[發(fā)明專利]一種用于水下作業(yè)訓(xùn)練的大型機(jī)械臂

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110430465.0
• 申請(qǐng)日: 2021-04-21
• 公開（公告）號(hào): CN113172612A
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓亮亮;楊健;卓新;張文奇;谷程鵬;王苑;浣上;晁建剛;王衛(wèi)軍;王治易;施飛舟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海宇航系統(tǒng)工程研究所
• 主分類號(hào): B25J9/04
• 分類號(hào): B25J9/04;B25J9/10;B25J9/12;B25J19/00;B25J19/02;B25J19/04
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 臧春喜

本發(fā)明公開了一種用于水下作業(yè)訓(xùn)練的大型機(jī)械臂，包括：水下基座、肩回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、肩俯仰關(guān)節(jié)、肘俯仰關(guān)節(jié)、腕俯仰關(guān)節(jié)、腕偏航關(guān)節(jié)、腕回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、臂桿結(jié)構(gòu)Ⅰ、臂桿結(jié)構(gòu)Ⅱ和末端執(zhí)行器；肩回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、肩俯仰關(guān)節(jié)、臂桿結(jié)構(gòu)Ⅰ、肘俯仰關(guān)節(jié)、臂桿結(jié)構(gòu)Ⅱ、腕俯仰關(guān)節(jié)、腕偏航關(guān)節(jié)、腕回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和末端執(zhí)行器依次連接；肩回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)豎直安裝在水下基座上。本發(fā)明所述的大型機(jī)械臂主要應(yīng)用于中性浮力失重模擬環(huán)境中的空間機(jī)械臂作業(yè)訓(xùn)練，可支持空間機(jī)械臂水下試驗(yàn)?zāi)M驗(yàn)證、水下訓(xùn)練、水下作業(yè)，并可在水下環(huán)境可靠、安全、長期運(yùn)行，具備高冗余度和良好的密封性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于特種機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于水下作業(yè)訓(xùn)練的大型機(jī)械臂。

背景技術(shù)

水下機(jī)械臂是特種環(huán)境機(jī)器人的一類，在水下訓(xùn)練、潛水作業(yè)、深海探測中有所應(yīng)用。水下環(huán)境的特殊性對(duì)多自由度的機(jī)械臂帶來諸多的挑戰(zhàn)，譬如如何克服運(yùn)動(dòng)過程中水的阻力，如何高實(shí)現(xiàn)可靠的流體密封，如何在長期服役中實(shí)現(xiàn)防銹防腐蝕，如果實(shí)現(xiàn)水下高安全性等。

目前，美國航天航天局(NASA)在其中性浮力實(shí)驗(yàn)室(NBL)建造了全尺寸的空間機(jī)械臂(SSMS和SSRMS)的水下機(jī)械臂，用于空間機(jī)械臂的試驗(yàn)和訓(xùn)練任務(wù)，采用了水壓驅(qū)動(dòng)的方式。俄羅斯加加林中心水槽配置了2自由度水下機(jī)械臂，用于航天員水下失重模擬環(huán)境作為訓(xùn)練，采用了手動(dòng)人力操控的驅(qū)動(dòng)方式。目前應(yīng)用于水下探測、抓取作業(yè)的水下機(jī)械臂多為展開長度不超過5米的小型機(jī)械臂系統(tǒng)。據(jù)目前公開資料來看，國內(nèi)還沒有相關(guān)單位開展展開長度超過10米水下大型機(jī)械臂的研制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問題：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于水下作業(yè)訓(xùn)練的大型機(jī)械臂，主要應(yīng)用于中性浮力失重模擬環(huán)境中的空間機(jī)械臂作業(yè)訓(xùn)練，可支持空間機(jī)械臂水下試驗(yàn)?zāi)M驗(yàn)證、水下訓(xùn)練、水下作業(yè)，并可在水下環(huán)境可靠、安全、長期運(yùn)行，具備高冗余度和良好的密封性。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種用于水下作業(yè)訓(xùn)練的大型機(jī)械臂，包括：水下基座、多個(gè)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)、臂桿結(jié)構(gòu)Ⅰ、臂桿結(jié)構(gòu)Ⅱ和末端執(zhí)行器；其中，多個(gè)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，包括：肩回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、肩俯仰關(guān)節(jié)、肘俯仰關(guān)節(jié)、腕俯仰關(guān)節(jié)、腕偏航關(guān)節(jié)和腕回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)；

肩回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、肩俯仰關(guān)節(jié)、臂桿結(jié)構(gòu)Ⅰ、肘俯仰關(guān)節(jié)、臂桿結(jié)構(gòu)Ⅱ、腕俯仰關(guān)節(jié)、腕偏航關(guān)節(jié)、腕回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和末端執(zhí)行器依次連接；其中，肩回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)豎直安裝在水下基座上，肩回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)與肩俯仰關(guān)節(jié)正交設(shè)置，肩俯仰關(guān)節(jié)與臂桿結(jié)構(gòu)Ⅰ正交設(shè)置，臂桿結(jié)構(gòu)Ⅰ與肘俯仰關(guān)節(jié)正交設(shè)置，肘俯仰關(guān)節(jié)與臂桿結(jié)構(gòu)Ⅱ正交設(shè)置，臂桿結(jié)構(gòu)Ⅱ與腕俯仰關(guān)節(jié)正交設(shè)置，腕俯仰關(guān)節(jié)與腕偏航關(guān)節(jié)正交設(shè)置，腕偏航關(guān)節(jié)與腕回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)正交設(shè)置，腕回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)與末端執(zhí)行器同軸設(shè)置。

在上述用于水下作業(yè)訓(xùn)練的大型機(jī)械臂中，還包括：肩部相機(jī)；其中，肩部相機(jī)通過支架安裝在水下基座上。

在上述用于水下作業(yè)訓(xùn)練的大型機(jī)械臂中，還包括：肘部相機(jī)；其中，肘部相機(jī)螺接安裝在肘俯仰關(guān)節(jié)側(cè)面。

在上述用于水下作業(yè)訓(xùn)練的大型機(jī)械臂中，還包括：腕部相機(jī)和末端避障傳感器；其中，腕部相機(jī)和末端避障傳感器螺接安裝在末端執(zhí)行器上。

在上述用于水下作業(yè)訓(xùn)練的大型機(jī)械臂中，各關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)相同，包括：直流無刷伺服電機(jī)、直角行星減速器、齒輪Ⅰ、齒輪Ⅱ、減速器、絕對(duì)位置傳感器、輸出軸、下框蓋、角接觸球軸承、下框體、上框體、上框蓋、控制器、中空軸、中框體、動(dòng)密封結(jié)構(gòu)Ⅰ和電連接器；其中，齒輪Ⅰ的直徑小于齒輪Ⅱ的直徑；

直流無刷伺服電機(jī)集成旋變及抱閘，直流無刷伺服電機(jī)與直角行星減速器連接，再通過齒輪Ⅰ和齒輪Ⅱ?qū)⑿D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳到減速器的輸入端；減速器的輸出端將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳到輸出軸；輸出軸與中框體之間由一對(duì)角接觸球軸承支撐，并通過下框蓋與下框體形成一體結(jié)構(gòu)；下框體與上框體之通過動(dòng)密封結(jié)構(gòu)Ⅰ連接；輸出軸與中空軸連接，絕對(duì)位置傳感器固定在中空軸上；控制器安裝在關(guān)節(jié)輸入端的上框蓋上，電連接器安裝在下框蓋上，控制器與電連接器之間的電纜通過中空軸連接；其中，絕對(duì)位置傳感器用于對(duì)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)角度和位置數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。