CN111003125B - 一种水下移动目标智能抓取装置 - Google Patents

Abstract

提供一种水下移动目标智能抓取装置，包括抓取单元组、抓取网(2)、底座(3)，每个抓取单元(1)连接臂的连接端设置关节舵机与由其驱动的旋转架，控制器可控制各关节舵机转动其连接臂，抓取网(2)位于各抓取单元(1)之间合围成的空间中，抓取网(2)的头端经总拉绳(4)连接底座(3)，每个抓取单元(1)连接臂的最外端设置有可与其脱离并各自在水中自行行进的拖网自行器(19)，连接臂的外端与拖网自行器(19)之间设置有锁扣机构；每个拖网自行器(19)均各自系有分拉绳连接抓取网(2)的开口端，抓取单元组与抓取网(2)之间设置有扎紧抓取网(2)端口的扎紧机构；可方便地实现对水下移动目标的抓取。

Description

一种水下移动目标智能抓取装置

技术领域

本发明属于水下作业技术领域，涉及一种水下移动目标智能抓取装置。

背景技术

随着技术的进步，人们在水下的活动越来越频繁。由于水下推进器、水下机器人技术的大量应用，各种水下推进器推动的水下移动装置，开始越来越多的出现在水下环境。

本发明所针对的水下移动目标具体指自身具有动力装置的主动移动目标与自身没有动力装置而随潮流而动的被动移动目标两类。如当有人员落水或小型水下移动装置失去控制丢失时，落水人员或小型水下移动装置将随机随水流移动。这些不明确的水下移动目标对靠近它的来往船只和人员造成了一定的安全隐患。目前缺乏针对性的抓取装置及方法，水下移动目标的抓取技术亟待解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述技术现状，提供一种水下移动目标智能抓取装置。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种水下移动目标智能抓取装置，包括抓取单元组、抓取网、底座，其特征在于，所述抓取单元组包括4个以上独立的抓取单元，各抓取单元的连接端以沿底座圆周均布的方式与底座固定连接，所述底座内设置有电源与控制器，每个抓取单元包括可绕其连接端转动的至少一段连接臂，所述连接臂的连接端设置关节转动机构，所述控制器能控制关节转动机构转动其连接臂，各抓取单元连接臂的连接端与底座连接成章鱼状，所述抓取网位于各抓取单元之间合围成的空间中，抓取网的头端经总拉绳连接底座，每个抓取单元连接臂的最外端设置有可与其脱离并各自在水中自行行进的形如鱼雷的拖网自行器，连接臂的外端与所述拖网自行器之间设置有锁扣机构；每个拖网自行器均各自系有分拉绳连接所述抓取网的开口端，所述抓取网设置有扎紧抓取网端口的扎紧机构；从所述底座引出电源线与信号线连接各关节转动机构、各锁扣机构与各拖网自行器，实现对各关节转动机构、各锁扣机构与各拖网自行器的供电与动作控制。

以下分别为进一步的方案：

所述关节转动机构包括关节舵机与由其驱动的旋转架；关节舵机固定在所述底座上，关节舵机的转轴与旋转架固定连接，旋转架与其连接臂固定连接。

所述扎紧机构如此设置：其中有2个处于相对位置的拖网自行器的分拉绳为分别穿过抓取网开口端半圈的两头合并而成的便于抽紧后扎紧抓取网端口的双根绳。

所述拖网自行器包括机体，机体的末端固定连接导流罩，导流罩外面设置有拖网钩；螺旋桨从机体内伸出并位于导流罩内，机体内设置有高转速推进电机并经其转轴驱动螺旋桨；机体外侧设置有转向舵，机体内还设置有双轴转向舵机，双轴转向舵机两侧的舵机转轴连接转向舵。

所述锁扣机构如此设置：所述拖网自行器导流罩末端设置有扣环；在所述连接臂的外端设置锁扣舵机、支架、旋转臂、传动轴、传动连杆、推杆、推杆槽孔；两个锁扣槽孔开设在底盘上，供锁扣环穿过；支架固定在第二防护罩的顶端表面，锁扣舵机固定在支架的下面，旋转臂分布在锁扣舵机的两侧，与传动轴铰接，传动轴通过传动连杆与推杆连接，旋转臂、传动轴、传动连杆、推杆共同构成连杆机构；在支架上开有推杆槽孔，推杆在锁扣舵机和连杆机构作用下可在推杆槽孔内往复运动，实现对锁扣环的锁住和开锁。

