本发明专利技术公开了一种水下柔性操作手，包括中央控制系统、驱动模块、执行模块以及感知模块；中央控制系统接受感知模块的反馈信息；控制执行模块为系统提供动力；驱动模块为执行模块提供动力；执行模块接受中央控制系统控制完成抓取任务；感知模块感知执行模块动作时系统压力与水压信息，并将信息反馈给中央控制系统。本发明专利技术采用橡胶膜片式压力补偿器补偿水压，使整个柔性手系统能在环境水压之上工作；本发明专利技术柔性机械手可以在深水中使用而不受环境水压影响，同时柔性机械手具备较大的抓取力，在使用时能够自由调整抓取角度并实时反馈压力；本发明专利技术采用环境水源作为液压动力，并使用过滤网改善水质，减小了驱动模块的体积，降低了成本。降低了成本。降低了成本。
【技术实现步骤摘要】
一种水下柔性操作手
[0001]本专利技术涉及水下作业设备，具体涉及一种水下柔性操作手，应用于电源系统
技术介绍
[0002]在地球上,海洋占据了71％的面积，海洋对人类具有重要意义。而探究深海资源以及探索深海生物系统除了工业机械手和抽吸采样器外几乎没有别的选择。职业潜水员可能会使用大型机械例如水下切割机和焊机，但是这会增加风险。美国劳工统计局在2011年记录，潜水员的职业死亡率是全国平均职业死亡率的38倍。因此开发更加成熟的水下作业工具迫在眉睫。
[0003]机械手能够模仿人类手部的部分动作，按照给定的程序或要求，自动地完成物件的传送或操作作业机等动作，代替人手完成一些高危、繁重的劳动。经过多年的发展，目前机械手已经成为制造生产自动化中重要的机电设备。
[0004]自19世纪50年代以来，基于商用和工业的需求，针对恶劣的海洋环境开发执行器的工作一直未曾停止。传统的水下机械手大多是单自由度的夹钳，这种结构用来完成一些简单的抓取任务十分有效，然而，随着水下的作业任务的多样以及模糊化，这种的单自由度夹钳由于难以实现对目标物的精准定位和精细操作以及缺乏同用性等原因便不能满足任务需求了。应用柔性材料的柔性机器人作为近几年新的机器人研究领域，其在材料和工程上都有很大的研究前景。柔性机械手相对于刚性机械手有很大优势，其高的柔软性适用于脆性物体和柔性物体的抓取，这些优点可以使它更容易适应周围的环境以降低对抓取物体的损坏风险。然而柔性手特有的柔性也使其抓取力相对于刚性机械手来说要小很多，同时集成传感器的难度也较大。
[0005]中国专利技术型专利CN202110777552.3公开了一种应用于空间机械臂的软体手指，此软体手指由气动软体手指和刚性支撑件组成，可以提升手指的整体刚度，抑制手指的晃动，但是此软体手指缺乏力感知系统，无法感知抓取力。
[0006]中国专利技术型专利CN202110700104.3公开了一种软体机器人形触多模态自供能柔性感知系统，此系统由包括三个具有形触多模态柔性感知系统的软体手指的气动三爪机器人组成，此系统集成的多模态感知系统可以传递软体机器人的状态信息和交互信息，但是此软体手的刚性较差，不具备大的抓取力。
[0007]中国专利技术型专利CN201811158216.5公开了一种双向直线驱动的液压软体机械手，此机械手由液压驱动及控制装置和软体机械抓手两部分组成，此机械手能承受较高的压力，拥有较强的带负载能力，使用柔性材料制作，可最大限度的减少对抓取物体的机械损伤，其控制系统大大简化，适用于在水下环境中进行作业，但是其液压驱动系统不具备压力补偿作用，难以在深水中使用。
技术实现思路
[0008]为了解决现有技术问题，本专利技术的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种水下柔性操作手，柔性机械手可以在深水中使用而不受环境水压影响，同时柔性机械手具备较大的抓取力，在使用时能够自由调整抓取角度并实时反馈压力。
