CN114274169A - 一种海洋多自由度液压作业机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海洋多自由度液压作业机械手。它包括基座、与基座铰接并能够在左右方向摆动的旋转座、与旋转座铰接的能够在上下方向摆动的连杆臂铰接组件以及与连杆臂铰接组件铰接的能够在左右方向摆动的支撑摆臂，支撑摆臂上安装有能够在圆周方向旋转的旋转机构，旋转机构上能够用来连接实现不同作业要求的夹持机构或作业工具。采用上述结构后，可以实现各个不同方向的操作并且通过对关节转角进行检测以及检测角度反馈能使整个机械手的关节保持正确的位置姿态，有利于运动控制与精确定位，从而使摆动范围精确可调，大大提高了操纵性能，同时结构设计十分紧凑，操作简单，可以最大限度的降低重量的同时保持良好的易操作性。

Description

一种海洋多自由度液压作业机械手

技术领域

本发明涉及一种水下作业装备，尤其涉及一种海洋多自由度液压作业机械手，属于机器人及机械手技术领域。

背景技术

水下多自由度机械手是水下作业的核心装备之一，主要搭载于水下机器人，在海洋资源开发、水下采样及开发深水油气田发挥至关重要的作用。现有的水下作业机器人，由于结构设计复杂，不仅价格高，而且产品结构设计缺陷使其机动性、抗流能力及作业能力都显不足，并不适合中国海区的使用特点，因此，随着我国海洋开发事业的发展和不断增长的市场需求，开发研制适合我国海区使用需求的ROV就显得十分必要和紧迫。

多自由度液压机械手可搭载于作业型ROV上，针对海底采油树工作要求，可与专用工具相配合，完成水下采油巡检和管道阀门开启和关闭作业，现有技术中，国内的多自由度液压机械手结构设计较为合理，但是操作性能不佳，使用可靠性差，施工成本高，而国外的多自由度液压机械手虽然施工成本低，但是其结构设计十分复杂，体积庞大，重量大，使用不够灵活并且制造成本高，因此如何降低施工费用，进而降低采油成本，提升我国水下生产技术竞争力，促进我国国内深水油气开发，保障深水油气田安全高效运行是亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构紧凑、操纵性能优良，在最大限度的降低重量的同时保持良好的易操作性以及控制精确度的海洋多自由度液压作业机械手。

为了解决上述技术问题，本发明的海洋多自由度液压作业机械手，包括基座、与基座铰接并能够在左右方向摆动的旋转座、与旋转座铰接的能够在上下方向摆动的连杆臂铰接组件以及与连杆臂铰接组件铰接的能够在左右方向摆动的支撑摆臂，支撑摆臂上安装有能够在圆周方向旋转的旋转机构，旋转机构上能够用来连接实现不同作业要求的夹持机构或作业工具。

所述连杆臂铰接组件包括旋转座上铰接的能够在上下方向摆动的第一连杆臂、与第一连杆臂铰接的能够在上下方向摆动的第二连杆臂以及与第二连杆臂铰接的同样能够在上下方向摆动的第三连杆臂，所述支撑摆臂铰接在第三连杆臂上。

所述基座与旋转座之间通过第一转轴铰接；所述旋转座与第一连杆臂之间通过第二转轴铰接；所述第一连杆臂和第二连杆臂之间通过第三转轴铰接；所述第二连杆臂和第三连杆臂之间通过第四转轴铰接，所述支撑摆臂和第三连杆臂之间通过第五转轴铰接。

所述基座上具有用于驱动旋转座绕第一转轴左右摆动的第一液压缸；所述旋转座上具有用于驱动第一连杆臂绕第二转轴上下摆动的第二液压缸；所述第一连杆臂上具有用于驱动第二连杆臂绕第三转轴上下摆动的第三液压缸；所述第二连杆臂上具有用于驱动第三连杆臂绕第四转轴上下摆动的第四液压缸；所述第三连杆臂上具有用于驱动支撑摆臂绕第五转轴左右摆动的第五液压缸。

所述第一转轴处设置有用于检测旋转座与基座之间的转角的第一角度传感器，所述第二转轴处设置有用于检测旋转座与第一连杆臂之间的转角的第二角度传感器，所述第三转轴处设置有用于检测第一连杆臂与第二连杆臂之间的转角的第三角度传感器，所述第四转轴处设置有用于检测第二连杆臂与第三连杆臂之间的转角的第四角度传感器，所述第五转轴处设置有用于检测第三连杆臂与支撑摆臂之间的转角的第五角度传感器。

所述支撑摆臂上具有用于驱动旋转机构周向转动的液压马达以及用于检测旋转机构与支撑摆臂之间转角的第六角度传感器，所述支撑摆臂上还具有用于驱动夹持机构或作业工具动作的第六液压缸。