所述每个抓取单元包括相互连接的两段连接臂，第一关节舵机固定在底座上，第一关节舵机的转轴固定在第一旋转架上，第一旋转架与第一连接臂固定连接，第一连接臂末端安装有第一防护罩，第一防护罩上面固定连接第二关节舵机，第二关节舵机的转轴固定在第二关节旋转架上，第二关节旋转架与第二连接臂固定连接，第二连接臂末端固定安装有第二防护罩，各舵机的电源线与信号线从底座接出，经过第一连接臂及第二连接臂的内部分别到达第一关节舵机、第二关节舵机、锁扣舵机，分别实现控制器对各舵机的运动控制。

所述锁扣机构在所述连接臂的外端还固定有底座支架，底座支架由4根立柱组成，呈圆周阵列分布，底盘固定设置在底座支架的顶部，底盘上表面固定设置有4片角尺形支撑片，呈圆周阵列分布，供拖网自行器的导流罩末端嵌入。

所述拖网自行器的电源线与信号线从底座接出，经过总拉绳、至少部分网绳、各分拉绳连接各拖网自行器的机体内推进电机及双轴转向舵机；所述总拉绳、抓取网的至少部分网绳、各分拉绳内设有电源线与信号线连接各拖网自行器的机体内的推进电机及双轴转向舵机。

所述抓取单元组包括6个抓取单元，抓取网系有6个分拉绳连接拖网钩。

所述抓取网是由耐腐蚀、质轻的材料制成；网绳直径不小于1mm且不大于5mm，网孔不小于25cm²且不大于100cm²，或者，网绳直径、网孔大小根据被抓取目标的尺寸确定；至少部分网绳内编织有电源线与信号线。

本发明水下移动目标智能抓取装置可以在移动中实现对水下移动目标的智能抓取，结构简单，可靠性高，智能化程度也较高，使用方便，可方便安装在水下机器人等水下航行器上使用，也可潜水员手持使用。

附图说明

图1为本发明水下移动目标智能抓取装置抓取单元组收拢状态示意图；

图2为单个抓取单元示意图；

图3为单个抓取单元剖面示意图；

图4为拖网自行器示意图；

图5为拖网自行器局部示意图；

图6为拖网自行器剖面示意图；

图7为锁扣机构方位一示意图；

图8为锁扣机构方位二示意图；

图9为锁扣机构示方位三意图；

图10为本发明水下移动目标智能抓取装置抓取单元组张开状态示意图；

图11为本发明水下智能抓取网装置张开状态示意图；

图12为本发明水下移动目标智能抓取装置抓取单元组张开后，拖网自行器带动抓取网张开抓取目标物状态示意图；

图13为本发明水下移动目标智能抓取装置抓取目标物后扎紧抓取网端口状态示意图。

具体实施方式

以下以图1至图13所示的优选实施例为例，说明本发明的具体实施方式。

一种水下移动目标智能抓取装置，包括抓取单元组、抓取网2、底座3，如图1所示，水下移动目标智能抓取装置未开启操作时，呈合拢状态。抓取单元组包括4个以上独立的抓取单元1，较为合适的，抓取单元组包括6个独立的抓取单元1。底座3内设置有电源与控制器，每个抓取单元1包括可绕其连接端转动的至少一段连接臂，连接臂的连接端设置关节舵机与由其驱动的旋转架，控制器能控制各关节舵机转动其连接臂，各连接臂的连接端与底座3连接成章鱼状，抓取网2位于各抓取单元1之间合围成的空间中，抓取网2的头端经总拉绳4连接底座3，每个抓取单元1连接臂的最外端设置有可与其脱离并各自在水中自行行进的形如鱼雷的拖网自行器19，连接臂的外端与拖网自行器19之间设置有锁扣机构；每个拖网自行器19均各自系有分拉绳6连接抓取网2的开口端，抓取网2设置有扎紧抓取网2端口的扎紧机构；从底座3引出电源线与信号线连接关节舵机、锁扣机构与各拖网自行器19。

