多关节柔性水下机械臂制造技术

本发明专利技术涉及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。末端传感器主要用来检测机械臂位置，实现闭环控制的要求。该种机械臂主要用做深海ROV末端作业工具，相较于典型的6自由度+手爪的结构，具有结构轻巧、质量小以及冗余自由度大的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种水下水下机械臂，具体是一种多关节柔性水下机械臂。
技术介绍
目前，ROV(RemotelyOperatedVechicle)是当前海洋探索研究的主要工具之一。ROV上面的作业工具更是整个系统的重要组成，而作为ROV上面的作业工具，其组成主要包括机械臂以及安装在机械臂上面的末端执行工具。由于深海ROV特殊的工作环境，传统的刚性工业机械臂由于其尺寸结构以及自由度的限制，往往不能完全满足很多工况下ROV的工作要求。多关节柔性水下机械臂优势在于其柔性好、质量小、冗余自由度多，灵活性以及避障性远远强于传统的工业机械臂，因此在深海探测研究中更有明显的优势。机械臂搭载在ROV上到达指定工作区域，配合机械臂末端安装的传感器，机械臂便能自主规划路径完成指定动作。
技术实现思路
本专利技术主要是针对现有技术的不足，提供一种质量轻、体积小、自由度多、灵活性好的多关节柔性水下机械臂。本专利技术技术方案的具体内容如下：本专利技术包括数个由万向节连接而成的关节，末端关节和底座连接在一起，所述的关节包括关节盘和关节筒。所述的关节盘的上表面为平面，下表面铣有圆台，该圆台用于关节盘和关节筒的安装定位，关节盘端面沿中轴线均匀开有3n个通孔，通孔用于安装柔性绳，1≤n≤12。关节盘中间加工为通孔结构。关节盘侧壁均匀开有螺纹孔，用于安装和关节筒连接的螺钉。关节盘上表面沿中性面对称加工有两个耳板，耳板用来安装轴套，轴套和轴向安装在轴套内部的螺钉可以相对运动。所述的关节筒整体结构为薄壁圆筒，端面沿轴线均匀分布3n个通孔，对应关节盘上的孔，用于安装柔性绳。关节筒在两端面侧壁都开有均匀分布的螺纹孔，用于安装与关节盘连接的螺钉。所述的万向节中间开有通孔。万向节四个侧面对应开有螺纹孔，螺纹孔和关节盘耳板里面的轴套通过螺钉连接在一起，螺钉和万向节螺纹连接在一起，没有相对运动。所述的底座的前盖板加工成凸台结构，凸台中间加工出通孔，通孔直径和关节筒外径相同，关节筒刚好能够和该通孔配合，同时电机端引出的钢丝绳能够从通孔出引至各关节。前盖板侧面开有螺纹孔，用于安装前盖板和关节筒连接的螺钉。进一步说，所述的关节和万向节采用浮力材料。本专利技术的有益效果：1.零部件材料采用非常适合水下作业的浮力材料，针对水下作业这一特殊工况，浮力材料的减重特点得到很好的体现。2.水下工作空间狭小，使得该专利技术的高冗余自由度得到充分的发挥，灵活性强、避障性好的特点使得这种结构具有更大的优势。3.相邻关节之间的可转角大，单个关节的工作空间大。4.关节盘端面开有36个通孔，每个关节靠3根柔性绳实现转动，关节可以往上递增，最多可以达到12个关节。附图说明图1是本专利技术的整体结构示意图；图2是关节盘连接的结构示意图；图3a和图3b是关节盘的结构示意图；图4是关节筒的结构示意图；图5是万向节的结构示意图；图6是底座前盖板的结构示意图；图中：1-关节盘，2-关节筒，3-前盖板，4-底座筒，5-后盖板，6-轴套，7-万向节，8-螺钉，9-关节盘侧面孔，10-关节盘耳板，11-关节盘耳板孔，12-关节盘中空孔，13-关节盘通线孔，14-关节筒侧面孔，15-关节筒通线孔，16-关节筒中空孔，17-万向节螺纹孔，18-万向节中空孔，19-前盖板孔，20-前盖板侧面孔，21-前盖板中空孔，22-通线孔台阶，23-柔性绳。具体实施方式以下结合附图对本专利技术作进一步说明。本专利技术中的本体主要有数个相同的关节连接而成，末端关节和底座通过螺钉连接在一起，关节盘1的上表面为平面，下表面部分实体切除形成凹形结构，该种结构有利于关节筒2和关节盘1安装定位，关节盘1端面沿中轴线均匀开有3n(1≤n≤12)个关节盘通线孔13，关节盘通线孔13用于安装柔性绳23。关节盘1中间加工有关节盘中空孔12，其主要用于减轻机械臂的质量。关节盘1侧壁均匀开有4个关节盘侧面孔9，用于安装和关节筒2连接的螺钉。关节盘1上表面沿中性面对称加工有两个关节盘耳板10，关节盘耳板10用来安装轴套6，轴套6和轴向安装在轴套6内部的螺钉8可以相对运动。关节筒2整体结构为薄壁圆筒，中间的关节筒中空孔16主要是用于减轻机械臂质量。端面沿轴线均匀分布3n个关节筒通线孔15，对应关节盘1上的关节盘通线孔13，也是用于安装柔性绳23。同样，关节筒2在两端面侧壁都开有4个均匀分布的关节筒侧面孔14，用于安装连接螺钉。万向节7中间开有万向节中空孔18，主要是用于减轻机械臂的质量。万向节7四个侧面对应开有万向节螺纹孔17，万向节螺纹孔17和关节盘耳板10里面的轴套6通过螺钉8连接在一起，螺钉8和万向节7固接在一起，两者之间没有相对运动。前盖板3加工成凸台结构，凸台中间加工出前盖板中空孔21，前盖板中空孔21直径和关节筒2外径相同，关节筒2刚好能够和前盖板中空孔21配合连接在一起，同时电机端引出的柔性绳23能够从前盖板中空孔21出引至各关节。前盖板3侧面开有6个前盖板侧面孔20，用于安装前盖板3和关节筒2连接的螺钉。前盖板3开有前盖板孔19，其用来安装连接前盖板3和底座筒4的螺钉。本专利技术为多关节柔性水下机械臂，数个关节盘1、关节筒2串联构成该机械臂臂体，机械臂底座由前盖板3、后盖板5以及底座筒4组成，由于电机等零部件本身结构十分紧凑，因此这种拆分式底座结构对电机等零部件安装比较便利。前盖板3和底座筒4、后盖板5和底座筒4之间通过外部螺钉连接固定。工作过程：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。末端传感器主要用来检测机械臂位置，实现闭环控制的要求。实施例：如图1所示，机械臂安装过程中，柔性绳23的安装比较复杂，柔性绳23在安装过程中必须张紧，才能保证不会因为柔性绳23安装过程中的间隙造成控制的精度下降。如图3a和图3b所示，关节盘通线孔13加工出通线孔台阶22所示结构。优点是不但能够避免关节筒2和关节盘1安装时候柔性绳23末端头造成的干涉，同时通线孔台阶22也能保证柔性绳23末端头的固定，从而避免柔性绳23未张紧造成的控制误差。如图3a和图3b、4所示，关节筒2和端面两个关节盘1之间侧面都开有关节盘侧面孔9、关节筒侧面孔14，安装时通过关节盘侧面孔9、关节筒侧面孔14拧入螺钉实现连接。关节盘1的结构如图3a和图3b所示，每个关节盘1上端面都加工有两个对称的关节盘耳板10，关节盘耳板10上都会开有关节盘耳板孔11。关节之间连接如图2所示，轴套6和关节盘耳板孔11过盈连接，关节盘耳板孔11靠近关节盘耳板10内表面加工有台阶，用于轴套6轴向定位。关节盘耳板10中间放入万向节7后，轴套6两侧拧入连接螺钉8，螺钉8和万向节7通过螺纹固连，和轴套6之间存在间隙，利于减轻时轴套6和螺钉8光杆之间摩损。这样便可以实现关节之间两个自由度的转动。相比现有铰接连接形式，本专利技术采用的万向节7加螺钉8的连接结构上更简单灵活，不会出现铰接旋转失灵的情况。该机械臂臂体相较于传统的机械臂，主要优点在于零部件材料采用浮力材料，对于深海ROV末端作业工具，优势十分明显，在材料的机械强度、耐磨性、耐冲击性、耐水解性满足要求的情况下，浮力材料的浮力特性很好的减少了结构本体质量带来的功率损耗，控制比较灵活。该机械本文档来自技高网...

