一种面向水下作业的刚性约束多自由度柔性机械手制造技术

一种面向水下作业的刚性约束多自由度柔性机械手，其特征是，该机械手包括：手指、弯曲手臂、旋转手臂、通气管、气泵，所述弯曲手臂、旋转手臂、手指均为硅橡胶材质制成的圆柱体状，其内部分别设有腔道，所述弯曲手臂的两端分别与旋转手臂、手指采用硅橡胶固化连接，所述气泵通过通气管分别与旋转手臂内的腔道、弯曲手臂内的腔道、手指内的腔道连通，以通过气压使弯曲手臂、旋转手臂、手指发生形变而对目标进行抓取。本实用新型专利技术在使用时，通过气泵给各个腔道通入高压气体，通过旋转手臂、弯曲手臂和手指的运动组合实现多自由度空间精确无伤抓取水下生物样本。

A rigid constrained multi DOF flexible manipulator for underwater operation

【技术实现步骤摘要】
一种面向水下作业的刚性约束多自由度柔性机械手
本技术涉及水下作业领域，具体涉及一种面向水下作业的刚性约束多自由度柔性机械手。
技术介绍
地球上海洋的覆盖率是70.8%，因此海洋中存在丰富的资源。近年来，随着社会的发展，陆地资源已经不能满足人们的需求，人们开始对深海进行资源的开发和利用。深海中存在很多生物资源可以利用，但面对恶劣的深海环境，海水具有腐蚀性，普通机械结构机械手存在使用寿命短，成本高昂，报废率高等问题。例如：2016年，广西大学申请了一种可控可调高稳固深海抓取手（中国专利公告号：CN205272027U），既能适应小物件的抓取，又能适应大物件的抓取，具有较高的可控性，能够满足深海复杂环境下抓取物件的需求。但是该机构复杂且会对被抓物件的表面会造成损伤。2017年，刘奕睿专利技术了一种海洋生物抓取设备（中国专利公告号：CN206101359U），包括水上监控操作平台和水下抓取机构，所述水下抓取机构包括金属捕捞网，通过水上监控到水下实时画面，实现自动智能抓捕操作，且保护生物安全。此装置只能实现定向的抓取，尚未实现精细操作。而采用硅橡胶类软材质的机械手，同样可以完成抓取的动作，还可以降低了成本。使用硅橡胶这类软材质的机械手抓取水下生物样本，软材质机械手造成的损伤更小。例如：2016年，华东交通大学申请了一种柔性机器手及其控制方法（中国专利公开号：CN105598995B），提供一种通过改变结构以适应多种环境的柔性机器手及其控制方法。当执行主体抵触接触物时，执行主体能自身发生形变以适应接触物，并设置控制弹性空腔内压力的驱动组件，实现对弹性空腔内压力的增大或减小，并通过控制组件达到精准检测控制的目的。该柔性机器手由硅橡胶材质制成，虽然具有较高的柔性，在抓取水下生物方面，对生物表面造成较小的损伤。但由于仅采用硅橡胶结构，该柔性机器手负载承受能力低。而且该柔性机械手只包含实现抓取动作的手指部分，不能实现空间中的抓取。综上可知，现有水下作业机械手在生物抓取过程中存在以下问题：1）采用硬质金属制成的机械手，在使用中存在寿命短，成本高昂，报废率高等问题，并且在水下生物样本抓取时，对被抓生物的表面造成损伤。2）采用捕捞式的海洋生物抓取设备，可减小对海洋生物造成的损伤，但不能实现精确定位和定向抓取功能。3）而采用硅橡胶材质制成的机械手，在水下作业过程中，虽然对被抓生物具有一定程度的保护，但仅采用硅橡胶结构，导致柔性机器手负载承受能力低。
技术实现思路
本技术的目的是针对上述问题，在深海捕捞抓取领域，根据水下抓取作业的动作特点和抓取要求，提出一种面向水下作业的刚性约束多自由度柔性机械手，配合深海捕捞船使用。本技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种面向水下作业的刚性约束多自由度柔性机械手，其特征是，该机械手包括：手指、弯曲手臂、旋转手臂、通气管、气泵，所述弯曲手臂、旋转手臂、手指均为硅橡胶材质制成的圆柱体状，其内部分别设有腔道，所述弯曲手臂的两端分别与旋转手臂、手指采用硅橡胶固化连接，所述气泵通过通气管分别与旋转手臂内的腔道、弯曲手臂内的腔道、手指内的腔道连通，以通过气压使弯曲手臂、旋转手臂、手指发生形变而对目标进行抓取。优选的，所述手指通过手指支座与弯曲手臂连接，所述手指为三个，所述手指支架为硅橡胶构成的圆台状，圆台的曲面上均匀分布三个圆柱孔，三个手指分别插入三个圆柱孔内并采用硅橡胶固化连接；所述手指支架与弯曲手臂采用硅橡胶固化连接。优选的，所述手指包括双半圆腔硅橡胶管和若干钢圈，所述双半圆腔硅橡胶管设有两个横截面呈半圆状的腔道，两个半圆状腔道相对布置，若干钢圈采用过盈配合套置于双半圆腔硅橡胶管上。优选的，所述弯曲手臂包括三半圆腔硅橡胶管和若干钢圈，三半圆腔硅橡胶管设有三个周向均匀布置、横截面为半圆状的腔道，若干钢圈采用过盈配合套置于三半圆腔硅橡胶管上。优选的，所述旋转手臂包括三圆弧腔硅橡胶管和弹簧，三圆弧腔硅橡胶管设有三个周向均匀布置、横截面为圆弧形的腔道，所述弹簧采用过盈配合套置于三圆弧腔硅橡胶管上。优选的，所述旋转手臂、弯曲手臂分别设有中心孔，所述通气管包括主管以及分别与主管连通的旋转手臂支管、弯曲手臂支管、手指支管，所述主管贯穿旋转手臂、弯曲手臂的中心孔；所述旋转手臂支管为三根，分别连接旋转的三个圆弧形腔道；所述弯曲手臂支管为三根，分别连接弯曲手臂的三个半圆状腔道；所述手指支管为六根，两两一组，三组手指支管分别与三根手指的半圆状的腔道连接。优选的，所述手指、弯曲手臂和旋转手臂均由气泵通过通气管将气体通入硅橡胶管中，各支管的入口均在硅橡胶管末端，各支管入口与对应的硅橡胶管通过硅橡胶固化连接。本技术在使用时，通过气泵给各个腔道通入高压气体，可在每个腔道的支管处设置电磁阀，通过旋转手臂、弯曲手臂和手指的运动组合实现多自由度空间精确无伤抓取水下生物样本。与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：第一，一种面向水下作业的刚性约束多自由度柔性机械手的手指由硅橡胶制成，具有较高的柔性，可以实现海底生物的无伤抓取；第二，手臂由弯曲手臂和旋转手臂组成，通过两个手臂的叠加运动，柔性机械手具有多个自由度，可实现X、Y、Z方向定位精确抓取；第三，该柔性机械手的手指、弯曲手臂、旋转手臂由硅橡胶与刚性约束构成，具有较高柔性的同时，也可承受较大的负载，在深海实现较重生物样本的抓取。附图说明图1为本技术一种面向水下作业的刚性约束多自由度柔性机械手的整体示意图；图2-1、2-2、2-3为本技术一种面向水下作业的刚性约束多自由度柔性机械手的手指整体结构示意图；图3为本技术一种面向水下作业的刚性约束多自由度柔性机械手的手指支座示意图；图4-1、4-2、4-3为本技术一种面向水下作业的刚性约束多自由度柔性机械手弯曲手臂整体结构示意图；图5-1、5-2、5-3为本技术一种面向水下作业的刚性约束多自由度柔性机械手旋转手臂整体结构示意图；图6为本技术一种面向水下作业的刚性约束多自由度柔性机械手通气管管路布置示意图；图中：手指1、手指支座2、弯曲手臂3、旋转手臂4、通气管5、气泵6、双半圆腔硅橡胶管11、钢圈12、半圆状腔道13、三半圆腔硅橡胶管31、钢圈32、弯曲手臂中心孔33、半圆状腔道34、三圆弧腔硅橡胶管41、弹簧42、旋转手臂中心孔43、圆弧状腔道44、主管51、旋转手臂支管52、弯曲手臂支管53、手指支管54。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步说明：如图1-6所示，本技术一种面向水下作业的刚性约束多自由度柔性机械手由顺序连接的手指1、手指支座2、弯曲手臂3、旋转手臂4、通气管5、气泵6组成。手指支座位于手指左端通过硅橡胶固化方式连接手指，弯曲手臂位于手指支座左端通过硅橡胶固化方式连接，旋转手臂位于弯曲手臂左端通过采用硅橡胶固化方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向水下作业的刚性约束多自由度柔性机械手，其特征是，该机械手包括：手指（1）、弯曲手臂（3）、旋转手臂（4）、通气管（5）、气泵（6），所述弯曲手臂、旋转手臂、手指均为硅橡胶材质制成的圆柱体状，其内部分别设有腔道，所述弯曲手臂的两端分别与旋转手臂、手指采用硅橡胶固化连接，所述气泵通过通气管分别与旋转手臂内的腔道、弯曲手臂内的腔道、手指内的腔道连通，以通过气压使弯曲手臂、旋转手臂、手指发生形变而对目标进行抓取。/n

