[發(fā)明專利]一種水下作業(yè)機器人

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310208192.0
• 申請日: 2013-05-30
• 公開（公告）號: CN103303449A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張明路;劉青松;袁杰;張小俊;錢建華;李滿宏
• 申請（專利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學(xué);中科華核電技術(shù)研究院有限公司
• 主分類號: B63C11/52
• 分類號: B63C11/52;B25J5/00;B25J9/08;B25J19/04
• 代理公司: 天津翰林知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12210
• 代理人: 李濟群

1.一種水下作業(yè)機器人，采用模塊化設(shè)計，其特征在于該機器人主要包括車體模塊、機械手模塊或/和水下攝像機模塊、功能組件模塊以及控制模塊，各模塊之間的機械與電氣完全隔離；?

所述車體模塊主要由六輪六驅(qū)密封車體、車體直流伺服電機、車體電機驅(qū)動器、車體水下超聲傳感器、車體溫度壓力傳感器、水下照明燈、車體防水插頭、車體充氣閥以及車體防輻射鉛板組成，對稱布置于車體內(nèi)部的兩套帶有制動器的車體直流伺服電機，經(jīng)車體錐齒輪與車體后軸連接，分別驅(qū)動車體兩側(cè)用同步帶連接的車輪前后、左右無級變速運動；車體電機驅(qū)動器布置于車體內(nèi)部隔板之上，用于驅(qū)動車體直流伺服電機運動；車體水下超聲傳感器與水下照明燈安裝于車體前側(cè)功能組件模塊儲物盒之下；車體溫度壓力傳感器通過傳感器支架安裝于車體內(nèi)部；車體防水插頭安裝于車體后側(cè)，在車體內(nèi)側(cè)分別與車體電機驅(qū)動器和車體溫度壓力傳感器連接，在車體外側(cè)與零重力電纜連接，實現(xiàn)車體內(nèi)部電器元件與岸上控制模塊的電氣連接；車體充氣閥位于車體后側(cè)左下角；車體防輻射鉛板布置于車體內(nèi)部腔體周圍；

