[發(fā)明專利]水下機械手三自由度腕關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810063945.2
• 申請日: 2008-01-30
• 公開（公告）號: CN101224582A
• 公開（公告）日: 2008-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 姚建均;王立權(quán);王茁;王成軍;王才東;張存良
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: B25J17/00
• 分類號: B25J17/00;B63C11/52
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

(一)技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種水下機器人結(jié)構(gòu)，具體地說是一種供水下機器人使用的水下機械手三自由度腕關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)。

(二)背景技術(shù)

海洋擁有豐富的生物資源、礦物資源和大量的石油、煤和天然氣等能源。隨著陸地上的資源不斷斷缺，因此人類走向海洋是必然趨勢。同時海洋決定了地球各地區(qū)的氣候，海洋的生態(tài)環(huán)境是地球的生態(tài)環(huán)境的晴雨表，因此有必要對海洋的各個部分，包括人無法到達的地方，進行環(huán)境監(jiān)測。

目前世界上許多國家都認識到利用和開發(fā)海洋的重要性，紛紛投入大量的資金、人力、物力從事這方面的研究工作。海洋資源開發(fā)、海洋環(huán)境氣候研究、內(nèi)河水運、水資源利用等在國民經(jīng)濟中的地位決定了發(fā)展水下技術(shù)和水下作業(yè)系統(tǒng)的重要意義。各種水下機器人被海洋科學家們一致公認為是開發(fā)海洋資源最重要的基礎(chǔ)技術(shù)。水下機器人將是今后人類開發(fā)和利用海洋的重要手段之一，在某些環(huán)境下，水下機器人能完成大量人類所根本無法完成的工作?，F(xiàn)在，水下機器人已經(jīng)廣泛應用于海底礦產(chǎn)資源開發(fā)、海上救助打撈、海洋調(diào)查、水下工程施工以及軍事和國防建設(shè)等許多方面，并已經(jīng)產(chǎn)生了很大的經(jīng)濟效益、社會效益和國防效益。

水下機器人主要分為有纜水下機器人和無纜水下機器人。由于海洋石油工業(yè)的興起導致了有纜水下機器人的迅速發(fā)展，并使其成為海洋石油開發(fā)必不可少的設(shè)備之一。按作業(yè)任務來劃分，水下機器人可以分為作業(yè)型和觀察型。作業(yè)型水下機器人基本上都是ROV(Remotely?Operated?Vehicle)。ROV是當前海洋探索研究最主要的工具之一，作業(yè)系統(tǒng)是ROV的重要組成部分，主要包括機械手及作業(yè)工具。水下機械手的研制和開發(fā)一直是水下機器人研究開發(fā)中的一項重要內(nèi)容，通常把機械手視為ROV上作業(yè)系統(tǒng)的心臟。

《六功能水下機械手的變結(jié)構(gòu)控制方法和應用研究》(中國科學院沈陽自動化研究所碩士論文，2002)、《監(jiān)控式水下機械手及相關(guān)技術(shù)的研究》(中國科學院沈陽自動化研究所碩士論文，2001)、《5自由度自主式水下機械手的研制》(中國機械工程，2001，12增刊：16～18)、《深海水下作業(yè)型機械手控制系統(tǒng)研究》(浙江大學碩士學位論文，2006：15～20)中公開的的腕部結(jié)構(gòu)均不是三自由度的；《水下機器人機械手控制系統(tǒng)設(shè)計》(鑿巖機械氣動工具，2003(4)：53～58)中公開的水下機械手雖然可以實現(xiàn)腕關(guān)節(jié)上下擺動、腕關(guān)節(jié)前后擺動、腕關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)，但沒有給出具體結(jié)構(gòu)形式，并且從給出的圖的外形看，其腕部結(jié)構(gòu)與本申請的結(jié)構(gòu)形式有很大差別。

(三)發(fā)明內(nèi)容

為實現(xiàn)水下機械手重量輕、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、操縱靈活、運動范圍大等要求，在設(shè)計水下機械手的各個關(guān)節(jié)時必須要充分考慮其機械結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供了一種可供作業(yè)型水下機器人使用的、結(jié)構(gòu)簡單、轉(zhuǎn)動靈活、能實現(xiàn)大范圍轉(zhuǎn)動和腕關(guān)節(jié)三自由度運動的腕關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

本發(fā)明由前臂1、腕關(guān)節(jié)俯仰轉(zhuǎn)動軸2、液壓缸活塞桿聯(lián)接軸3、腕關(guān)節(jié)偏航轉(zhuǎn)動軸4、連桿聯(lián)接軸5、連桿6、第一液壓缸7、第二液壓缸8、液壓缸底端聯(lián)接軸9、液壓缸底端固定座10、腕部11和聯(lián)接架12組成，其中聯(lián)接架12通過腕關(guān)節(jié)俯仰轉(zhuǎn)動軸2、腕關(guān)節(jié)偏航轉(zhuǎn)動軸4分別與前臂1和腕部11相聯(lián)接；前臂1內(nèi)的第二液壓缸8底端安裝在前臂1空腔內(nèi)的液壓缸底端聯(lián)接軸9上，第二液壓缸8的活塞桿端聯(lián)接在聯(lián)接架12上的液壓缸活塞桿聯(lián)接軸3上；連桿6一端聯(lián)接在腕部11的連桿聯(lián)接軸5上，連桿6另一端與第一液壓缸7活塞桿相聯(lián)接，該液壓缸的底端固定在聯(lián)接架12上；液壓馬達安裝在腕部11內(nèi)。

整個腕關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計緊湊，可以實現(xiàn)腕關(guān)節(jié)的三自由度運動，具有操作靈活，提高作業(yè)空間、有效減小水下機械手作業(yè)死區(qū)等優(yōu)點。

本發(fā)明的主要優(yōu)點是：

(1)本發(fā)明專利供水下機器人使用，具有機構(gòu)簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、布置合理的特點。

(2)通過前臂內(nèi)的液壓缸實現(xiàn)腕關(guān)節(jié)的俯仰轉(zhuǎn)動運動，通過液壓缸-連桿作用實現(xiàn)腕關(guān)節(jié)的偏航轉(zhuǎn)動運動，通過腕部內(nèi)的液壓馬達實現(xiàn)腕關(guān)節(jié)的回轉(zhuǎn)運動。

(3)實現(xiàn)了腕部三自由度的運動，提高了水下機械手的作業(yè)范圍，減少了水下機械手的作業(yè)死區(qū)。

(四)附圖說明

圖1是本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的平面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖2的俯視圖。

(五)具體實施方式

下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細地描述：