一种管径自适应卡爪和管径自适应式水下定点作业装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种管径自适应卡爪和管径自适应式水下定点作业装置，该水下定点作业装置包括控制机构、水平推进器组、垂直推进器组、作业机构和管径自适应卡爪；该管径自适应卡爪包括多个卡爪单元；这些卡爪单元分为两列，且彼此相向交叉排布；每一卡爪单元包括近端指节、中端指节和末端指节；当卡爪机构闭合时，近端指节最先与管道接触，末端指节最后与管道接触；当卡爪机构张开时，末端指节最先离开管道，近端指节最后离开管道。本发明专利技术的管径自适应式卡爪可以适应不同的管径且抱紧力强，而且该卡爪与推进器配合，可以实现整体装置绕被作业管道的转动，不需要额外的控制信号，符合管径自适应、定点作业、作业对象广的要求。

A self-adaptive claw for pipe diameter and a self-adaptive underwater fixed-point operation device for pipe diameter

【技术实现步骤摘要】
一种管径自适应卡爪和管径自适应式水下定点作业装置
本专利技术涉及水下作业装置
，具体来说涉及一种管径自适应卡爪和管径自适应式水下定点作业装置。
技术介绍
随着海洋资源的开发与利用，人类所需的水下作业逐渐增多，作业环境变的逐渐复杂，作业难度也随之增大，同时我国是一个海洋运输和水利建设大国，大量的海洋设施需要定期清洗或进行安全性能检查，目前的水下作业一般由潜水员携带作业装置完成，不仅作业成本高，而且生命安全难以保证，因此需要一种集修复和清洗于一身的水下作业装置。专利文献CN107781509A公开了一种坐管式水下作业装置，该装置采用控制刹车爪抱紧管道外壁，使整个装置停留在预定位置附近，但所述刹车爪为单关节机构，与管道表面接触点相对于多关节较少，故所提供的环向锁紧力有限，而且对于直径不同的管道适应性较差，难以适用于管径多变的作业场合。专利文献CN109094761B公开了一种螺旋桨水下清洗装置，该装置在清洗装置上设有缓冲机构，通过推进器推力使清洗装置贴合在桨叶表面，但水下作业存在水流扰动，该装置难以实现在桨叶复杂表面稳定定位，难以保证清洗效果。专利文献CN103071914B公开了一种全液压驱动可重构数控摩擦叠焊机水下作业装置，在弧形机架两端设有环向移动滚轮导轨，使得焊接装置可以沿管道外壁环向移动，但由于弧形导轨长度固定不变，焊接装置难以做圆周运动，作业范围有限，难以实现全管径的焊接要求。
技术实现思路
专利技术目的：为克服现有技术的缺陷，本专利技术一方面提供一种管径自适应卡爪，另一方面提供一种管径自适应式水下定点作业装置，以符合管径自适应、定点作业、作业对象广的要求。技术方案：本专利技术的管径自适应卡爪包括：底板和多个卡爪单元；多个卡爪单元分为两列，且两列中的卡爪单元彼此相向交叉排布；每一卡爪单元包括底座、近端指节、中端指节和末端指节；底座固定连接在底板下表面；近端指节与底座之间通过第一关节转轴相连、中端指节与近端指节之间通过第二关节转轴相连、末端指节与中端指节之间通过第三关节转轴相连；当卡爪机构闭合时，近端指节最先与管道接触，末端指节最后与管道接触，当卡爪机构张开时，末端指节最先离开管道，近端指节最后离开管道。进一步地，每一卡爪单元中，第一、第二和第三关节转轴上各自设有间隔布置的两个大轮和位于两个大轮之间的扭簧；近端指节、中端指节和末端指节各自包括间隔布置的两块指板；近端指节和中端指节的两块指板之间各自架设有偶数根丝杆，末端指节的两块指板之间架设有一或多根丝杆；近端指节或中端指节内的偶数根丝杆分两行排列且均固定安装有导轮，一行靠近对应指节的外侧，另一行靠近对应指节的内侧，两行丝杆沿所在指节两端的关节转轴连线呈对称分布；每一卡爪单元还包括卡爪电动推杆、复位弹簧、闭合驱动绳索和张开驱动绳索；卡爪电动推杆和复位弹簧各自具有固定端和活动端；闭合驱动绳索的一端与卡爪电动推杆的活动端相连，另一端绕过各关节转轴一侧的大轮和靠近指节内侧的丝杆上的导轮后，最终固定在末端指节内；张开驱动绳索的一端与复位弹簧的活动端相连，另一端绕过各关节转轴另一侧的大轮和各指节中靠近指节外侧的丝杆上的导轮后，固定在末端指节内；闭合驱动绳索每次从卡爪外侧绕过对应大轮，并从卡爪内侧绕过对应丝杆上的导轮；张开驱动绳索每次从卡爪内侧绕过对应大轮，并从卡爪外侧绕过对应丝杆上的导轮。