所述的機械手模塊主要由基座、腰部、大臂、小臂以及末端執(zhí)行器組成，其中基座、腰部、大臂、小臂之間依次通過中空關(guān)節(jié)軸連接，機械手內(nèi)部充氣和走線；基座主要由基座箱體、腰部關(guān)節(jié)軸、基座直流伺服電機、基座電機驅(qū)動器、基座溫度壓力傳感器、基座防水插頭、基座充氣閥以及基座防輻射鉛板組成；基座箱體下側(cè)與車體上部機械連接，上側(cè)經(jīng)垂直于基座箱體上平面的中空腰部關(guān)節(jié)軸與腰部連接；基座直流伺服電機布置于基座箱體內(nèi)部，經(jīng)基座錐齒輪與腰部關(guān)節(jié)軸連接，驅(qū)動腰部水平旋轉(zhuǎn)；驅(qū)動機械手各關(guān)節(jié)及末端執(zhí)行器的直流伺服電機的基座電機驅(qū)動器均布置于基座箱體內(nèi)部，位于基座直流伺服電機的兩側(cè)；基座溫度壓力傳感器安裝于基座箱體內(nèi)部基座直流伺服電機之上；基座充氣閥布置于基座箱體后側(cè)左下角；基座防輻射鉛板布置于基座箱體內(nèi)部腔體周圍；腰部的外形前端呈方形，后端為圓柱形，主要由腰部箱體、肩部關(guān)節(jié)軸和腰部直流伺服電機組成，下側(cè)經(jīng)腰部關(guān)節(jié)軸與基座箱體連接，左側(cè)經(jīng)中空肩部關(guān)節(jié)軸與大臂箱體連接，其中兩個中空軸的軸線垂直且共面；帶有制動器的腰部直流伺服電機布置于腰部箱體內(nèi)部，其軸線與腰部箱體中軸線重合，經(jīng)腰部錐齒輪與肩部關(guān)節(jié)軸相連，驅(qū)動大臂俯仰轉(zhuǎn)動；大臂的外形呈圓柱形，主要由大臂箱體、肘部關(guān)節(jié)軸和大臂直流伺服電機組成，前部右側(cè)經(jīng)中空肘部關(guān)節(jié)軸與小臂箱體連接，后部右側(cè)經(jīng)肩部關(guān)節(jié)軸與腰部連接，其中兩個中空軸的軸線平行；帶有制動器的大臂直流伺服電機布置于大臂箱體內(nèi)部，其軸線與大臂箱體中軸線重合，經(jīng)一對大臂錐齒輪與肘部關(guān)節(jié)軸連接，驅(qū)動小臂實現(xiàn)俯仰轉(zhuǎn)動；小臂外形為圓柱形，主要由小臂箱體、腕部套軸外軸、腕部套軸芯軸、末端執(zhí)行器直流伺服電機、腕部直流伺服電機、小臂攝像機和小臂水下超聲傳感器組成，前端經(jīng)軸線與小臂箱體中軸線重合的腕部套軸外軸與末端執(zhí)行器連接，后部左側(cè)經(jīng)肘部關(guān)節(jié)軸與大臂連接，兩軸軸線共面且垂直，與末端執(zhí)行器連接的腕部套軸外軸軸線與腰部箱體中軸線共面；末端執(zhí)行器直流伺服電機、腕部直流伺服電機前后布置于小臂箱體內(nèi)部，其軸線與均小臂箱體中軸線重合，分別經(jīng)聯(lián)軸器和圓柱齒輪與腕部套軸芯軸和腕部套軸外軸連接，驅(qū)動末端執(zhí)行器整體旋轉(zhuǎn)；小臂攝像機通過支架安裝在小臂箱體右側(cè)；小臂水下超聲傳感器通過支架安裝在小臂攝像機旁；末端執(zhí)行器主要為一兩指面手爪，手爪主要由手爪支架、手指、滾珠絲杠、絲杠螺母、套筒、滑套、拉桿和自適應(yīng)粘取末端組成，其中手爪經(jīng)快換機構(gòu)分別實現(xiàn)手爪支架與腕部套軸外軸和滾珠絲杠與腕部套軸芯軸的連接，安裝在滾珠絲杠上的絲杠螺母與滑套相連，滑套與安裝在手爪支架上的套筒相連，手爪支架兩側(cè)分別經(jīng)銷軸連接一個手指，前端安裝有自適應(yīng)粘取末端的兩個拉桿后端與滑套前端連接，且中部與手指中部經(jīng)銷軸連接，腕部套軸芯軸轉(zhuǎn)動帶動滑套移動，進而經(jīng)拉桿帶動手指及自適應(yīng)粘取末端運動，實現(xiàn)手爪的開合及自適應(yīng)粘取末端位姿的調(diào)整，腕部套軸外軸的轉(zhuǎn)動帶動手爪支架旋轉(zhuǎn)，進而實現(xiàn)手指的旋轉(zhuǎn)；

所述的水下攝像機模塊主要由水下攝像機、水下攝像照明燈和二維云臺組成，其中水下攝像機與水下攝像照明燈剛性連接在二維云臺的輸出軸上；

所述的功能組件模塊主要有儲物盒、水下吸塵器和水下切割器；水下吸塵器或/和水下切割器可作為末端執(zhí)行器安裝在機械手上；所述儲物盒可根據(jù)任務(wù)需求安裝于車體設(shè)計位置上；儲物盒由儲物盒框架、盒底和盒蓋組成，盒底經(jīng)螺釘與儲物盒框架連接，盒蓋與儲物盒框架經(jīng)合頁連接，所述儲物盒框架、盒底和盒蓋均采用格柵結(jié)構(gòu)設(shè)計；

所述的控制模塊主要為主控制臺和手控盒，二者均位于陸上，通過零重力電纜與水下作業(yè)機器人主體連接，實現(xiàn)對機器人主體的自動、半自動和手動控制；所述主控制臺內(nèi)控制系統(tǒng)主要包括常規(guī)的電源管理系統(tǒng)、車體運動控制系統(tǒng)、攝像機云臺控制系統(tǒng)、機械手動作控制系統(tǒng)、探測傳感系統(tǒng)、視頻信號采集與處理系統(tǒng)和記錄存儲系統(tǒng)，并在控制面板上顯示相應(yīng)的信息、布置相應(yīng)的動作按鈕；所述手控盒通過數(shù)據(jù)總線的通訊方式與主控制臺共享所有控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對水下作業(yè)機器人主體的控制，其面板上同樣布置相應(yīng)的信息顯示窗口及動作按鈕。