CN110641658B - 深海采样混联机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了深海采样混联机器人，属于机器人技术领域，包括并联机构、多爪机构、钻机构、电机、座套和旋桨，并联机构包括机舱、约束分支和4个电动缸，所述约束分支包括同轴圆柱副联接的心轴、动台、外套和球套，多爪机构包括电机Ⅰ、3个爪杆和3个欠驱动分支，所述欠驱动分支包括推杆、弹簧和套筒，钻机构包括导杆、电机Ⅱ、支架、电机Ⅲ和钻头。并联机构既可驱动钻机构和多爪机构摆动与伸缩,又能驱动旋桨摆动。本发明能够实现在深海中钻取深海矿物样本，在钻取过程中不仅能够锚固，而且整个机器人不会在水中后退与转动。

Description

深海采样混联机器人
技术领域
本发明涉及深海采样混联机器人，属于机器人技术领域。
背景技术
海洋里蕴藏着丰富的矿产资源，特别是在广阔的深海域蕴藏着大量的石油、天然气和其它矿产资源，为了查明海底石油和矿产资源，人们专门建造了海洋勘探船和海上钻井装置。海洋勘探船上搭载人与勘探设备，因此在对海洋进行勘探时，需要让勘探人员下海进行勘探并取样，但由于勘探人员到达海底一定的深度，冰冷的海水会使勘探人员感到不适，从而无法完成对海洋进行深度勘探与取样，现有中国专利文献CN106741584B公开的升力型高速海洋机器人，以及中国专利文献CN106314730B公开的一种海洋勘探船，其可用于执行载荷运输或投送、深海科考等任务，但仍不能钻取获取深海矿物样本，而深海矿物样本的获取在海洋科学的研究与开发中具有至关重要的作用，因此，需要一种机器人来方便而快捷地获取海底矿物样本，从而为深海矿产资源的科学研究提供资源。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供深海采样混联机器人，能够实现在深海中钻取深海矿物样本，在钻取过程中不仅能够锚固，而且整个机器人不会在水中后退与转动。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
深海采样混联机器人，包括并联机构、多爪机构、钻机构、电机、座套和旋桨；
并联机构包括机舱、约束分支和4个电动缸，所述约束分支包括同轴圆柱副联接的心轴、动台、外套和球套，动台包括同轴圆柱、第一端圆盘和第二端圆盘，第一端圆盘和第二端圆盘分别设在同轴圆柱的两端，动台还设有贯穿同轴圆柱、第一端圆盘和第二端圆盘的动台中心通孔，第一端圆盘上设有3个均布相切圆周的第一端圆盘通孔，第二端圆盘上设有沿圆周均匀分布的4个第二端圆盘铰支座和2个第二端圆盘偏心通孔，所述外套设有外套中心通孔，外套一端设有偏心凸台，偏心凸台上设有偏心螺纹孔，另一端设有外套圆盘，外套圆盘上设有3个均布相切圆周的外套圆盘通孔，心轴中部和所述动台中心通孔圆柱副联接，动台的同轴圆柱与所述外套中心通孔圆柱副联接，所述外套的中部圆柱与所述球套的球套中心通孔圆柱副联接，机舱为空腔圆柱形，机舱的两端分别为第一端轴面和第二端轴面，第一端轴面设有第一端轴面同轴球面通孔，球套与机舱的第一端轴面同轴球面通孔球副联接，第一端轴面的内侧设有4个沿圆周均匀分布的第一端轴面铰支座，第二端轴面设有第二端轴面同轴球面通孔，电动缸的两端分别与动台上的第二端圆盘铰支座和机舱第一端轴面内侧的第一端轴面铰支座球副联接，4个电动缸沿圆周均匀分布；
