基于混合传动的水下机械臂制造技术

本实用新型专利技术属于水下机械臂领域，具体涉及一种基于混合传动的水下机械臂。为了降低水下环境因素对水下机械臂的动作精度和灵活性的影响，本实用新型专利技术的水下机械臂包括驱动单元和臂组件，臂组件包括前臂和后臂，前臂的输出末端连接有操作单元，机械臂还包括第一传动单元和第二传动单元，驱动单元通过自重较小的第一传动单元与前臂和操作单元连接，驱动单元通过自重较大而传动精度较高的第二传动单元与后臂连接，通过第一传动单元和第二传动单元的组合，减小了机械臂的整体质量，从而减小了惯性对机械臂运动的精度和灵活性的影响，而机械臂后端使用高精度的第二传动单元，减小了运动误差的累计，保证了机械臂前端操作单元的运动精度。

【技术实现步骤摘要】
基于混合传动的水下机械臂
本技术属于水下机器人领域，具体涉及一种基于混合传动的水下机械臂。
技术介绍
在海洋探索研究中，水下机器人是必不可少的工具之一，水下机器人配置的水下机械臂作为执行单元，主要用于完成水下资源收集、样本采集等工作。考虑到水下工作的环境因素，为了可靠、高效地完成水下的工作，对水下机械臂的动作精度和灵活性均有较高的要求。目前大多数的水下机械臂的各关节均采用单一传动结构的设计，对水下环境因素对机械臂动作精度和灵活性的考虑不够全面。如公开号为106393172A的专利申请公开了一种多关节柔性水下作业机械臂，该机械臂的结构主要由几个重复的手臂关节单元、用于安装手臂的底座、臂体末端的手爪以及末端传感器等组成。安装在底座的电机驱动柔性绳，通过改变柔性绳的长度来实现对机械臂臂体偏转、俯仰运动的控制，臂体到达指定位置后，手爪张合来实现对目标物的抓取。可以看出，在该专利申请中，是通过驱动柔性绳来控制所有的手臂关节单元。柔性绳传动结构质量轻小，能够提高机械臂的动作灵活性，但是传动精度较低。又如公开号为104084947A的专利申请公开了一种七功能水下机械臂系统，该系统包括手爪、腕、第一-第五关节，第一关节包括底座、第一液压缸，第二关节包括第一连杆、第二液压缸，第三关节包括第二连杆、第三液压缸，第四关节包括第三连杆、第四液压缸，第五关节包括第四连杆、第五液压缸；手爪包括腕前端、第一指端-第二指端、第一-第二主连杆、第一-第二辅助连杆、第六液压缸，腕包括连接件、旋转马达、第五连接杆。可以看出，在该专利申请中，所有关节处均采用液压驱动，需另置液压泵进行动力油的供给，并且在传动单元末端需要用液压缸将压力能转换为机械能，增大了机械臂各关节处的质量，尤其是机械臂末端的质量，从而降低了机械臂的动作灵活性。相应地，本领域需要一种新的技术方案来解决上述问题。
技术实现思路
为了解决现有技术中的上述问题，即为了降低水下环境因素对水下机械臂的动作精度和灵活性的影响，本技术提供了一种基于混合传动的水下机械臂，所述水下机械臂包括驱动单元和臂组件，所述臂组件包括前臂和后臂，所述前臂的输出末端连接有操作单元，所述水下机械臂还包括第一传动单元和第二传动单元，所述驱动单元通过所述第一传动单元与所述前臂和所述操作单元连接，所述驱动单元通过所述第二传动单元与所述后臂连接，其中，所述第一传动单元的自重小于所述第二传动单元。在上述水下机械臂的优选技术方案中，所述臂组件还包括中臂，所述中臂连接于所述前臂和所述后臂之间，所述水下机械臂还包括第三传动单元，所述驱动单元通过所述第三传动单元与所述中臂连接，其中，所述第一传动单元的自重小于所述第三传动单元。在上述水下机械臂的优选技术方案中，所述前臂、所述中臂以及所述后臂中的一个或者多个设置成中空结构。在上述水下机械臂的优选技术方案中，所述前臂、所述中臂以及所述后臂均设置成中空结构且满足各自的重力等于其在水中的浮力。在上述水下机械臂的优选技术方案中，所述第一传动单元包括多个线传动机构；所述第二传动单元为涡轮蜗杆传动机构；所述第三传动单元包括两组锥齿轮副，且两组锥齿轮副之间通过贯穿于所述后臂的传动杆相连接。在上述水下机械臂的优选技术方案中，所述水下机械臂包括防水单元，所述防水单元包括防水器皿，所述驱动单元固定于所述防水器皿内，所述防水器皿以可旋转的方式与水下机器人的主体相连接。在上述水下机械臂的优选技术方案中，所述水下机械臂包括基座，所述基座固定于所述水下机器人的主体，所述防水器皿以可旋转的方式与所述基座相连接。在上述水下机械臂的优选技术方案中，所述防水器皿通过转轴与所述基座连接，所述基座上固定有与所述转轴同轴的防水器皿从动齿轮，所述防水器皿上设置有与所述防水器皿从动齿轮啮合的防水器皿主动齿轮，所述防水器皿主动齿轮与所述防水器皿以可旋转的方式连接。在上述水下机械臂的优选技术方案中，所述水下机械臂还包括控制单元，所述控制单元用于与上位机通讯以控制所述驱动单元驱动所述防水器皿、所述臂组件以及所述操作单元以控制其运动姿态，其中，所述控制单元设置于所述防水器皿内。在上述水下机械臂的优选技术方案中，所述水下机械臂还包括电源单元，所述电源单元用于向所述控制单元以及所述驱动单元提供电能，其中，所述电源单元设置于所述防水器皿内。本领域技术人员可以理解的是，在本技术的技术方案中，水下机械臂包括驱动单元和臂组件，臂组件包括前臂和后臂，前臂的输出末端连接有操作单元，水下机械臂还包括第一传动单元和第二传动单元，驱动单元通过第一传动单元与前臂和操作单元连接，驱动单元通过第二传动单元与后臂连接，其中，第一传动单元的自重小于第二传动单元。本技术通过混合传动的方式，将重量较小的第一驱动单元用于前臂和操作单元的传动，减小了水下机械臂前端的重量，从而减小了水下机械臂运动过程中自身惯性对水下机械臂动作精度和灵活性的影响。优选地，可以将第二传动单元的传动精度设置成高于第一传动单元的形式。这样，通过将重量较大而精度较高的第二驱动单元用于后臂传动，保证后臂的传动精度，降低了运动累计误差对操作单元的动作精度的影响，从而提高了水下机械臂的动作精度和灵活性。在本技术的优选技术方案中，臂组件还包括连接于前臂和后臂之间的中臂，前臂、中臂和后臂设置成中空结构且满足各自的重力等于其在水中的浮力。通过这样的设置，基本消除了水下机械臂在水下作业时重力和浮力的作用对其动作灵活性的影响，因此进一步地提高了机械臂水下作业时的动作精度和灵活性。此外，水下机械臂的驱动单元、控制单元和电源单元均设置于防水器皿中，防水器皿枢转地设置于水下机器人的主体。通过将上述部件集中于防水器皿内，实现了水下机械臂的模块化设计，从而能够将水下机械臂安装于各种水下机器的主体进行相应的水下作业。附图说明下面参照附图并结合一种五自由度的水下机械臂来描述本技术的优选实施方式，附图中：图1是本技术一种实施例的水下机械臂在方位一的结构示意图；图2是本技术一种实施例的水下机械臂局部剖视的结构示意图；图3是本技术一种实施例的水下机械臂在方位二的结构示意图；图4是本技术一种实施例的水下机械臂在方位二的局部内部结构示意图；图5是图4中局部A的放大图；图6是本技术一种实施例的水下机械臂的局部结构示意图；图7是图6中局部B的放大图；图8是本技术一种实施例的水下机械臂中臂与前臂连接部位的局部示意图；图9是本技术一种实施例的水下机械臂机械手的结构示意图一；图10是本技术一种实施例的水下机械臂机械手的结构示意图二；图11是本技术一种实施例的水下机械臂机械手的结构示意图三。附图标记列表：1.1、防水器皿；1.2、防水器皿转轴；1.3、基座圈；1.4、基座盖；1.5、电机座；1.6、顶盖；1.7、防水器皿电机；1.8、防水器皿主动齿轮；1.9、防水器皿从动齿轮；2.1、后臂；2.2、后臂第一连接端；2.3、后臂第二连接端；2.4、后臂转轴；2.5、后臂转轴支座；2.6、后臂电机；2.7、后臂主动蜗杆；2.8、后臂从动涡轮；2.9、齿轮防护罩；2.10、后臂关节防水帘；2.11、涡轮蜗杆防护罩；3.1、中臂；3.2、中臂第一连接端；3.3、中臂第二连接端；3.4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于混合传动的水下机械臂，其特征在于，所述水下机械臂包括驱动单元和臂组件，所述臂组件包括前臂和后臂，所述前臂的输出末端连接有操作单元，所述水下机械臂还包括第一传动单元和第二传动单元，所述驱动单元通过所述第一传动单元与所述前臂和所述操作单元连接，所述驱动单元通过所述第二传动单元与所述后臂连接，其中，所述第一传动单元的自重小于所述第二传动单元。

