一种应用于水下作业的智能柔性机械抓手制造技术

本发明专利技术公开了一种应用于水下作业的智能柔性机械抓手，涉及水下机器人技术领域，受章鱼触手启发，本发明专利技术通过仿章鱼须提出以新型硅胶材料注模，内部采用以电机供力的绳驱方式的柔性机械抓手的构思，基于该发明专利技术构思研制的仿章鱼柔性机械抓手包括：3D打印技术制作的类似手掌的支架结构；支架结构的底部设置有用于对实物进行定位的微型摄像头；若干根通过电机和指板固定于支架结构的柔性手指；柔性手指由硅胶制成，且每根柔性手指包括多个关节；每根柔性手指的指尖处设置有压力传感器或弯曲传感器，将水下抓取的情况数据通过压力传感器或弯曲传感器反馈在计算机上。具有灵活度高和良好的可控性，可广泛应用于海底文物打捞，海洋生物捕捞等应用领域。物捕捞等应用领域。物捕捞等应用领域。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于水下作业的智能柔性机械抓手


[0001]本专利技术涉及水下机器人
，特别是涉及一种应用于水下作业的智能柔性机械抓手。

技术介绍

[0002]水下机器人也称无人遥控潜水器，是一种工作于水下的极限作业机器人。水下环境恶劣危险，人的潜水深度有限，长期水下作业会导致严重的减压疾病(DCI)，包括脑动脉气体栓塞、气胸、血管和组织损伤等。水下机器人可在高度危险环境、被污染环境以及零可见度的水域代替人工在水下长时间作业，所以水下机器人已成为开发海洋的重要工具，在石油开发、海事执法取证、科学研究和军事等领域得到广泛应用。
[0003]目前，水下航行器搭载的用于水下作业的机械臂大多是刚性结构，如“蛟龙号”用于水下抓取的机械手，日本“深海6500”深海载人器所搭载的机械手等，传统的刚性机械臂一般为刚性多连杆式机械臂，由多段刚性连杆通过可运动的关节连接而成，刚性多关节式机械臂易于建立控制模型，容易实现准确的运动控制。
[0004]但刚性结构使其在与人和脆弱物体间接触时安全性低、通常具有较少自由度、能耗较高而效率较低且工作时伴有较大噪音，灵活度及对水下复杂环境的适应性较差，不适合应用于如海底文物等易损物品或海洋生物等对精度、力度要求高的领域。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种应用于水下作业的智能柔性机械抓手，受章鱼触手启发而来的仿生柔性机械臂具有灵活度高，力度控制精确的特点，本专利技术通过仿章鱼须提出以新型硅胶材料注模，内部采用以电机供力的绳驱方式的柔性机械臂的构想，基于该专利技术构思研制的仿章鱼柔性机械抓手具有灵活度高和良好的可控性，可广泛应用于海底文物打捞，海洋生物捕捞等应用领域。
[0006]为此，本专利技术提供了以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种应用于水下作业的智能柔性机械抓手，所述柔性机械抓手为仿生章鱼形状，包括：
[0008]3D打印技术制作的类似手掌的支架结构；
[0009]所述支架结构的底部设置有用于对实物进行定位的微型摄像头；
[0010]若干根固定于所述支架结构的柔性手指；所述柔性手指由硅胶制成，且每根柔性手指包括多个柔性关节；每根所述手指由一个步进电机控制；每个步进电机固定于所述支架结构；
[0011]每根所述手指的指尖处设置有压力传感器，每根所述手指的柔性关节镂空处设置有弯曲传感器；将水下抓取的情况数据通过所述压力传感器或所述弯曲传感器反馈在计算机上。
[0012]进一步地，所述微型摄像头上盖有透明玻璃。
[0013]进一步地，所述柔性手指的数量为八根，包括用于主要抓取的四根柔性手指以及用于辅助抓取的另外四根柔性手指。
[0014]进一步地，所述手指通过指板固定于所述支架结构。
[0015]进一步地，所述支架结构的上部设置有一个固定的用于与机械臂进行合体的螺旋结构。
[0016]进一步地，所述柔性机械抓手采用绳驱动方式，通过电机控制绳子拉紧与收放所述柔性手指。
[0017]进一步地，所述柔性机械抓手的控制程序包括：
[0018]AI视觉系统采用OPENMV开源摄像头进行图像获取，自动识别目标物体并追踪定位；