[0009]为达到上述专利技术创造目的，本专利技术采用如下专利技术构思：
[0010]本专利技术的目的是这样实现的：在驱动模块中安装橡胶膜片式压力补偿器，橡胶膜片式压力补偿器一端与执行模块连通，一端与海水相通，使系统静压与环境水压相同，工作时通过静压与动压混合驱动。
[0011]在流体弹性执行器的限制层内嵌弹簧钢片限制变形以及增强局部约束，从而增强抓取力。
[0012]在柔性手后端安装防水舵机控制柔性手旋转，调整抓取角度。
[0013]在弹簧钢片上粘贴应变片组成三个全桥电路，通过应变片变形感知压力变化。
[0014]在流体弹性执行器与电磁阀之间的水管上安装水压传感器，实时感知系统水压。
[0015]根据上述专利技术构思，本专利技术采用如下技术方案：
[0016]一种水下柔性操作手，包括中央控制系统、驱动模块、执行模块以及感知模块；所述中央控制系统接受感知模块的反馈信息，控制执行模块为系统提供动力；所述驱动模块为执行模块提供动力；所述执行模块接受中央控制系统控制完成抓取任务；所述感知模块感知执行模块动作时系统压力与水压信息，并将信息反馈给中央控制系统。
[0017]优选地，所述中央控制系统，除了须具备原有水下机器人工作过程中的各种操作功能外，还需要接受所述感知模块中的水压传感器以及压力传感器返回的压力信息，从而控制所述驱动模块中的电磁阀以及水泵的通断。
[0018]优选地，所述驱动模块包括过滤网、水泵、电磁阀、橡胶膜片式压力补偿器以及相应配件；所述过滤网安装在水泵进液端，从而起到改善水质的作用；所述水泵为柔性机械手提供动力，水泵通过螺钉安装在水下机器人上，水泵的进液端装有过滤网并暴露于工作环境中，采用工作环境中的水作为液压驱动系统的动力源，水泵的出液端与电磁阀连接，可通过电磁阀控制液流通断；所述电磁阀通过螺钉安装在水下机器人外壳上，电磁阀进液端通过水管连接水泵，电磁阀出液端通过水管连接流体弹性执行器，通过控制电磁阀通断可控制液流通断，从而控制流体弹性执行器动作；所述橡胶膜片式压力补偿器一端连接流体弹性执行器，一端与工作环境相通，使系统静压与环境水压相等，工作时通过静压和动压混合驱动。
[0019]优选地，所述感知模块包括压力传感器和水压传感器；所述压力传感器安装在所述执行模块中的流体弹性执行器的弹簧钢片上，向中央控制系统返回机械手工作时的实时压力值；所述水压传感器用于感应柔性手工作时液压系统的液压，水压传感器安装在电磁阀与流体弹性执行器连接的水管上，向中央控制系统返回实时水压值。
[0020]优选地，所述执行模块包括五个带局部约束增强的流体弹性执行器、柔性手后端、防水舵机以及相应配件；所述带局部约束增强的流体弹性执行器可完成柔性手的抓取任务，带局部约束增强的流体弹性执行器通过其顶端连接关节和螺钉安装在柔性手后端上；所述柔性手后端通过螺钉与舵机连接；所述防水舵机通过螺钉与柔性手后端连接，防水舵机为可360
°
旋转的防水舵机，防水舵机的旋转角度通由中央控制系统发送的PWM信号控制
与检测。
[0021]优选地，所述压力传感器由应变片组成的全桥电路构成，每个全桥电路由四个应变片组成，三个全桥电路等距分布在弹簧钢片上下表面。
[0022]优选地，所述水压传感器用于感应柔性手工作时液压系统的液压，水压传感器安装在电磁阀与流体弹性执行器连接的水管上，向中央控制系统返回实时水压值。
