润滑剂，作业时可能污染附近水域，对科学考察或水下作业环境带来不利影响。

针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种能在狭小空间内完成作业任务并且不污染作业环境的深水作业零重力直线伸缩式机械手。

发明内容

本发明的目的是提供一种能在狭小空间内完成作业任务并且不污染作业环境的深水作业零重力直线伸缩式机械手。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种深水作业零重力直线伸缩式机械手，包括固定筒、支撑筒和抓手，其特征是固定筒为内壁设置有内螺纹的圆筒，固定筒的前端设置有外凸沿，固定筒的后端与水下机器人内的基座连接，固定筒的前端插入支撑筒内并与支撑筒套接，支撑筒的后端设置有内凸沿，支撑筒的前端设置有两个以上的抓爪支撑座，抓手的抓爪相应铰接在各抓爪支撑座上，抓手的抓爪内侧设置有压力传感器，支撑筒除设置有抓爪支撑座以外的部分均布置在水下机器人内，固定筒内设置有耐压筒，耐压筒为封闭的圆筒体，耐压筒的前外端面通过弹簧与支撑筒的前内端面连接，耐压筒的后端面内外相应设置有第一磁力传动盘和第二磁力传动盘,第一磁力传动盘、第二磁力传动盘与耐压筒同轴线,第二磁力传动盘上设置有外齿轮，外齿轮与第二磁力传动盘同轴线，外齿轮与内螺纹配合，耐压筒的内腔设置有轴承支撑座，电机的转轴通过轴承与轴承支撑座连接，第一磁力传动盘与电机的转轴同轴线连接，耐压筒的内腔设置有控制器，耐压筒的前端面上固定有推拉杆，推拉杆穿过支撑筒的前端板后与抓手的中心轴连接，推拉杆为管状结构，推拉杆的上、下管壁上对称开设有第一通孔，第一通孔为3个以上并且沿推拉杆的轴线方向直线布置，推拉杆的前、后管壁上对称开设有导向通槽，推拉杆内设置有定位组件，定位组件包括支架、一对电磁卡板、一对限位板和一对定位板，支架为H型结构，电磁卡板包括底板和垂直固定在底板上的卡柱，定位板包括平板和垂直固定在平板上的卡板，底板在支架的水平板的上、下两侧对称布置，两个底板彼此相吸或者相斥，限位板与支架的垂直板连接，限位板上开设有第二通孔，卡柱与第二通孔以及第一通孔配合，平板与支架的垂直板连接，卡板穿过导向通槽后与支撑筒的前端盖连接，压力传感器的信号输出端与控制器的信号输入端连接，控制器的控制信号输出端分别与电机和底板的控制信号输入端连接，控制器与上位机之间通讯。

进一步地，所述支撑筒的前端设置有三个抓爪支撑座，所述抓爪支撑座沿支撑筒的周向均匀布置。

进一步地，所述压力传感器为3个以上并且沿抓爪内侧均匀布置。

进一步地，所述第一通孔为11个，相邻第一通孔之间的距离为3mm-5mm。

进一步地，所述推拉杆与抓手的中心轴通过螺纹连接。

本发明采用全密封的耐压结构设计和非接触的磁力传动，可以适应深水作业环境；本发明通过直线伸缩和抓爪张合两个动作完成工作任务，只需满足直线伸展和抓爪张开的空间，便能精准作业；本发明运动部分以水为润滑剂，不仅避免了污染，也使得机械手的水下重量为零，不影响航行器的重心，从而实现在机械人悬浮状态下灵活机动的开展高精度的作业。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的固定筒的结构示意图；

图3是本发明的支撑筒的结构示意图；

图4是图3的左视图；

图5是本发明的推拉杆的结构示意图；

图6是图5的俯视图；

图7是本发明的定位组件的结构示意图；

图8是图7的俯视图；

图9是图7的左视图；

图10是本发明的支撑筒、推拉杆及定位组件连接示意图；

图11是图10的右视图。

图中：1-固定筒；1.1-内螺纹；1.2-外凸沿；2-支撑筒；2.1-内凸沿；3-抓手；4-抓爪支撑座；5-压力传感器；6-耐压筒；7-弹簧；8.1-第一磁力传动盘；8.2-第二磁力传动盘；9-外齿轮；10-轴承支撑座；11-轴承；12-电机；13-控制器；14-推拉杆；14.1-第一通孔；14.2-导向通槽；15-定位组件；15.1-支架；15.2-电磁卡板；15.2.1-底板；15.2.2-卡柱；15.3-限位板；15.3.1-第二通孔；15.4-定位板；15.4.1-平板；15.4.2-卡板。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的说明，但该实施例不应理解为对本发明的限制。

