專利名稱：水下機械手上臂的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種水下機器人的結(jié)構(gòu)，具體地說是供一種水下機器人使用 的水下機械手上臂結(jié)構(gòu)。(二) 背景技術(shù)海洋擁有豐富的生物資源、礦物資源和大量的石油、煤和天然氣等能源。隨 著陸地上的資源不斷斷缺，因此人類走向海洋是必然趨勢。同時海洋決定了地球 各地區(qū)的氣候，海洋的生態(tài)環(huán)境是地球的生態(tài)環(huán)境的晴雨表，因此有必要對海洋 的各個部分，包括人無法到達的地方，進行環(huán)境監(jiān)測。目前世界上許多國家都認識到利用和開發(fā)海洋的重要性，紛紛投入大量的資 金、人力、物力從事這方面的研究工作。海洋資源開發(fā)、海洋環(huán)境氣候研究、內(nèi) 河水運、水資源利用等在國民經(jīng)濟中的地位決定了發(fā)展水下技術(shù)和水下作業(yè)系統(tǒng) 的重要意義。各種水下機器人被海洋科學家們一致公認為是開發(fā)海洋資源最重要 的基礎(chǔ)技術(shù)。水下機器人將是今后人類開發(fā)和利用海洋的重要手段之一，在某些 環(huán)境下，水下機器人能完成大量人類所根本無法完成的工作?，F(xiàn)在，水下機器人 已經(jīng)廣泛應(yīng)用于海底礦產(chǎn)資源開發(fā)、海上救助打撈、海洋調(diào)查、水下工程施工以 及軍事和國防建設(shè)等許多方面，并已經(jīng)產(chǎn)生了很大的經(jīng)濟效益、社會效益和國防效益。水下機器人主要分為有纜水下機器人和無纜水下機器人。由于海洋石油工業(yè) 的興起導致了有纜水下機器人的迅速發(fā)展，并使其成為海洋石油開發(fā)必不可少的 設(shè)備之一。按作業(yè)任務(wù)來劃分，水下機器人可以分為作業(yè)型和觀察型。作業(yè)型水 下機器人基本上都是R0V (Remotely Operated Vehicle). ROV是當前海洋探索 研究最主要的工具之一，作業(yè)系統(tǒng)是ROV的重要組成部分，主要包括機械手及作 業(yè)工具。水下機械手的研制和開發(fā)一直是水下機器人研究開發(fā)中的一項重要內(nèi) 容，通常把機械手視為ROV上作業(yè)系統(tǒng)的心臟?！读δ芩聶C械手的變結(jié)構(gòu)控制方法和應(yīng)用研究》(中國科學院沈陽自動 化研究所碩士論文，2002 )和《監(jiān)控式水下機械手及相關(guān)技術(shù)的研究》(中國科學院沈陽自動化研究所碩士論文，2001 )中提到的水下機械手，其大臂安裝有一 個液壓缸，用以實現(xiàn)肘關(guān)節(jié)的俯仰運動；《5自由度自主式水下機械手的研制》 (中國機械工程，2001,12增刊16-18)中提到的5自由度自主式水下機械手， 該水下機械手大臂只有一個回轉(zhuǎn)自由度；《深海水下作業(yè)型機械手控制系統(tǒng)研究》 (浙江大學碩士學位論文，2006: 15 20)和《水下機器人機械手控制系統(tǒng)設(shè)計》 (鑿巖機械氣動工具，2003 (4):53 58)中提出的上臂結(jié)構(gòu)與本申請有很大區(qū)別。 水下機械手要求具有重量輕、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、搡縱靈活、運動范圍大等 特點，上述水下機械手的上臂結(jié)構(gòu)都不能滿足這一要求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種重量輕、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、操縱靈活、運動范 圍大的水下機械手上臂。