所述抓取网2是由耐腐蚀、质轻的材料制成；网绳直径不小于1mm且不大于5mm，网孔不小于25cm²且不大于100cm²，或者，网绳直径、网孔大小根据被抓取目标的尺寸确定；至少部分网绳内编织有电源线与信号线。扎紧机构如此设置：如图12、图13所示，其中有2个处于相对位置的拖网自行器19的分拉绳6为分别穿过抓取网2开口端半圈的两头合并而成的便于抽紧后扎紧抓取网2端口的双根绳。

如图3、图4、图5、图6所示，拖网自行器19包括机体193，机体193的末端固定连接导流罩192，导流罩192外面设置有拖网钩。螺旋桨191从机体193内伸出并位于导流罩192内，机体193内设置有高转速推进电机196经其转轴197驱动螺旋桨191，此高转速推进电机196空转转速不低于每分钟3000转；机体193外侧设置有转向舵200，机体193内还设置有双轴转向舵机198，双轴转向舵机198两侧的舵机转轴199连接转向舵200。转向舵200由其双轴转向舵机198驱动转动，使拖网自行器19可自动转向。抓取单元组包括6个抓取单元1，抓取网2系有6个分拉绳6连接拖网钩195。

锁扣机构如此设置：如图5、图6所示，在拖网自行器19导流罩192末端设置有扣环194。如图7、图8、及图9所示，在连接臂的外端设置锁扣舵机201、支架202、旋转臂203、传动轴204、传动连杆205、推杆206、推杆槽孔207；两个锁扣槽孔24开设在底盘22上，供锁扣环194穿过；支架202固定在第二防护罩18的顶端表面，锁扣舵机201固定在支架202的下面，旋转臂203分布在锁扣舵机201的两侧，与传动轴204铰接，传动轴204通过传动连杆205与推杆206连接，旋转臂203、传动轴204、传动连杆205、推杆206共同构成连杆机构；在支架202上开有推杆槽孔207，推杆206在锁扣舵机201和连杆机构作用下可在推杆槽孔207内往复运动，实现对锁扣环194的锁住和开锁。锁扣机构在连接臂的外端还固定有底座支架23，底座支架23由4根立柱组成，呈圆周阵列分布，底盘22固定设置在底座支架23的顶部，底盘22上表面固定设置有4片角尺形支撑片21，呈圆周阵列分布，供拖网自行器19的导流罩192末端嵌入。

如图2、图3所示，每个抓取单元1可由相互连接的两段连接臂组装而成，第一关节舵机11固定在底座3上，舵机的转轴固定在第一旋转架12上，第一旋转架12中间位置与第一连接臂13固定连接，第一连接臂13末端安装有第一防护罩14，第一防护罩14上面固定连接第二关节舵机15，第二关节舵机15的转轴固定在第二关节旋转架16上，第二关节旋转架16中间位置与第二连接臂17固定连接，第二连接臂17末端固定安装有第二防护罩18。两段连接臂比单段连接臂的效果要好，这样，锁扣机构就可设置在第二连接臂的外端与拖网自行器19之间。本发明中的舵机并不是指传统用于控制船舶转向的机械，而是一种小型的位置角度伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。本发明中的舵机可从市场采购。

电源线与信号线从底座3接出，一路经过第一连接臂13及第二连接臂17的内部分别到达第一关节舵机11、第二关节舵机15、锁扣舵机201，分别实现控制器对各舵机的运动控制。另一路经过总拉绳4、至少部分网绳、各分拉绳6连接各拖网自行器19的机体193内推进电机196及双轴转向舵机198。

如图1所示，水下移动目标智能抓取装置未开启操作时，呈合拢状态，第一关节舵机11与第一舵机旋转架12、第二关节舵机15与第二舵机旋转架16均呈小角度静止状态。抓取网2位于各抓取单元1之间合围成的空间中。如图7所示，每个拖网自行器19经其导流罩192连接在第二防护罩18的顶端，拖网自行器19导流罩192末端位于底盘22上，并被嵌入在由4片角尺形支撑片21合围成的空间中，拖网自行器19导流罩192末端的扣环194穿过锁扣槽孔24伸入推杆206能经过的推杆槽孔207的空档处。锁扣舵机201在旋转臂203、传动轴204、传动连杆205组成的连杆机构传动下，推杆206穿过扣环194插入推杆槽孔207内，从而将拖网自行器19经其导流罩192连接在第二防护罩18的顶端，如图7所示。

