[發明專利]一種主動控制恒張力的三連桿式船用自抓放機械臂裝置

有效

• 申請號: 202011243396.4
• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號: CN112276958B
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 孫明曉;王萬鵬;欒添添;胡占永;謝春旺;王涵旭;王皓;馬爽
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J18/00;B25J19/04;B63B23/00
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1.一種主動控制恒張力的三連桿式船用自抓放機械臂裝置，包括底座、平衡平臺、左平衡臂、右平衡臂、張力傳感器、連桿一、連桿二、連桿三、左輔助平衡臂、右輔助平衡臂、主吊索、左平衡索、右平衡索、左輔助平衡索、右輔助平衡索、視覺傳感器、吊環、抓鉤、PLC控制箱，左平衡臂和右平衡臂分別用左平衡索和右平衡索與抓鉤上的吊環相連，左輔助平衡臂和右輔助平衡臂分別用左輔助平衡索和右輔助平衡索與抓鉤上的吊環相連，一種主動控制恒張力的三連桿式船用自抓放機械臂裝置，其特征是：

(1)一種主動控制恒張力的三連桿式船用自抓放機械臂裝置，所選用的三連桿式機械臂具有多個自由度，相比于人工操作的船用起重機，可以自動抓取收放底座附近的魚雷、潛航器、小艇，抓取收放范圍比人工操作的船用起重機更大且不需要人工二次搬運；

(2)平衡平臺上左右完全對稱的位置放置左平衡臂和右平衡臂、兩個張力傳感器，連桿三上左右完全對稱的位置放置左輔助平衡臂和右輔助平衡臂，連桿三另外安裝三個張力傳感器，左平衡臂、右平衡臂、左輔助平衡臂、右輔助平衡臂分別用左平衡索、右平衡索、左輔助平衡索、右輔助平衡索與抓鉤兩側的吊環相連，左平衡臂、右平衡臂、左輔助平衡臂、右輔助平衡臂通過左平衡索、右平衡索、左輔助平衡索、右輔助平衡索提供四個方向的張力，目的是為了提供與海風、海浪相平衡的力，使抓鉤達到靜平衡狀態，進而使得抓鉤在空間內任意方向的運動都受到阻礙，從而達到減搖功能；

當左、右平衡索未失效，仍能為抓鉤和被吊物提供張力時，此時抓鉤和被吊物受到海風、海浪對抓鉤和被吊物的干擾力向運載器外部的海面一側運動時，抓鉤和被吊物的靜平衡狀態方程為：

式中：G_A為抓鉤及被吊物自身的重力；|F_I|為左平衡索張力的模，|F_II|為右平衡索張力的模；|F_III|為左輔助平衡索張力的模；|F_IV|為右輔助平衡索張力的模；|F_m|為主吊索張力的模；|F_r|為海風、海浪對抓鉤和被吊物的干擾力的模，F_I與x,y,z軸正方向的夾角分別為θ_1x，θ_1y，θ_1z；F_II與x,y,z軸正方向的夾角分別為θ_2x，θ_2y，θ_2z；F_III與x,y,z軸正方向的夾角分別為θ_3x，θ_3y，θ_3z；F_IV與x,y,z軸正方向的夾角分別為θ_4x，θ_4y，θ_4z；F_m與x,y,z軸正方向的夾角分別為F_r與x,y,z軸正方向的夾角分別為α_x，α_y，α_z；

當左、右平衡索失效，不能為抓鉤和被吊物提供張力時,即|F_I|＝|F_II|＝0，此時抓鉤和被吊物受到海風、海浪對抓鉤和被吊物的干擾力向主動控制恒張力的三連桿式船用自抓放機械臂裝置主體一側運動時，此時抓鉤和被吊物靜平衡狀態方程為：

(3)起吊開始時主吊索的張力傳感器采集到的主吊索所受張力，將信號傳給PLC控制箱內的PLC控制器，PLC控制器接收到信號開始執行主動控制恒張力模式，左平衡臂、右平衡臂、左輔助平衡臂、右輔助平衡臂都裝有張力傳感器可實時采集張力數值，將采集到張力值與實際張力值進行比較，得到張力偏差信號，將張力偏差信號傳給PLC控制器，由PLC控制器控制左右位置對稱的左平衡臂和右平衡臂、左輔助平衡臂和右輔助平衡臂的張開角度，進而改變通過左平衡索、右平衡索、左輔助平衡索、右輔助平衡索所產生的張力的大小，使抓鉤在起吊過程中始終保持恒張力狀態，進而使得抓鉤在空間內任意方向的運動都受到阻礙，從而達到減搖功能；

(4)視覺傳感器開始采集目標信息，并判斷起吊的物體是否為被吊物，如果判斷起吊的物體是被吊物，則將被吊物的位置信息一并傳給PLC控制箱內的PLC控制器，PLC控制器將開始進行視覺自動抓取收放模式，此時PLC控制器控制連桿一轉動，連桿一的轉動進而連桿二開始傳動，連桿二的傳動進而使連桿三傳動到被吊物所在位置，PLC控制器控制抓鉤放下，抓住被吊物，完成自動抓取收放工作，而且視覺傳感器隨著抓鉤一起運動，視角范圍一直都會在抓鉤的周圍，不會存在視覺盲區，相比于人工操作船用起重機的吊鉤，采用裝有視覺傳感器的抓鉤可以實現自動抓取收放魚雷、潛航器、小艇。