自适应并联折叠抓手和水下管道机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种自适应并联折叠抓手和水下管道机器人，属于水下机器人领域，该自适应并联折叠抓手包括两个手爪和将两个手爪连接在一起的并联机构，所述并联机构包括两个机架和至少三根伸缩杆，每根伸缩杆的两端分别通过转轴与两个机架连接，同一个机架上的转轴不全部分布在同一条直线上，所述伸缩杆在转轴处能够以与伸缩杆垂直的方向为轴线旋转；所述两个手爪分别通过旋转电机与所述两个机架连接；每个手爪包括对称分布的两个折叠卡爪和分别控制所述两个折叠卡爪松开和夹紧的两组夹紧气缸，所述折叠卡爪包括能够折叠和展开的多级卡环。本发明专利技术适应于空间中交错分布并且直径不同的圆柱体，能够在空间中交错分布的圆柱体或者类圆柱体上进行爬行。

Adaptive Parallel Folding Grapper and Underwater Pipeline Robot

The invention discloses an adaptive parallel folding grasp and an underwater pipeline robot, belonging to the field of underwater robots. The adaptive parallel folding grasp comprises two claws and a parallel mechanism connecting two claws. The parallel mechanism comprises two frames and at least three telescopic rods. The two ends of each telescopic rod are connected with two frames through a rotating shaft, and the same machine. The rotating axles on the frame are not all distributed in the same straight line, and the telescopic rod can rotate along the axis perpendicular to the telescopic rod; the two grippers are connected with the two frames respectively by rotating motors; each gripper includes two symmetrically distributed folding claws and two groups of clamping cylinders that control the two folding claws to loosen and clamp separately. The claw includes a multi-stage clasp that can be folded and unfolded. The invention is adapted to cylinders with staggered distribution and different diameters in space, and can crawl on cylinders or quasi-cylinders with staggered distribution in space.

【技术实现步骤摘要】
自适应并联折叠抓手和水下管道机器人
本专利技术涉及水下机器人领域，特别是指一种自适应并联折叠抓手和水下管道机器人。
技术介绍