[0023]优选地，所述的带局部约束增强的流体弹性执行器包括内嵌气囊的可延展层、不可延展的限制层、连接关节、弹簧钢片以及防滑橡胶层；所述内嵌气囊的可延展层所嵌气囊为矩形气囊；所述不可延展的限制层内嵌弹簧钢片，起到限制变形以及增强局部约束作用；所述连接关节位于流体弹性执行器顶端，用于连接柔性手后端与流体弹性执行器，连接关节顶部开有孔道，用于连接管道，向流体弹性执行器导入液流；所述弹簧钢片为矩形弹簧钢片，弹簧钢片上下表面贴有应变片组成三个全桥电路，弹簧钢片内嵌于不可延展的限制层中；所述防滑橡胶层贴在限制层底部，防滑橡胶本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种水下柔性操作手，包括中央控制系统(1)、驱动模块(2)、执行模块(3)以及感知模块(4)；其特征在于：所述中央控制系统(1)接受感知模块(4)的反馈信息，控制执行模块(3)为系统提供动力；所述驱动模块(2)为执行模块(3)提供动力；所述执行模块(3)接受中央控制系统(1)控制完成抓取任务；所述感知模块(4)感知执行模块动作时系统压力与水压信息，并将信息反馈给中央控制系统(1)。2.根据权利要求1所述的水下柔性操作手，其特征在于：所述中央控制系统(1)，除了须具备原有水下机器人工作过程中的各种操作功能外，还需要接受所述感知模块(4)中的水压传感器(41)以及压力传感器(40)返回的压力信息，从而控制所述驱动模块(2)中的电磁阀(21)以及水泵(20)的通断。3.根据权利要求2所述的水下柔性操作手，其特征在于：所述驱动模块(2)包括过滤网(20)、水泵(21)、电磁阀(22)、橡胶膜片式压力补偿器(23)以及相应配件；所述过滤网(20)安装在水泵(21)进液端，从而起到改善水质的作用；所述水泵(21)为柔性机械手提供动力，水泵(21)通过螺钉安装在水下机器人上，水泵(21)的进液端装有过滤网(20)并暴露于工作环境中，采用工作环境中的水作为液压驱动系统的动力源，水泵的出液端与电磁阀(22)连接，可通过电磁阀(22)控制液流通断；所述电磁阀(22)通过螺钉安装在水下机器人外壳上，电磁阀(22)进液端通过水管连接水泵(21)，电磁阀(22)出液端通过水管连接流体弹性执行器(30)，通过控制电磁阀(22)通断可控制液流通断，从而控制流体弹性执行器(30)动作；所述橡胶膜片式压力补偿器(23)一端连接流体弹性执行器(30)，一端与工作环境相通，使系统静压与环境水压相等，工作时通过静压和动压混合驱动。4.根据权利要求3所述的水下柔性操作手，其特征在于：所述感知模块(4)包括压力传感器(40)和水压传感器(41)；所述压力传感器(40)安装在所述执行模块(3)中的流体弹性执行器(30)的弹簧钢片(304)上，向中央控制系统(1)返回机械手工作时的实时压力值；所述水压传感器(41)用于感应柔性手工作时液压系统的液压，水压传感器(41)安装在电磁阀(22)与流体弹性执行器(30)连接的水管上，向中央控制系统(1)返回实时水压值。5.根据权利要求1所述的水下柔性操作手，其特征在于：所述执行模块(3)包括五个带局部约束增强的流体弹性执行器(30)、柔性手后端(31)、防水舵机(32)以及相应配件；所述带局部约束增强的流体弹性执行器(30)可完成柔性手的抓取任务，带局部约束增强的流体弹性执行器(30)通过其顶端连接关节(303)和螺钉安装在柔性手后端(31)上；所述柔性手后端(31)通过螺钉与防水舵机(32)连接；所述防水舵机(32)通过螺钉与柔性手后端(31)连接，防水舵机(3...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐智杰，黄京科，王占华，李渐达，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：
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