多爪机构包括电机Ⅰ、3个爪杆和3个欠驱动分支，所述欠驱动分支包括推杆、弹簧和套筒，所述推杆的两端分别设有正交轴线的推杆通孔和同轴圆柱凸台，套筒的两端分别设有正交轴线的套筒通孔和套筒同轴开孔，套筒的中部为套筒空腔，推杆的同轴圆柱凸台与套筒的套筒空腔圆柱副联接；弹簧设置在所述套筒空腔内，弹簧的两端分别抵在所述推杆一端的圆柱凸台端面和套筒空腔底面，套筒通孔与外套圆盘上的外套圆盘通孔用销轴转动副联接，爪杆的一端设有钩爪，其中部和另一端设有两个相互平行的爪杆中部通孔和爪杆端面通孔，推杆上的推杆通孔与所述爪杆中部通孔用销轴转动联接，爪杆端面通孔与动台的第一端圆盘通孔用销轴转动副联接，爪杆的钩爪面向动台的轴线，电机Ⅰ与所述动台的第二端圆盘固定连接，其驱动轴依次穿过第二端圆盘上的一个第二端圆盘偏心通孔和所述外套偏心凸台上的偏心螺纹孔并与偏心螺纹孔螺旋副联接；
钻机构包括导杆、电机Ⅱ、支架、电机Ⅲ和钻头，支架的第一端设有支架中心通孔、支架偏心螺纹通孔和支架偏心通孔，第二端设有支架同轴开口圆套和4个径向均布的拨杆，所述电机Ⅱ与所述支架的支架同轴开口圆套闭口端同轴固定连接，电机Ⅱ的驱动轴穿过所述支架中心通孔与所述心轴的一端同轴键连接，心轴的另一端和钻头的第二端同轴固定连接，电机Ⅲ与所述动台的第二端圆盘固定连接，其驱动轴穿过另一个第二端圆盘偏心通孔与所述支架偏心螺纹通孔螺旋副联接，导杆一端与所述动台的第二端圆盘垂直固定连接，导杆中部与所述支架偏心通孔圆柱副联接；
座套第一端设有座套同轴开口圆套和4个沿圆周均匀分布的轴向开槽，支架上的拨杆位于轴向开槽内，套筒第二端设有座套同轴球面，座套同轴球面上设有座套通孔，座套同轴球面与机舱的第二端轴面同轴球面通孔球副联接，电机与所述座套同轴开口圆套的闭口端同轴固定连接，其驱动轴穿过座套通孔与所述旋桨键连接。
本发明技术方案的进一步改进在于：机舱的第二端轴面设有外侧圆柱防护框。
本发明技术方案的进一步改进在于：外侧圆柱防护框上连接有缆绳。
本发明技术方案的进一步改进在于：钻头的第一端设有同轴开孔和端齿盘。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
本发明的深海采样混联机器人，并联机构中的电动缸既能驱动旋桨摆动，实现机器人在深海无舵自由航行，又能驱动约束分支带动钻头和多爪机构摆动与伸缩；电机通过旋桨驱动机器人进与退，阻止钻头在钻样过程中的钻探力矩带动漂浮机器人，甚至后退；而多爪机构中的电机I能够驱动多爪机构柔性抓取标本，多爪机构与钻机构配合，在钻机构钻取样品前清除淤泥，钻头钻取过程中锚定海底，阻止钻探力矩带动漂浮机器人在水中旋转，而钻头钻取后柔性抓取钻头脱落样本；电机II、电机III驱动钻头转动和伸缩以便采样本。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
其中，1、机舱，2、动台，3、电动缸，4、电机I，5、导杆，6、心轴，7、外套，8、球套，9、电机II，10、支架，11、电机III，12、钻头，13、爪杆，14、推杆，15、弹簧，16、套筒，17、电机，18、座套，19、旋桨，20、缆绳。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
如图1所示，深海采样混联机器人，包括并联机构、多爪机构、钻机构、电机17、座套18和旋桨19；