[0019]利用PID控制器控制速度环与抓取力度，使所述柔性机械抓手能够稳定的识别、跟随并抓取目标。
[0020]进一步地，所述水下智能柔性机械抓手包括三套PID控制器；其中两套PID控制器，包括竖直方向与水平方向两个PID控制器，将抓手稳定指向物体，其误差为物体在图像上的位置与期望的图像位置之差；另一套PID控制器，其误差输入量为由压力传感器测量得到的实际手指与物体间压力与目标压力之差。
[0021]本专利技术的优点和积极效果：
[0022]本专利技术从章鱼优越的运动模式中汲取灵感，研制了新型硅胶铸模，内部以牵引绳控制，电机供力，传感器控力的绳驱柔性臂。较传统刚性结构，该产品灵活度高，适应性强，水下定位及力度控制极精度高，可广泛应用于资源勘探、捕捞、安全检测，搜索救援等大部分水下机器人市场。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1为本专利技术实施例中智能柔性机械抓手的一种结构示意图；
[0025]图2为本专利技术实施例中智能柔性机械抓手的又一结构示意图；
[0026]图3为本专利技术实施例中支架结构的一种结构示意图；
[0027]图4为本专利技术实施例中支架结构的又一结构示意图；
[0028]图5为本专利技术实施例中柔性手指的结构示意图；
[0029]图6为本专利技术实施例中PID控制器的示意图。
具体实施方式
[0030]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范
围。
[0031]需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0032]如图1
‑
2所示，其示出了本专利技术实施例中的一种应用于水下作业的智能柔性机械抓手的结构示意图，本专利技术实施例中的智能柔性机械抓手采用仿章鱼须的结构设计，主要包括：
[0033]3D打印技术制作的类似手掌的支架结构1；如图3
‑
4所示，手掌中央为连接块9，手掌的下部(也就是支架结构1的底部)设置有一个微型摄像头3，摄像头具有追踪功能，放置于手掌下部可对实物进行定位，实现追踪抓取的功能。微型摄像头上还盖有透明玻璃，起到防水作用。手掌上部还设置有一个固定的螺旋结构，用来与机械臂进行合体，形成一个更加智能化的机器人手臂，以实现更加可在实践中作用的一个结构。
[0034]若干根通过电机和指板固定于所述支架结构的柔性手指2；如图5所示，柔性手指2由硅胶制成，且每根柔性手指2包括多个柔性关节8；具体可以包括：用于主要抓取的四根柔性手指以及用于辅助抓取的另外四根柔性手指。通过用硅胶(道康宁184硅胶)代替传统意义上的刚性机械抓手的手指，在设计柔性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于水下作业的智能柔性机械抓手，其特征在于，所述柔性机械抓手为仿生章鱼形状，包括：3D打印技术制作的类似手掌的支架结构；所述支架结构的底部设置有用于对实物进行定位的微型摄像头；若干根固定于所述支架结构的柔性手指；所述柔性手指由硅胶制成，且每根柔性手指包括多个柔性关节；每根所述手指由一个步进电机控制；每个步进电机固定于所述支架结构；每根所述手指的指尖处设置有压力传感器，每根所述手指的柔性关节镂空处设置有弯曲传感器；将水下抓取的情况数据通过所述压力传感器或所述弯曲传感器反馈在计算机上。2.根据权利要求1所述的一种应用于水下作业的智能柔性机械抓手，其特征在于，所述微型摄像头上盖有透明玻璃。3.根据权利要求1所述的一种应用于水下作业的智能柔性机械抓手，其特征在于，所述柔性手指的数量为八根，包括用于主要抓取的四根柔性手指以及用于辅助抓取的另外四根柔性手指。4.根据权利要求1所述的一种应用于水下作业的智能柔性机械抓手，其特征在于，所述手指通过指板固定于所述支架结构。5.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐敏义，谭政，林芳，赵聪，王绘雯，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：