【技术特征摘要】
1.一种面向水下作业的刚性约束多自由度柔性机械手，其特征是，该机械手包括：手指（1）、弯曲手臂（3）、旋转手臂（4）、通气管（5）、气泵（6），所述弯曲手臂、旋转手臂、手指均为硅橡胶材质制成的圆柱体状，其内部分别设有腔道，所述弯曲手臂的两端分别与旋转手臂、手指采用硅橡胶固化连接，所述气泵通过通气管分别与旋转手臂内的腔道、弯曲手臂内的腔道、手指内的腔道连通，以通过气压使弯曲手臂、旋转手臂、手指发生形变而对目标进行抓取。


2.根据权利要求1所述的一种面向水下作业的刚性约束多自由度柔性机械手，其特征是，所述手指通过手指支座（2）与弯曲手臂连接，所述手指为三个，所述手指支架为硅橡胶构成的圆台状，圆台的曲面上均匀分布三个圆柱孔，三个手指分别插入三个圆柱孔内并采用硅橡胶固化连接；所述手指支架与弯曲手臂采用硅橡胶固化连接。


3.根据权利要求1或2所述的一种面向水下作业的刚性约束多自由度柔性机械手，其特征是，所述手指包括双半圆腔硅橡胶管（11）和若干钢圈，所述双半圆腔硅橡胶管设有两个横截面呈半圆状的腔道，两个半圆状腔道相对布置，若干钢圈采用过盈配合套置于双...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙进，张道周，丁煜，汪和平，张洋，姜金，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32