【技术保护点】
多关节柔性水下机械臂，包括数个由万向节连接而成的关节，末端关节和底座连接在一起，其特征在于：所述的关节包括关节盘和关节筒；所述的关节盘的上表面为平面，下表面铣有圆台，该圆台用于关节盘和关节筒的安装定位，关节盘端面沿中轴线均匀开有3n个通孔，通孔用于安装柔性绳，1≤n≤12；关节盘中间加工为通孔结构；关节盘侧壁均匀开有螺纹孔，用于安装和关节筒连接的螺钉；关节盘上表面沿中性面对称加工有两个耳板，耳板用来安装轴套，轴套和轴向安装在轴套内部的螺钉可以相对运动；所述的关节筒整体结构为薄壁圆筒，端面沿轴线均匀分布3n个通孔，对应关节盘上的孔，用于安装柔性绳；关节筒在两端面侧壁都开有均匀分布的螺纹孔，用于安装与关节盘连接的螺钉；所述的万向节中间开有通孔；万向节四个侧面对应开有螺纹孔，螺纹孔和关节盘耳板里面的轴套通过螺钉连接在一起，螺钉和万向节螺纹连接在一起，没有相对运动；所述的底座的前盖板加工成凸台结构，凸台中间加工出通孔，通孔直径和关节筒外径相同，关节筒刚好能够和该通孔配合，同时电机端引出的钢丝绳能够从通孔出引至各关节；前盖板侧面开有螺纹孔，用于安装前盖板和关节筒连接的螺钉。

【技术特征摘要】
1.多关节柔性水下机械臂，包括数个由万向节连接而成的关节，末端关节和底座连接在一起，其特征在于：所述的关节包括关节盘和关节筒；所述的关节盘的上表面为平面，下表面铣有圆台，该圆台用于关节盘和关节筒的安装定位，关节盘端面沿中轴线均匀开有3n个通孔，通孔用于安装柔性绳，1≤n≤12；关节盘中间加工为通孔结构；关节盘侧壁均匀开有螺纹孔，用于安装和关节筒连接的螺钉；关节盘上表面沿中性面对称加工有两个耳板，耳板用来安装轴套，轴套和轴向安装在轴套内部的螺钉可以相对运动；所述的关节筒整体结构为薄壁圆筒，端面沿轴线均匀分布3n个通孔，对应关节盘上的...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋伟，姜红建，王彬，朱世强，李剑鹏，潘洪军，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33