如图所示的深水作业零重力直线伸缩式机械手，包括固定筒1、支撑筒2和抓手3，固定筒1为内壁设置有内螺纹1.1的圆筒，固定筒1的前端设置有外凸沿1.2，固定筒1的后端与水下机器人内的基座连接，固定筒1的前端插入支撑筒2内并与支撑筒2套接，支撑筒2的后端设置有内凸沿2.1，支撑筒2的前端设置有两个以上的抓爪支撑座4，抓手3的抓爪相应铰接在各抓爪支撑座4上，抓手3的抓爪内侧设置有压力传感器5，支撑筒2除设置有抓爪支撑座4以外的部分均布置在水下机器人内，固定筒1内设置有耐压筒6，耐压筒6为封闭的圆筒体，耐压筒6的前外端面通过弹簧7与支撑筒2的前内端面连接，耐压筒6的后端面内外相应设置有第一磁力传动盘8.1和第二磁力传动盘8.2,第一磁力传动盘8.1、第二磁力传动盘8.2与耐压筒6同轴线,第二磁力传动盘8.2上设置有外齿轮9，外齿轮9与第二磁力传动盘8.2同轴线，外齿轮9与内螺纹1.1配合，耐压筒6的内腔设置有轴承支撑座10，电机11的转轴通过轴承12与轴承支撑座10连接，第一磁力传动盘8.1与电机11的转轴同轴线连接，耐压筒6的内腔设置有控制器13，耐压筒6的前端面上固定有推拉杆14，推拉杆14穿过支撑筒2的前端板后与抓手3的中心轴连接，推拉杆14为管状结构，推拉杆14的上、下管壁上对称开设有第一通孔14.1，第一通孔14.1为3个以上并且沿推拉杆14的轴线方向直线布置，推拉杆14的前、后管壁上对称开设有导向通槽14.2，推拉杆14内设置有定位组件15，定位组件15包括支架15.1、一对电磁卡板15.2、一对限位板15.3和一对定位板15.4，支架15.1为H型结构，电磁卡板15.2包括底板15.2.1和垂直固定在底板15.2.1上的卡柱15.2.2，定位板15.4包括平板15.4.1和垂直固定在平板15.4.1上的卡板15.4.2，底板15.2.1在支架15.1的水平板的上、下两侧对称布置，两个底板15.2.1彼此相吸或者相斥，限位板15.3与支架15.1的垂直板连接，限位板15.3上开设有第二通孔15.3.1，卡柱15.2.2与第二通孔15.3.1以及第一通孔14.1配合，平板15.4.1与支架15.1的垂直板连接，卡板15.4.2穿过导向通槽14.2后与支撑筒2的前端盖连接，压力传感器5的信号输出端与控制器13的信号输入端连接，控制器13的控制信号输出端分别与电机11和底板15.2.1的控制信号输入端连接，控制器13与上位机之间通讯。

优选的实施例是：在上述方案中，所述支撑筒2的前端设置有三个抓爪支撑座4，所述抓爪支撑座4沿支撑筒2的周向均匀布置。

优选的实施例是：在上述方案中，所述压力传感器5为3个以上并且沿抓爪内侧均匀布置。

优选的实施例是：在上述方案中，所述第一通孔14.1为11个，相邻第一通孔14.1之间的距离为3mm-5mm。

优选的实施例是：在上述方案中，所述推拉杆14与抓手3的中心轴通过螺纹连接。

本发明的工作过程描述：

初始状态：弹簧7处于自由伸长状态，抓手3处于闭合状态，一对电磁卡板15.2的两个底板15.2.1根据控制器13的控制信号互为异性、彼此相吸，紧贴支架15.1的水平板，支撑筒2靠近左侧固定端。

向右运动(抓手伸出并张开)：电机11根据控制器13的控制信号旋转，带动第一磁力传动盘8.1旋转，第二磁力传动盘8.2随之同向旋转，带动外齿轮9旋转，通过与内螺纹1.1的配合带动耐压筒6向右运动，耐压筒6的运动通过弹簧7带动支撑筒2向右运动。当支撑筒2的内凸沿2.1碰到固定筒1的外凸沿1.2时，支撑筒2停止向右运动，耐压筒6继续向右运动，并通过推拉杆14使抓手3的抓爪张开，同时压缩弹簧7，抓手3的抓爪张开到位后，电机11停止，耐压筒6停止向右运动，抓手3准备抓取。

对象抓取(抓手合拢并握持)：当被抓取对象位于抓手3抓取范围内时，电机11根据控制器13的控制信号反向旋转，带动耐压筒6向左运动，此时，支撑筒2的内凸沿2.1与固定筒1的外凸沿1.2在弹簧7的作用下紧贴在一起，耐压筒6向左运动带动推拉杆14向左运动，使抓手3的抓爪合拢，将被抓取对象牢固握持。