进一步地，在各关节转轴上的扭簧中，第三关节转轴上的扭簧的弹性系数最大，第一关节转轴上的扭簧的弹性系数最小，第二关节转轴上的扭簧的弹性系数介于两者之间。进一步地，卡爪电动推杆位于底板上方且沿底板的中心线水平设置，卡爪电动推杆的固定端具有与底板固定连接的基座；底板上还设有一或多个水平导向轮和一或多个垂向导向轮；每一卡爪单元的闭合驱动绳索经由对应底座和底板上的开孔到达底板上方后，先经由对应的水平导向轮导向，再经由一或多个垂向导向轮导向后，与卡爪电动推杆的活动端连接。进一步地，每一卡爪单元还包括张紧拉簧；卡爪电动推杆的活动端通过张紧拉簧与各卡爪单元的闭合驱动绳索相连。进一步地，底座、近端指节和末端指节上还设有限位螺钉，以分别限制近端指节、中端指节和末端指节的相对位置。本专利技术的管径自适应式水下定点作业装置包括上述管径自适应卡爪，还包括控制机构和作业机构；控制机构包括电子舱、电力舱、水平推进器组、垂直推进器组、摄像机与照明灯；电子舱用于在后台计算机控制系统的操控下控制电力舱，以分别对水平推进器组、垂直推进器组、作业机构和管径自适应卡爪进行驱动；摄像机将拍摄的图像信号发送至电力舱，以传送回后台计算机控制系统；水平推进器组和垂直推进器组用于使水下定点作业装置运动到指定位置；作业机构包括机械手、夹紧器和喷管；夹紧器固定在机械手末端，用于夹持喷管；机械手在电力舱的驱动下带动喷管移动，以对管道进行清洗。进一步地，上述管径自适应式水下定点作业装置还包括还包括左侧板、右侧板，顶板和中板，以及由金属材料制成的承重型材；其中，顶板、中板和底板设置在左侧板和右侧板之间；承重型材设置在顶板下方，且通过螺栓分别与左侧板和右侧板固定连接；承重型材上还设有吊环；水平推进器组包括左前推进器、左后推进器、右前推进器和右后推进器，四个推进器各自通过扎带固定在中板的四个角上，且各自与所在角的两边呈度布置；垂直推进器组包括两个对称布置在底板下方的垂直推进器；电力舱和电子舱分别设于底板上方的左右两端；摄像机与照明灯固定安装在中板下方；作业机构固定安装在中板上方；管径自适应卡爪设于底板下方。进一步地，左侧板、右侧板，顶板、中板和底板由聚丙烯材料制成；承重型材由金属材料制成。进一步地，机械手包括固定在中板上的二维移动台、两个间隔设置的立板、两个间隔设置的臂板、手臂电动推杆、第一转轴、第二转轴和第三转轴；两个立板的底端固定在二维移动台的二维移动台面上，第二转轴固定架设在两个立板之间且靠近两个立板的顶部；两个臂板的首端通过第一转轴分别与两个立板连接，第一转轴靠近对应立板的侧部；第三转轴固定架设在两个壁板的末端之间；在两个立板与两个臂板之间设有手臂电动推杆，手臂电动推杆的底部和头部分别与第二转轴和第三转轴连接；当手臂电动推杆伸长时，两个壁板分别绕第一转轴向下转动，当手臂电动推杆缩短时，两个壁板分别绕第一转轴向上抬起；两个臂板末端与夹紧器固定连接。有益效果：本专利技术与现有技术相比，其优点为：1、由于采用三自由度机械手，可以分别实现左右、前后以及仰俯动作，通过上位机控制，使机械手协调动作，确保作业路径覆盖作业对象整体轮廓，此外，机械手的末端执行装置可以根据作业要求及时更换，方便快捷。2、采用基于腱-滑轮转动原理的变体传动方式，能够保持较好的欠驱动适应性，由于卡爪为多指节结构，可以适用于抓取不同直径的圆周物体，同时多指节同时抓取物体时，可以增加卡爪与物体的接触点，保证一定的夹紧力。此外本专利技术专利的四个欠驱动卡爪，使用一个卡爪电动推杆拖拽绳索以驱动卡爪闭合，节省驱动元件，减小卡爪尺寸，减轻整体的重量。3、四个呈45度布置的水平推进器，在水平面内通过上位机的控制，经本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种管径自适应卡爪(4)，其特征在于，包括：底板(16)和多个卡爪单元；所述多个卡爪单元分为两列，且两列中的卡爪单元彼此相向交叉排布；每一卡爪单元包括底座(4101)、近端指节(4102)、中端指节(4103)和末端指节(4104)；所述底座固定连接在所述底板(16)下表面；近端指节(4102)与底座(4101)之间通过第一关节转轴(4108)相连、中端指节(4103)与近端指节(4102)之间通过第二关节转轴(4109)相连、末端指节(4104)与中端指节(4103)之间通过第三关节转轴(4110)相连；当所述卡爪机构闭合时，近端指节(4102)最先与管道(5)接触，末端指节(4104)最后与管道(5)接触，当所述卡爪机构张开时，末端指节(4104)最先离开管道(5)，近端指节(4102)最后离开管道(5)。/n

