[發明專利]一種具有開放式結構的深海作業機械手

有效

• 申請號: 200910224334.6
• 申請日: 2009-11-24
• 公開（公告）號: CN101708610A
• 公開（公告）日: 2010-05-19
• 發明（設計）人: 徐國華;唐國元;黃道敏;徐筱龍;中雄;肖治琥
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B25J9/08
• 分類號: B25J9/08
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

技術領域

本發明涉及一種水下作業工具，具體涉及一種深海作業機械手，應用于深 海水下機器人、水下工程機械及水下裝備。

背景技術

水下機械手是水下機器人、水下工程機械及水下裝備在水下作業時常常會 使用的重要作業系統。目前，水下液壓機械手及用于淺海的水下電驅動機械手 技術已較成熟，但用于深海的水下電驅動機械手技術尚未成熟，其主要原因之 一在于深海環境下機械手結構的復雜性降低了機械手本身的作業能力。機械手 的載荷自重比是衡量機械手作業能力的重要指標，對于工作于水下的機械手系 統來說，由于其本身機械結構需要潤滑，因此機械手需要有密封結構，機械手 的工作深度越大，密封結構就會越復雜。這些密封結構增加了機械手的自重， 降低了其作業能力。

發明內容

本發明的目的在于提供一種深海作業機械手，只需要很少的密封結構，具 有較輕的重量和較高的載荷自重比。

一種具有開放式結構的深海作業機械手，包括回轉集成關節、大臂集成關 節、小臂集成關節、手爪集成關節、大臂、小臂和手爪；各集成關節為封閉式 結構，大臂和小臂為開放式框架結構；回轉集成關節通過回轉支撐機構連接大 臂，大臂連接小臂，回轉集成關節用以驅動大臂和小臂作回轉運動；在回轉支 撐機構處分別設有大臂集成關節和小臂集成關節，大臂集成關節連接大臂，用 以驅動大臂起落運動；小臂集成關節通過設在大臂內部的第一傳動機構連接小 臂尾端，用以驅動小臂起落運動；小臂尾端處設有手爪集成關節，手爪集成關 節通過設在小臂內部的第二傳動機構連接固定于小臂首端處的手爪，用以驅動 手爪開合運動。

本發明的有益效果是：機械手結構采取具有一個回轉自由度兩個起落自由 度及手爪開閉功能的三自由度四功能配置。采用防海水腐蝕自潤滑滑動軸承， 大小臂均采用開放式框架結構，而不是密封式結構，機械手的傳動部件安裝于 中空的大小臂中，且零部件均直接浸泡于海水中，避免了采用復雜的密封結構 并有效利用了大小臂的內部空間；只在作為獨立驅動單元的集成關節中使用密 封結構。將大臂集成關節，小臂集成關節集中于大臂末端，以減小大臂相對于 大臂轉軸的轉動慣量，這樣可減小大臂集成關節所需的驅動力矩。大臂集成關 節通過驅動輪轂轉動以帶動大臂起落，小臂集成關節通過安裝于大臂中的同步 帶輪驅動小臂起落。手爪集成關節安裝在小臂末端，手爪集成關節驅動貫通小 臂內部的不銹鋼絲杠轉動以驅動手爪開閉。整個裝置重量輕、體積小；載荷自 重比大，作業能力強；控制方便、控制精度高；連接可靠、裝拆方便；表面硬 度大和抗海水腐蝕能力強；安裝靈活、方便，可應用于水下機器人和水下工程 機械。

附圖說明

圖1是機械手布置圖；

圖2是機械手結構圖；

圖3是機械手大臂末端關節配置；

圖4是機械手大臂前端關節配置；

圖5是機械手小臂前端結構。

具體實施方式

機械手布置如附圖1所示，機械手包括三個部件，即回轉關節部件I、大臂 部件II、小臂部件III。其中回轉關節部件I包含有回轉集成關節1及支撐架8 等零部件，大臂部件II包含有大臂集成關節9、小臂集成關節57、大臂17等零 部件，小臂部件III包含有手爪集成關節49、小臂33、手爪38等零部件。整個 機械手系統可通過回轉集成關節1后部的法蘭吊裝于水下機器人或水下工程機 械上。

回轉集成關節中集成了電機及減速裝置，其輸出軸可帶動支撐結構轉動， 大臂安裝于支撐結構上，且大臂集成關節和小臂集成關節也分別安裝于支撐結 構的前后兩端，當支撐結構轉動時，大小臂即可隨之一起轉動。

大臂集成關節中集成了電機及減速裝置，其輸出軸通過輪轂與大臂聯結， 當大臂集成關節輸出軸轉動時，可以帶動大臂作起落運動。大臂內部兩端分別 安裝有兩根軸，兩根軸上安裝有同步帶輪。

小臂集成關節中也集成了電機及減速裝置，其輸出軸的運動和力矩通過同 步帶輪傳動到大臂前端的軸上。小臂安裝于該軸的末端并通過法蘭與該軸聯結， 因此當小臂集成關節電機轉動時，即可帶動小臂作起落運動。小臂內安裝有一 傳動軸，其一端與手爪集成關節的輸出軸聯結，另一端為螺桿。

手爪集成關節同樣集成了電機和減速裝置，當其輸出軸轉動時，帶動小臂 內的傳動軸轉動，傳動軸末端的螺桿帶動螺母作直線運動，從而使手爪作開合 運動。