所述第一液压缸、第二液压缸、第三液压缸、第四液压缸、第五液压缸以及第六液压缸均为防水液压缸，所述液压马达为防水液压马达。

所述第一角度传感器、第二角度传感器、第三角度传感器、第四角度传感器、第五角度传感器以及第六角度传感器均为防水角度传感器。

采用上述的结构后，通过设置的能够左右方向摆动旋转座、能够在上下方向摆动的连杆臂铰接组件以及能够在左右方向摆动的支撑摆臂，由此可以实现各个不同方向的操作并且通过对关节转角进行检测以及检测角度反馈能使整个机械手的关节保持正确的位置姿态，有利于运动控制与精确定位，从而使摆动范围精确可调，大大提高了操纵性能，同时结构设计十分紧凑，操作简单，可以最大限度的降低重量的同时保持良好的易操作性。

附图说明

图1为本发明海洋多自由度液压作业机械手的主视结构示意图；

图2为本发明海洋多自由度液压作业机械手的仰视结构示意图；

图3为本发明海洋多自由度液压作业机械手的俯视结构示意图；

图4为本发明海洋多自由度液压作业机械手的使用状态结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面结合附图和具体实施方式，对本发明的海洋多自由度液压作业机械手作进一步详细说明，其中，第一连杆臂、第二连杆臂、第三连杆臂和第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、第五关节仅为描述说明需要，无特定顺序和功能要求，基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图所示，本发明的海洋多自由度液压作业机械手，包括用于与水下机器人的固定连接的基座1、通过第一转轴(构成第一关节)与基座1铰接并能够在水平(左右)方向摆动的旋转座2、与旋转座2铰接的能够在上下方向摆动的连杆臂铰接组件以及与连杆臂铰接组件铰接的能够在水平方向摆动的支撑摆臂6，其中，基座1上具有用于驱动旋转座绕第一转轴左右摆动的第一液压缸20；本实施例中所说的连杆臂铰接组件包括第一连杆臂3、第二连杆臂4和第三连杆臂5，旋转座2与第一连杆臂3之间通过第二转轴(构成第二关节)铰接，旋转座2上具有用于驱动第一连杆臂3绕第二转轴上下摆动的第二液压缸21，从而使第一连杆臂3绕第二转轴在上下方向摆动；第一连杆臂3和第二连杆臂4之间通过第三转轴(构成第三关节)铰接，第一连杆臂3上具有用于驱动第二连杆臂4绕第三转轴上下摆动的第三液压缸22，从而使第二连杆臂4绕第三转轴在上下方向摆动；第二连杆臂4和第三连杆臂5之间通过第四转轴(构成第四关节)铰接，第二连杆臂4上具有用于驱动第三连杆臂5绕第四转轴上下摆动的第四液压缸23，从而使第三连杆臂5绕第四转轴在上下方向摆动，支撑摆臂6和第三连杆臂5之间通过第五转轴(构成第五关节)铰接，第三连杆臂5上具有用于驱动支撑摆臂6绕第五转轴左右摆动的第五液压缸24，从而使支撑摆臂6绕第五转轴在水平方向摆动，另外，在第一转轴处设置有用于检测旋转座与基座之间的转角的第一角度传感器31，第二转轴处设置有用于检测旋转座与第一连杆臂3之间的转角的第二角度传感器32，第三转轴处设置有用于检测第一连杆臂3与第二连杆臂4之间的转角的第三角度传感器33，第四转轴处设置有用于检测第二连杆臂4与第三连杆臂5之间的转角的第四角度传感器34，第五转轴处设置有用于检测第三连杆臂5与支撑摆臂6之间的转角的第五角度传感器35，由此利用第一角度传感器检测旋转座与基座之间的转角，利用第二角度传感器检测旋转座与第一连杆臂之间的转角，利用第三角度传感器检测第二连杆臂与第一连杆臂之间的转角，利用第四角度传感器检测第二连杆臂与第三连杆臂之间的转角，利用第五角度传感器检测支撑摆臂与第三连杆臂之间的转角，支撑摆臂6上安装有能够在圆周方向旋转(可正反旋转)的旋转机构7，支撑摆臂6上具有用于驱动旋转机构7周向转动的液压马达26以及用于检测旋转机构7与支撑摆臂6之间转角的第六角度传感器36，由此通过驱动液压马达带动旋转机构旋转，并利用第六角度传感器检测旋转机构与支撑摆臂之间的转角，在旋转机构上连接夹持机构或作业工具，支撑摆臂6上还具有用于驱动夹持机构或作业工具动作的第六液压缸25，由此实现不同的作业要求，如夹持、剪切等。