【技术特征摘要】
1.一种管径自适应卡爪(4)，其特征在于，包括：底板(16)和多个卡爪单元；所述多个卡爪单元分为两列，且两列中的卡爪单元彼此相向交叉排布；每一卡爪单元包括底座(4101)、近端指节(4102)、中端指节(4103)和末端指节(4104)；所述底座固定连接在所述底板(16)下表面；近端指节(4102)与底座(4101)之间通过第一关节转轴(4108)相连、中端指节(4103)与近端指节(4102)之间通过第二关节转轴(4109)相连、末端指节(4104)与中端指节(4103)之间通过第三关节转轴(4110)相连；当所述卡爪机构闭合时，近端指节(4102)最先与管道(5)接触，末端指节(4104)最后与管道(5)接触，当所述卡爪机构张开时，末端指节(4104)最先离开管道(5)，近端指节(4102)最后离开管道(5)。


2.根据权利要求1所述的管径自适应卡爪(4)，其特征在于，每一卡爪单元中，第一、第二和第三关节转轴上各自设有间隔布置的两个大轮和位于两个大轮之间的扭簧(4124，4123，4122)；所述近端指节(4102)、所述中端指节(4103)和所述末端指节(4103)各自包括间隔布置的两块指板；所述近端指节(4102)和所述中端指节(4103)的两块指板之间各自架设有偶数根丝杆，末端指节(4103)的两块指板之间架设有一或多根丝杆；近端指节(4102)或中端指节(4103)内的所述偶数根丝杆分两行排列且均固定安装有导轮，一行靠近对应指节的外侧，另一行靠近对应指节的内侧，两行丝杆沿所在指节两端的关节转轴连线呈对称分布；
每一卡爪单元还包括卡爪电动推杆(45)、复位弹簧(4125)、闭合驱动绳索和张开驱动绳索；所述卡爪电动推杆(45)和所述复位弹簧(4125)各自具有固定端和活动端；所述闭合驱动绳索的一端与所述卡爪电动推杆(45)的活动端相连，另一端绕过各关节转轴一侧的大轮和靠近指节内侧的丝杆上的导轮后，最终固定在所述末端指节(4104)内；所述张开驱动绳索的一端与所述复位弹簧(4125)的活动端相连，另一端绕过各关节转轴另一侧的大轮和各指节中靠近指节外侧的丝杆上的导轮后，固定在所述末端指节(4104)内；所述闭合驱动绳索每次从卡爪外侧绕过对应大轮，并从卡爪内侧绕过对应丝杆上的导轮；所述张开驱动绳索每次从卡爪内侧绕过对应大轮，并从卡爪外侧绕过对应丝杆上的导轮。


3.根据权利要求2所述的管径自适应卡爪(4)，其特征在于，在各关节转轴上的扭簧中，所述第三关节转轴上的扭簧的弹性系数最大，所述第一关节转轴上的扭簧的弹性系数最小，所述第二关节转轴上的扭簧的弹性系数介于两者之间。


4.根据权利要求2所述的管径自适应卡爪(4)，其特征在于，所述卡爪电动推杆(45)位于所述底板(16)上方且沿所述底板(16)的中心线水平设置，所述卡爪电动推杆(45)的固定端具有与所述底板(16)固定连接的基座(44)；所述底板(16)上还设有一或多个水平导向轮(43)和一或多个垂向导向轮(42)；每一卡爪单元的闭合驱动绳索经由对应底座(4101)和底板(16)上的开孔到达底板(16)上方后，先经由对应的水平导向轮(43)导向，再经由一或多个垂向导向轮(42)导向后，与所述卡爪电动推杆(45)的活动端连接。


5.根据权利要求2所述的管径自适应卡爪(4)，其特征在于，每一卡爪单元还包括张紧拉簧(48)；所述卡爪电动推杆(45)的活动端通过所述张紧拉簧(48)与各卡爪单元的闭合驱动绳索相连。


6.根据权利要求2所述的管径自适应卡爪(4)，其特征在于，所述底座(4101)、近端指节(4102)和末...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷宝吉，朱华伦，戴名强，唐文献，张建，周佳惠，成诗豪，王子威，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32