当在水下，靠近目标物5约2米左右的距离时，底座3中的控制器32发出关节舵机旋转指令，以底座3的中心轴线为基准轴线，第一关节舵机11与第二关节舵机15向轴线外旋转，带动第一舵机旋转架12和第二舵机旋转架16向轴线外旋转，6个抓取单元1逐渐打开，当到达如图10所示的位置时，第一关节舵机11与第二关节舵机15停止旋转，整个装置呈打开状态。保持每个抓取单元组1的发射指向与底座3的中心轴线呈一定角度，根据距离目标物5的远近及其目标物5的大小，该角度可在0度到60度之间，距离目标物5越近，角度越小，距离越远，角度越大；目标物5尺寸越大，角度越大，尺寸越小，角度越小。

如图10、图11所示，水下移动目标智能抓取装置打开后，面向目标物5，呈抓取前的状态，此时，底座3中的控制器向各抓取单元1发出启动指令，锁扣舵机201迅速旋转，带动连杆机构的运动，经过旋转臂203、传动轴204、传动连杆205的传动，推杆206从推杆槽孔207向外拉出，使锁扣194呈自由状态，如图8和图9所示。底座3中的控制器向6个拖网自行器19发出启动指令，拖网自行器19内的电机带动螺旋桨191高速旋转，使各拖网自行器19脱离第二防护罩18，开始向前方向移动，即6个拖网自行器19，开始朝向目标物5快速接近。各拖网自行器19经各自分拉绳6带动抓取网2快速向前移动，同时带动抓取网2张开，并逐渐向目标物5呈包围状态靠近，期间，如图12所示。

当将目标物5包围完成，底座3中的控制器向各拖网自行器19发出指令，使其中4个拖网自行器19停止运动，呈自由悬浮状态，其余2个封网的拖网自行器19以更高的运行速度继续移动，带动封网的分拉绳6对向互相牵拉，扎紧抓取网2的端口，将目标物5包裹，从而完成对目标物5的抓取操作。抓取操作完成后，在抓取网连接总拉绳4的牵拉下，实现对目标物5的控制，如图13所示。

Claims (10)

1.一种水下移动目标智能抓取装置，包括抓取单元组、抓取网(2)、底座(3)，其特征在于，所述抓取单元组包括至少4个独立的抓取单元(1)，各抓取单元(1)的连接端以沿底座圆周均布的方式与底座固定连接，所述底座(3)内设置有电源与控制器，每个抓取单元(1)包括可绕其连接端转动的至少一段连接臂，所述连接臂的连接端设置关节转动机构，所述控制器能控制关节转动机构转动其连接臂，各抓取单元(1)连接臂的连接端与底座(3)连接成章鱼状，所述抓取网(2)位于各抓取单元(1)之间合围成的空间中，抓取网(2)的头端经总拉绳(4)连接底座(3)，每个抓取单元(1)连接臂的最外端设置有可与其脱离并各自在水中自行行进的形如鱼雷的拖网自行器(19)，连接臂的外端与所述拖网自行器(19)之间设置有锁扣机构；每个拖网自行器(19)均各自系有分拉绳(6)连接所述抓取网(2)的开口端，所述抓取网(2)设置有扎紧抓取网(2)端口的扎紧机构；从所述底座(3)引出电源线与信号线连接各关节转动机构、各锁扣机构与各拖网自行器(19)，实现对各关节转动机构、各锁扣机构与各拖网自行器(19)的供电与动作控制。

2.如权利要求1所述的水下移动目标智能抓取装置，其特征在于，所述关节转动机构包括关节舵机与由其驱动的旋转架；关节舵机固定在所述底座(3)上，关节舵机的转轴与旋转架固定连接，旋转架与其连接臂固定连接。

3.如权利要求1所述的水下移动目标智能抓取装置，其特征在于，所述扎紧机构如此设置：其中有2个处于相对位置的拖网自行器(19)的分拉绳(6)为分别穿过抓取网(2)开口端半圈的两头合并而成的便于抽紧后扎紧抓取网(2)端口的双根绳。