进一步地，由于海洋多自由度液压作业机械手的工作环境水压很大，对机械手的密封要求很高，因此所说的第一液压缸20、第二液压缸21、第三液压缸22、第四液压缸23、第五液压缸24以及第六液压缸25均为防水液压缸，液压马达26为防水液压马达，所说的第一角度传感器31、第二角度传感器32、第三角度传感器33、第四角度传感器34、第五角度传感器35以及第六角度传感器36均为防水角度传感器，可有效保证机械手的运动控制精度。

另外，由于海洋多自由度液压作业机械手针对海水腐蚀环境，为保证机械手的正常使用与其使用寿命，需要相应的防腐设计，销轴类零件(第一转轴、第二转轴、第三转轴、第四转轴、第五转轴)材料优选不锈钢，结构类零件材料(基座、旋转座、连杆臂铰接组件以及支撑摆臂等)优选铝合金。

本发明中各活动关节角度范围如表1所示。

表1实施例活动关节角度范围

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种海洋多自由度液压作业机械手，其特征在于：包括基座（1）、与基座（1）铰接并能够在左右方向摆动的旋转座（2）、与旋转座（2）铰接的能够在上下方向摆动的连杆臂铰接组件以及与连杆臂铰接组件铰接的能够在左右方向摆动的支撑摆臂（6），所述支撑摆臂（6）上安装有能够在圆周方向旋转的旋转机构（7），所述旋转机构（7）上能够用来连接实现不同作业要求的夹持机构或作业工具。

2.按照权利要求1所述的海洋多自由度液压作业机械手，其特征在于：所述连杆臂铰接组件包括旋转座（2）上铰接的能够在上下方向摆动的第一连杆臂（3）、与第一连杆臂（3）铰接的能够在上下方向摆动的第二连杆臂（4）以及与第二连杆臂（4）铰接的同样能够在上下方向摆动的第三连杆臂（5），所述支撑摆臂（6）铰接在第三连杆臂（5）上。

3.按照权利要求2所述的海洋多自由度液压作业机械手，其特征在于：所述基座（1）与旋转座（2）之间通过第一转轴铰接；所述旋转座（2）与第一连杆臂（3）之间通过第二转轴铰接；所述第一连杆臂（3）和第二连杆臂（4）之间通过第三转轴铰接；所述第二连杆臂（4）和第三连杆臂（5）之间通过第四转轴铰接，所述支撑摆臂（6）和第三连杆臂（5）之间通过第五转轴铰接。

4.按照权利要求3所述的海洋多自由度液压作业机械手，其特征在于：所述基座（1）上具有用于驱动旋转座绕第一转轴左右摆动的第一液压缸（20）；所述旋转座（2）上具有用于驱动第一连杆臂（3）绕第二转轴上下摆动的第二液压缸（21）；所述第一连杆臂（3）上具有用于驱动第二连杆臂（4）绕第三转轴上下摆动的第三液压缸（22）；所述第二连杆臂（4）上具有用于驱动第三连杆臂（5）绕第四转轴上下摆动的第四液压缸（23）；所述第三连杆臂（5）上具有用于驱动支撑摆臂（6）绕第五转轴左右摆动的第五液压缸（24）。

5.按照权利要求4所述的海洋多自由度液压作业机械手，其特征在于：所述第一转轴处设置有用于检测旋转座与基座之间的转角的第一角度传感器（31），所述第二转轴处设置有用于检测旋转座与第一连杆臂（3）之间的转角的第二角度传感器（32），所述第三转轴处设置有用于检测第一连杆臂（3）与第二连杆臂（4）之间的转角的第三角度传感器（33），所述第四转轴处设置有用于检测第二连杆臂（4）与第三连杆臂（5）之间的转角的第四角度传感器（34），所述第五转轴处设置有用于检测第三连杆臂（5）与支撑摆臂（6）之间的转角的第五角度传感器（35）。

6.按照权利要求5所述的海洋多自由度液压作业机械手，其特征在于：所述支撑摆臂（6）上具有用于驱动旋转机构（7）周向转动的液压马达（26）以及用于检测旋转机构（7）与支撑摆臂（6）之间转角的第六角度传感器（36），所述支撑摆臂（6）上还具有用于驱动夹持机构或作业工具动作的第六液压缸（25）。

7.按照权利要求5所述的海洋多自由度液压作业机械手，其特征在于：所述第一液压缸（20）、第二液压缸（21）、第三液压缸（22）、第四液压缸（23）、第五液压缸（24）以及第六液压缸（25）均为防水液压缸，所述液压马达（26）为防水液压马达。

8.按照权利要求7所述的海洋多自由度液压作业机械手，其特征在于：所述第一角度传感器（31）、第二角度传感器（32）、第三角度传感器（33）、第四角度传感器（34）、第五角度传感器（35）以及第六角度传感器（36）均为防水角度传感器。

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