【技术特征摘要】
1.一种基于混合传动的水下机械臂，其特征在于，所述水下机械臂包括驱动单元和臂组件，所述臂组件包括前臂和后臂，所述前臂的输出末端连接有操作单元，所述水下机械臂还包括第一传动单元和第二传动单元，所述驱动单元通过所述第一传动单元与所述前臂和所述操作单元连接，所述驱动单元通过所述第二传动单元与所述后臂连接，其中，所述第一传动单元的自重小于所述第二传动单元。2.根据权利要求1所述的水下机械臂，其特征在于，所述臂组件还包括中臂，所述中臂连接于所述前臂和所述后臂之间，所述水下机械臂还包括第三传动单元，所述驱动单元通过所述第三传动单元与所述中臂连接，其中，所述第一传动单元的自重小于所述第三传动单元。3.根据权利要求2所述的水下机械臂，其特征在于，所述前臂、所述中臂以及所述后臂中的一个或者多个设置成中空结构。4.根据权利要求3所述的水下机械臂，其特征在于，所述前臂、所述中臂以及所述后臂均设置成中空结构且满足各自的重力等于其在水中的浮力。5.根据权利要求4所述的水下机械臂，其特征在于，所述第一传动单元包括多个线传动机构；所述第二传动单元为涡轮蜗杆传动机构；所述第三传动单元包括两组锥齿轮副，且两组锥齿轮副之间通过贯穿于所述后臂的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宇，王硕，马睿宸，唐冲，王睿，叶子凡，谭民，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：新型
国别省市：北京,11