在海上平台底部有大量的圆柱形管道和支撑柱，在建成一段时间之后它们往往会被各种海洋生物和它们的排泄物附着，造成管道的重量发生变化从而影响整个平台的安全性能，需要对管道进行清洗。水下管道机器人(水下清理机器人，爬柱机器人)是一种可沿管道自动行走、携带一种或多种传感器及操作机械，在工作人员的遥控操作或计算机自动控制下进行一系列管道作业的机、电、仪一体化系统。目前的水下清理机器人大多数只针对单一方向的圆柱体或者定直径的圆柱体，但是海上平台的圆柱形柱体在空间中交错分布，并且管径大小不一，因此需要清理机器能够适应管径的变化，以及能够在空间交错分布的管道上进行移动。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种自适应并联折叠抓手和水下管道机器人，本专利技术适应于空间中交错分布并且直径不同的圆柱体，能够在空间中交错分布的圆柱体或者类圆柱体上进行爬行。本专利技术提供技术方案如下：一种自适应并联折叠抓手，包括两个手爪和将两个手爪连接在一起的并联机构，其中：所述并联机构包括两个机架和至少三根伸缩杆，每根伸缩杆的两端分别通过转轴与两个机架连接，同一个机架上的转轴不全部分布在同一条直线上，所述伸缩杆在转轴处能够以与伸缩杆垂直的方向为轴线旋转；所述两个手爪分别通过旋转电机与所述两个机架连接；每个手爪包括对称分布的两个折叠卡爪和分别控制所述两个折叠卡爪松开和夹紧的两组夹紧气缸，所述折叠卡爪包括能够折叠和展开的多级卡环。进一步的，所述多级卡环包括第一级卡环和第二级卡环，所述第一级卡环数量为2个，对称分布在所述第二级卡环的外侧，所述第一级卡环与所述夹紧气缸连接，所述第二级卡环通过第二级连杆和第二级伸缩杆与所述第一级卡环连接，所述第一级卡环上设置有第二级旋转电机，所述第二级旋转电机与所述第二级连杆连接。进一步的，所述多级卡环还包括第三级卡环，所述第二级卡环数量为2个，对称分布在所述第三级卡环的外侧，所述第三级卡环通过第三级连杆和第三级伸缩杆与所述第二级卡环连接，所述第二级卡环上设置有第三级旋转电机，所述第三级旋转电机与所述第三级连杆连接。进一步的，所述第二级伸缩杆包括第二级伸缩气缸和第二级气缸杆，所述第三级伸缩杆包括第三级伸缩气缸和第三级气缸杆。进一步的，所述伸缩杆包括气缸和气缸杆。进一步的，所述转轴处安装有扭力弹簧。进一步的，所述伸缩杆数量为3根，同一个机架上的三个转轴成三角形分布。进一步的，所述旋转电机能够带动所述手爪进行360°旋转。进一步的，所述手爪上设置有用于安装执行器的安装孔。一种水下管道机器人，包括执行器和前述的自适应并联折叠抓手，所述执行器安装在所述手爪上。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的转向与行进采用了旋转电机与二自由度并联机构串联的结构形式，转向方式灵活多变，可以在空间中交错分布的圆柱体上进行移动。并且本专利技术的手爪采用可折叠的机构，可以自适应圆柱直径的变化同时也减小了手爪的体积。附图说明图1为本专利技术的自适应并联折叠抓手的整体结构示意图；图2为并联机构的示意图；图3为手爪折叠状态的示意图；图4为手爪展开状态的示意图；图5为管道异面时自适应并联折叠抓手的状态；图6为管道平行时自适应并联折叠抓手的状态；图7为管道垂直时自适应并联折叠抓手的状态。其中，各部件的编号为：手爪1、并联机构2、机架3、伸缩杆4、转轴5、旋转电机6、折叠卡爪7、夹紧气缸8、第一级卡环9、第二级卡环10、第三级卡环11、第二级连杆12、第二级伸缩杆13、第二级旋转电机14、第三级连杆15、第三级伸缩杆16、第三级旋转电机17、第二级伸缩气缸18、第二级气缸杆19、第三级伸缩气缸20、第三级气缸杆21、气缸22、气缸杆23、扭力弹簧24。具体实施方式为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。一方面，本专利技术实施例提供一种自适应并联折叠抓手，如图1-3所示，包括两个手爪1和将两个手爪1连接在一起的并联机构2，其中：并联机构2包括两个机架3和至少三根伸缩杆4，每根伸缩杆4的两端分别通过转轴5与两个机架3连接，伸缩杆与机架形成转动副，伸缩杆4在转轴5处能够以与伸缩杆4垂直的方向为轴线旋转，同一个机架3上的转轴5不全部分布在同一条直线上；并联机构具有一个前移的自由度和绕与伸缩杆垂直方向旋转的自由度，当每根杆伸缩长度相同时，此机构为平面机构，当多根杆伸缩伸出长度不同时，本机构变为空间并联机构，一个手爪相对于另一个手爪移动到立体空间中。两个手爪1分别通过旋转电机6与两个机架3连接，旋转电机控制手爪旋转；每个手爪1包括对称分布的两个折叠卡爪7和分别控制两个折叠卡爪7松开和夹紧的两组夹紧气缸8，折叠卡爪7包括能够折叠和展开的多级卡环，多级卡环展开时，适应大直径的圆柱体，多级卡环折叠时，适应小直径的圆柱体，根据圆柱体的大小选择多级卡环的展开或折叠级数。