4.如权利要求1所述的水下移动目标智能抓取装置，其特征在于，所述拖网自行器(19)包括机体(193)，机体(193)的末端固定连接导流罩(192)，导流罩(192)外面设置有拖网钩；螺旋桨(191)从机体(193)内伸出并位于导流罩(192)内，机体(193)内设置有高转速推进电机(196)并经其转轴(197)驱动螺旋桨(191)；机体(193)外侧设置有转向舵(200)，机体(193)内还设置有双轴转向舵机(198)，双轴转向舵机(198)两侧的舵机转轴(199)连接转向舵(200)。

5.如权利要求4所述的水下移动目标智能抓取装置，其特征在于，所述锁扣机构如此设置：所述拖网自行器(19)导流罩(192)末端设置有扣环(194)；在所述连接臂的外端设置锁扣舵机(201)、支架(202)、旋转臂(203)、传动轴(204)、传动连杆(205)、推杆(206)、推杆槽孔(207)；两个锁扣槽孔(24)开设在底盘(22)上，供锁扣环(194)穿过；支架(202)固定在第二防护罩(18)的顶端表面，锁扣舵机(201)固定在支架(202)的下面，旋转臂(203)分布在锁扣舵机(201)的两侧，与传动轴(204)铰接，传动轴(204)通过传动连杆(205)与推杆(206)连接，旋转臂(203)、传动轴(204)、传动连杆(205)、推杆(206)共同构成连杆机构；在支架(202)上开有推杆槽孔(207)，推杆(206)在锁扣舵机(201)和连杆机构作用下可在推杆槽孔(207)内往复运动，实现对锁扣环(194)的锁住和开锁。

6.如权利要求5所述的水下移动目标智能抓取装置，其特征在于，所述每个抓取单元(1)包括相互连接的两段连接臂，第一关节舵机(11)固定在底座(3)上，第一关节舵机(11)的转轴固定在第一旋转架(12)上，第一旋转架(12)与第一连接臂(13)固定连接，第一连接臂(13)末端安装有第一防护罩(14)，第一防护罩(14)上面固定连接第二关节舵机(15)，第二关节舵机(15)的转轴固定在第二关节旋转架(16)上，第二关节旋转架(16)与第二连接臂(17)固定连接，第二连接臂(17)末端固定安装有第二防护罩(18)，第一关节舵机(11)、第二关节舵机(15)、锁扣舵机(201)的电源线与信号线从底座(3)接出，经过第一连接臂(13)及第二连接臂(17)的内部分别到达第一关节舵机(11)、第二关节舵机(15)、锁扣舵机(201)，分别实现控制器对第一关节舵机(11)、第二关节舵机(15)、锁扣舵机(201)的运动控制。

7.如权利要求6所述的水下移动目标智能抓取装置，其特征在于，所述锁扣机构在所述连接臂的外端还固定有底座支架(23)，底座支架(23)由4根立柱组成，呈圆周阵列分布，底盘(22)固定设置在底座支架(23)的顶部，底盘(22)上表面固定设置有4片角尺形支撑片(21)，呈圆周阵列分布，供拖网自行器(19)的导流罩(192)末端嵌入。

8.如权利要求4所述的水下移动目标智能抓取装置，其特征在于，所述拖网自行器(19)的电源线与信号线从底座(3)接出，经过总拉绳(4)、至少部分网绳、各分拉绳(6)连接各拖网自行器(19)的机体(193)内推进电机(196)及双轴转向舵机(198)；所述总拉绳(4)、抓取网的至少部分网绳、各分拉绳(6)内设有电源线与信号线连接各拖网自行器(19)的机体(193)内的推进电机(196)及双轴转向舵机(198)。

9.如权利要求4所述的水下移动目标智能抓取装置，其特征在于，所述抓取单元组包括6个抓取单元(1)，抓取网(2)系有6个分拉绳(6)连接所述拖网钩(195)。

10.如权利要求1所述的水下移动目标智能抓取装置，其特征在于，所述抓取网(2)是由耐腐蚀、质轻的材料制成；网绳直径不小于1mm且不大于5mm，网孔不小于25cm²且不大于100cm²，或者，网绳直径、网孔大小根据被抓取目标的尺寸确定；至少部分网绳内编织有电源线与信号线。

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