向左运动(抓手收回并复位)：根据压力传感器5的信号，当握持力达到设定值时，控制器13记录下耐压筒6已经向左的运动距离L，并使一对电磁卡板15.2的两个底板15.2.1互为同性、彼此相斥，分别紧贴相应限位板15.3，卡柱15.2.2穿过第二通孔15.3.1和第一通孔14.1后紧贴在支撑筒2的右端盖板外侧，锁定耐压筒6与支撑筒2的相对位置，一并向左运动；收回到位时，控制器13给出控制信号，使一对电磁卡板15.2的两个底板15.2.1互为异性、彼此相吸，紧贴支架15.1的水平板，卡柱15.2.2对支撑筒2的制约随之解除，在弹簧7的作用下，支撑筒2与推拉杆14发生相对运动，使抓手3张开，放下被抓取对象。

向左运动的行程控制：当机械手抓持有物体时，应比机械手没有抓持物体时向左多运动一段长度为L的距离。

本说明书中未作详细描述的内容，属于本领域技术人员公知的现有技术。

Claims (2)

1.一种深水作业零重力直线伸缩式机械手，包括固定筒(1)、支撑筒(2)和抓手(3)，其特征在于：固定筒(1)为内壁设置有内螺纹(1.1)的圆筒，固定筒(1)的前端设置有外凸沿(1.2)，固定筒(1)的后端与水下机器人内的基座连接，固定筒(1)的前端插入支撑筒(2)内并与支撑筒(2)套接，支撑筒(2)的后端设置有内凸沿(2.1)，支撑筒(2)的前端设置有三个抓爪支撑座(4)，所述抓爪支撑座(4)沿支撑筒(2)的周向均匀布置，抓手(3)的抓爪相应铰接在各抓爪支撑座(4)上，抓手(3)的抓爪内侧设置有压力传感器(5)，所述压力传感器(5)为3个以上并且沿抓爪内侧均匀布置，支撑筒(2)除设置有抓爪支撑座(4)以外的部分均布置在水下机器人内，固定筒(1)内设置有耐压筒(6)，耐压筒(6)为封闭的圆筒体，耐压筒(6)的前外端面通过弹簧(7)与支撑筒(2)的前内端面连接，耐压筒(6)的后端面内外相应设置有第一磁力传动盘(8.1)和第二磁力传动盘(8.2),第一磁力传动盘(8.1)、第二磁力传动盘(8.2)与耐压筒(6)同轴线,第二磁力传动盘(8.2)上设置有外齿轮(9)，外齿轮(9)与第二磁力传动盘(8.2)同轴线，外齿轮(9)与内螺纹(1.1)配合，耐压筒(6)的内腔设置有轴承支撑座(10)，电机(12)的转轴通过轴承(11)与轴承支撑座(10)连接，第一磁力传动盘(8.1)与电机(12)的转轴同轴线连接，耐压筒(6)的内腔设置有控制器(13)，耐压筒(6)的前端面上固定有推拉杆(14)，推拉杆(14)穿过支撑筒(2)的前端板后与抓手(3)的中心轴连接，推拉杆(14)为管状结构，推拉杆(14)的上、下管壁上对称开设有第一通孔(14.1)，所述第一通孔(14.1)为11个并且沿推拉杆(14)的轴线方向直线布置，相邻第一通孔(14.1)之间的距离为3mm-5mm，推拉杆(14)的前、后管壁上对称开设有导向通槽(14.2)，推拉杆(14)内设置有定位组件(15)，定位组件(15)包括支架(15.1)、一对电磁卡板(15.2)、一对限位板(15.3)和一对定位板(15.4)，支架(15.1)为H型结构，电磁卡板(15.2)包括底板(15.2.1)和垂直固定在底板(15.2.1)上的卡柱(15.2.2)，定位板(15.4)包括平板(15.4.1)和垂直固定在平板(15.4.1)上的卡板(15.4.2)，底板(15.2.1)在支架(15.1)的水平板的上、下两侧对称布置，两个底板(15.2.1)彼此相吸或者相斥，限位板(15.3)与支架(15.1)的垂直板连接，限位板(15.3)上开设有第二通孔(15.3.1)，卡柱(15.2.2)与第二通孔(15.3.1)以及第一通孔(14.1)配合，平板(15.4.1)与支架(15.1)的垂直板连接，卡板(15.4.2)穿过导向通槽(14.2)后与支撑筒(2)的前端盖连接，压力传感器(5)的信号输出端与控制器(13)的信号输入端连接，控制器(13)的控制信号输出端分别与电机(12)和底板(15.2.1)的控制信号输入端连接，控制器(13)与上位机之间通讯。

2.根据权利要求1所述的深水作业零重力直线伸缩式机械手，其特征在于：所述推拉杆(14)与抓手(3)的中心轴通过螺纹连接。