并联机构包括机舱1、约束分支和4个电动缸3，所述约束分支包括同轴圆柱副联接的心轴6、动台2、外套7和球套8，动台2包括同轴圆柱、第一端圆盘和第二端圆盘，第一端圆盘和第二端圆盘分别设在同轴圆柱的两端，动台2还设有贯穿同轴圆柱、第一端圆盘和第二端圆盘的动台中心通孔，第一端圆盘上设有3个均布相切圆周的第一端圆盘通孔，第二端圆盘上设有沿圆周均匀分布的4个第二端圆盘铰支座和2个第二端圆盘偏心通孔，所述外套7设有外套中心通孔，外套7一端设有偏心凸台，偏心凸台上设有偏心螺纹孔，另一端设有外套圆盘，外套圆盘上设有3个均布相切圆周的外套圆盘通孔，心轴6中部和所述动台中心通孔圆柱副联接，动台2的同轴圆柱与所述外套中心通孔圆柱副联接，所述外套7的中部圆柱与所述球套8的球套中心通孔圆柱副联接，机舱1为空腔圆柱形，机舱1的两端分别为第一端轴面和第二端轴面，第一端轴面设有第一端轴面同轴球面通孔，球套8与机舱1的第一端轴面同轴球面通孔球副联接，第一端轴面的内侧设有4个沿圆周均匀分布的第一端轴面铰支座，第二端轴面设有第二端轴面同轴球面通孔，机舱1的第二端轴面还设有外侧圆柱防护框，外侧圆柱防护框上连接有缆绳20，电动缸3的两端分别与动台2上的第二端圆盘铰支座和机舱第一端轴面内侧的第一端轴面铰支座球副联接，4个电动缸3沿圆周均匀分布；
多爪机构包括电机Ⅰ4、3个爪杆13和3个欠驱动分支，所述欠驱动分支包括推杆14、弹簧15和套筒16，所述推杆14的两端分别设有正交轴线的推杆通孔和同轴圆柱凸台，套筒16的两端分别设有正交轴线的套筒通孔和套筒同轴开孔，套筒16的中部为套筒空腔，推杆14的同轴圆柱凸台与套筒16的套筒空腔圆柱副联接；弹簧15设置在所述套筒空腔内，弹簧15的两端分别抵在所述推杆14一端的圆柱凸台端面和套筒空腔底面，套筒通孔与外套圆盘上的外套圆盘通孔用销轴转动副联接，爪杆13的一端设有钩爪，其中部和另一端设有两个相互平行的爪杆中部通孔和爪杆端面通孔，推杆14上的推杆通孔与所述爪杆中部通孔用销轴转动联接，爪杆端面通孔与动台2的第一端圆盘通孔用销轴转动副联接，爪杆13的钩爪面向动台2的轴线，电机Ⅰ4与所述动台2的第二端圆盘固定连接，其驱动轴依次穿过第二端圆盘上的一个第二端圆盘偏心通孔和所述外套7偏心凸台上的偏心螺纹孔并与偏心螺纹孔螺旋副联接；
钻机构包括导杆5、电机Ⅱ9、支架10、电机Ⅲ11和钻头12，支架10的第一端设有支架中心通孔、支架偏心螺纹通孔和支架偏心通孔，第二端设有支架同轴开口圆套和4个径向均布的拨杆，所述电机Ⅱ9与所述支架10的支架同轴开口圆套闭口端同轴固定连接，电机Ⅱ9的驱动轴穿过所述支架中心通孔与所述心轴6的一端同轴键连接，心轴6的另一端和钻头12的第二端同轴固定连接，钻头12的第一端设有同轴开孔和端齿盘，电机Ⅲ11与所述动台2的第二端圆盘固定连接，其驱动轴穿过另一个第二端圆盘偏心通孔与所述支架偏心螺纹通孔螺旋副联接，导杆5一端与所述动台2的第二端圆盘垂直固定连接，导杆5中部与所述支架偏心通孔圆柱副联接；
座套18第一端设有座套同轴开口圆套和4个沿圆周均匀分布的轴向开槽，支架10上的拨杆位于轴向开槽内，座套第二端设有座套同轴球面，座套同轴球面上设有座套通孔，座套同轴球面与机舱1的第二端轴面同轴球面通孔球副联接，电机17与所述座套同轴开口圆套的闭口端同轴固定连接，其驱动轴穿过座套通孔与所述旋桨19键连接。
本发明深海采样混联机器人工作时，并联机构中的电动缸3既能驱动旋桨19摆动，实现机器人在深海无舵自由航行，钻取样品时，首先钻机构中的电机Ⅲ11驱动钻头12缩回，多爪机构中的电机Ⅰ4驱动多爪机构清除矿石表面的淤泥，然后钻机构中的电机Ⅱ9驱动钻头12钻取样品，同时，为防止由于钻头12在钻样过程中的钻探力矩带动漂浮机器人，甚至后退，电机17带动旋桨19转动，而多爪机构中的电机Ⅰ4驱动多爪机构锚固海底，阻止钻探力矩带动漂浮机器人在水中旋转，钻取样品结束后，钻机构中的钻头12缩回，多爪机构柔性抓取钻头脱落样本，然后只需通过缆绳20将机器人拉出水面同时将多爪机构中的矿石样品取出即可完成深海自动取样。