本专利技术的自适应并联折叠抓手适应于空间中交错分布并且直径不同的圆柱体，能够在空间中交错分布的圆柱体或者类圆柱体上进行爬行。本专利技术的使用过程如下：首先该自适应并联折叠抓手整体在圆柱体上夹紧，若需要向前移动，则前端手爪的夹紧气缸控制两个折叠卡爪松开，并联机构的多根伸缩杆同时伸出，然后前端手爪的夹紧气缸控制两个折叠卡爪夹紧，后端手爪的夹紧气缸控制两个折叠卡爪松开，并联机构的多根伸缩杆同时缩回，完成自适应并联折叠抓手的前移。若自适应并联折叠抓手需要爬行到空间中另外一根圆柱体，则先让一个手爪松开，然后并联机构的多根伸缩杆不同时伸出或缩回(具体哪根伸缩杆伸出或缩回根据另外一根圆柱体的位置而确定)，使该手爪抬起，并联机构转化为空间并联机构，两个旋转电机控制手爪旋转，与并联机构配合将手爪移动到合适的位置然后夹紧；此时另一手爪松开，通过并联机构与旋转电机的配合移动到与前一手爪相同的位置，完成柱与柱之间的爬行。如图5所示，为管道异面时自适应并联折叠抓手的状态；如图6所示，为管道平行时自适应并联折叠抓手的状态；如图7所示，为管道垂直时自适应并联折叠抓手的状态。若管径发生变化，则多级卡环展开或折叠，根据管径的大小选择展开或折叠状态。综上所述，本专利技术的转向与行进采用了旋转电机与二自由度并联机构串联的结构形式，转向方式灵活多变，可以在空间中交错分布的圆柱体上进行移动。并且本专利技术的手爪采用可折叠的机构，可以自适应圆柱直径的变化同时也减小了手爪的体积。作为本专利技术的一种改进，如图4所示，多级卡环包括第一级卡环9和第二级卡环10，第一级卡环9数量为2个，对称分布在第二级卡环10的外侧，第一级卡环9与夹紧气缸8连接，夹紧气缸与折叠卡爪组成四杆机构，通过夹紧气缸的伸缩带动折叠卡爪整体运动，即控制折叠卡爪整体的松开和夹紧。第二级卡环10通过第二级连杆12和第二级伸缩杆13与第一级卡环9连接，连杆和伸缩杆相互平行，与第一级卡环、第二级卡环共同组成五杆机构，第一级卡环9上设置有第二级旋转电机14，第二级旋转电机14与第二级连杆12的转轴连接，第二级旋转电机带动第二级连杆，与第二级伸缩杆一同控制第二级卡环的展开与折叠。进一步的，如图4所示，多级卡环还包括第三级卡环11，第二级卡环10数量为2个，对称分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自适应并联折叠抓手，其特征在于，包括两个手爪和将两个手爪连接在一起的并联机构，其中：所述并联机构包括两个机架和至少三根伸缩杆，每根伸缩杆的两端分别通过转轴与两个机架连接，同一个机架上的转轴不全部分布在同一条直线上，所述伸缩杆在转轴处能够以与伸缩杆垂直的方向为轴线旋转；所述两个手爪分别通过旋转电机与所述两个机架连接；每个手爪包括对称分布的两个折叠卡爪和分别控制所述两个折叠卡爪松开和夹紧的两组夹紧气缸，所述折叠卡爪包括能够折叠和展开的多级卡环。

【技术特征摘要】
1.一种自适应并联折叠抓手，其特征在于，包括两个手爪和将两个手爪连接在一起的并联机构，其中：所述并联机构包括两个机架和至少三根伸缩杆，每根伸缩杆的两端分别通过转轴与两个机架连接，同一个机架上的转轴不全部分布在同一条直线上，所述伸缩杆在转轴处能够以与伸缩杆垂直的方向为轴线旋转；所述两个手爪分别通过旋转电机与所述两个机架连接；每个手爪包括对称分布的两个折叠卡爪和分别控制所述两个折叠卡爪松开和夹紧的两组夹紧气缸，所述折叠卡爪包括能够折叠和展开的多级卡环。2.根据权利要求1所述的自适应并联折叠抓手，其特征在于，所述多级卡环包括第一级卡环和第二级卡环，所述第一级卡环数量为2个，对称分布在所述第二级卡环的外侧，所述第一级卡环与所述夹紧气缸连接，所述第二级卡环通过第二级连杆和第二级伸缩杆与所述第一级卡环连接，所述第一级卡环上设置有第二级旋转电机，所述第二级旋转电机与所述第二级连杆连接。3.根据权利要求2所述的自适应并联折叠抓手，其特征在于，所述多级卡环还包括第三级卡环，所述第二级卡环数量为2个，对称分布在所述第三级卡...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈原，徐文龙，姜媛，闫银坡，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37