Claims (2)

1.深海采样混联机器人，其特征在于：包括并联机构、多爪机构、钻机构、电机、座套和旋桨；
所述并联机构包括机舱、约束分支和4个电动缸，所述约束分支包括同轴圆柱副联接的心轴、动台、外套和球套，动台包括同轴圆柱、第一端圆盘和第二端圆盘，第一端圆盘和第二端圆盘分别设在同轴圆柱的两端，动台还设有贯穿同轴圆柱、第一端圆盘和第二端圆盘的动台中心通孔，第一端圆盘上设有3个均布相切圆周的第一端圆盘通孔，第二端圆盘上设有沿圆周均匀分布的4个第二端圆盘铰支座和2个第二端圆盘偏心通孔，所述外套设有外套中心通孔，外套一端设有偏心凸台，偏心凸台上设有偏心螺纹孔，另一端设有外套圆盘，外套圆盘上设有3个均布相切圆周的外套圆盘通孔，心轴中部和所述动台中心通孔圆柱副联接，动台的同轴圆柱与所述外套中心通孔圆柱副联接，所述外套的中部圆柱与所述球套的球套中心通孔圆柱副联接，机舱为空腔圆柱形，机舱的两端分别为第一端轴面和第二端轴面，第一端轴面设有第一端轴面同轴球面通孔，球套与机舱的第一端轴面同轴球面通孔球副联接，第一端轴面的内侧设有4个沿圆周均匀分布的第一端轴面铰支座，第二端轴面设有第二端轴面同轴球面通孔，电动缸的两端分别与动台上的第二端圆盘铰支座和机舱第一端轴面内侧的第一端轴面铰支座球副联接，4个电动缸沿圆周均匀分布；
多爪机构包括电机Ⅰ、3个爪杆和3个欠驱动分支，所述欠驱动分支包括推杆、弹簧和套筒，所述推杆的两端分别设有正交轴线的推杆通孔和同轴圆柱凸台，套筒的两端分别设有正交轴线的套筒通孔和套筒同轴开孔，套筒的中部为套筒空腔，推杆的同轴圆柱凸台与套筒的套筒空腔圆柱副联接；弹簧设置在所述套筒空腔内，弹簧的两端分别抵在所述推杆一端的圆柱凸台端面和套筒空腔底面，套筒通孔与外套圆盘上的外套圆盘通孔用销轴转动副联接，爪杆的一端设有钩爪，其中部和另一端设有两个相互平行的爪杆中部通孔和爪杆端面通孔，推杆上的推杆通孔与所述爪杆中部通孔用销轴转动联接，爪杆端面通孔与动台的第一端圆盘通孔用销轴转动副联接，爪杆的钩爪面向动台的轴线，电机Ⅰ与所述动台的第二端圆盘固定连接，其驱动轴依次穿过第二端圆盘上的一个第二端圆盘偏心通孔和所述外套偏心凸台上的偏心螺纹孔并与偏心螺纹孔螺旋副联接；
钻机构包括导杆、电机Ⅱ、支架、电机Ⅲ和钻头，支架的第一端设有支架中心通孔、支架偏心螺纹通孔和支架偏心通孔，第二端设有支架同轴开口圆套和4个径向均布的拨杆，所述电机Ⅱ与所述支架的支架同轴开口圆套闭口端同轴固定连接，电机Ⅱ的驱动轴穿过所述支架中心通孔与所述心轴的一端同轴键连接，心轴的另一端和钻头的第二端同轴固定连接，电机Ⅲ与所述动台的第二端圆盘固定连接，其驱动轴穿过另一个第二端圆盘偏心通孔与所述支架偏心螺纹通孔螺旋副联接，导杆一端与所述动台的第二端圆盘垂直固定连接，导杆中部与所述支架偏心通孔圆柱副联接；
座套第一端设有座套同轴开口圆套和4个沿圆周均匀分布的轴向开槽，支架上的拨杆位于轴向开槽内，座套第二端设有座套同轴球面，座套同轴球面上设有座套通孔，座套同轴球面与机舱的第二端轴面同轴球面通孔球副联接，电机与所述座套同轴开口圆套的闭口端同轴固定连接，其驱动轴穿过座套通孔与所述旋桨键连接；机舱的第二端轴面设有外侧圆柱防护框；外侧圆柱防护框上连接有缆绳。
2.根据权利要求1所述的深海采样混联机器人，其特征在于：钻头的第一端设有同轴开孔和端齿盘。
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