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明由上臂框架、肩關(guān)節(jié)俯仰轉(zhuǎn)動軸、活塞桿聯(lián)接鉸座、液壓缸活塞桿聯(lián) 接軸、第一液壓缸、液壓缸底端聯(lián)接軸、液壓缸底端聯(lián)接軸、液壓缸活塞桿聯(lián)接 軸、肘關(guān)節(jié)俯仰轉(zhuǎn)動軸和第二液壓缸組成，其中上臂框架通過肩關(guān)節(jié)俯仰轉(zhuǎn)動軸 與肩關(guān)節(jié)相聯(lián)接，并通過肘關(guān)節(jié)俯仰轉(zhuǎn)動軸與前臂相聯(lián)接；第一液壓缸的底端聯(lián) 接在上臂框架空腔內(nèi)的液壓缸底端聯(lián)接軸上，第一液壓缸的活塞桿端通過肩關(guān)節(jié) 上的活塞桿聯(lián)接鉸座上的液壓缸活塞桿聯(lián)接軸相聯(lián)接；第二液壓缸的底端與上臂 框架空腔內(nèi)的液壓缸底端聯(lián)接軸聯(lián)接，第二液壓缸的活塞桿端與前臂上的液壓缸 活塞桿聯(lián)接軸聯(lián)接。第一液壓缸和第二液壓缸相對于上臂框架的中心線呈對稱分布，第二液壓缸 底端安裝在第一液壓缸底端的上方。為實現(xiàn)水下機械手重量輕、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、操縱靈活、運動范圍大等要 求，在設(shè)計水下機械手的各個關(guān)節(jié)時必須要充分考慮其機械結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供了 一種可供作業(yè)型水下機器人使用的、在上臂空腔內(nèi)安裝有兩個分別用以實現(xiàn)肩關(guān) 節(jié)俯仰運動和肘關(guān)節(jié)俯仰運動的液壓缸的上臂結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的優(yōu)點是(1)本發(fā)明專利供水下機器人使用，具有機構(gòu)簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、布置合理的 特點。(2) 在上臂空腔內(nèi)布置了兩個液壓缸，它們在上臂框架內(nèi)呈對稱、上下分布, 用于實現(xiàn)肩關(guān)節(jié)上俯仰運動和肘關(guān)節(jié)的俯仰運動的自由度。(3) 兩個液壓缸的對稱、上下分布的結(jié)構(gòu)設(shè)計，大大節(jié)省了上臂的空間，減 輕了機械手的重量，減小了機械手的體積。(四)


圖l是本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的平面結(jié)構(gòu)示意圖；具體實施方式
下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細地描述結(jié)合圖1-圖2,水下機械手上臂由上臂框架1、肩關(guān)節(jié)俯仰轉(zhuǎn)動軸2、活塞 桿聯(lián)接鉸座3、液壓缸活塞桿聯(lián)接軸4、第一液壓缸5、液壓缸底端聯(lián)接軸6、液 壓缸底端聯(lián)接軸7、液壓缸活塞桿聯(lián)接軸8和肘關(guān)節(jié)俯仰轉(zhuǎn)動軸9、第二液壓缸 IO組成。上臂框架1通過肩關(guān)節(jié)俯仰轉(zhuǎn)動軸2與肩關(guān)節(jié)相聯(lián)接，并通過肘關(guān)節(jié)俯仰轉(zhuǎn) 動軸9與前臂相聯(lián)接；第一液壓缸5的底端聯(lián)接在上臂框架1空腔內(nèi)的液壓缸底 端聯(lián)接軸6上，第一液壓缸5的活塞桿端通過肩關(guān)節(jié)上的活塞桿聯(lián)接鉸座3上的 液壓缸活塞桿聯(lián)接軸4相聯(lián)接；第二液壓缸10的底端與上臂框架1空腔內(nèi)的液 壓缸底端聯(lián)接軸7聯(lián)接，第二液壓缸10的活塞桿端與前臂上的液壓缸活塞桿聯(lián) 接軸8聯(lián)接；第一液壓缸5和第二液壓缸10相對于上臂框架1的中心線呈對稱 分布，第二液壓缸10底端安裝在第一液壓缸5底端的上方。本發(fā)明的工作過程與原理為上臂框架1分別通過肩關(guān)節(jié)俯仰轉(zhuǎn)動軸2和肘 關(guān)節(jié)俯仰轉(zhuǎn)動軸9與肩關(guān)節(jié)和前臂相聯(lián)接；第一液壓缸5的直線運動驅(qū)動上臂繞 肩關(guān)節(jié)俯仰轉(zhuǎn)動軸2作俯仰運動，實現(xiàn)肩關(guān)節(jié)的俯仰運動；第二液壓缸10的直 線運動驅(qū)動前臂繞肘關(guān)節(jié)俯仰轉(zhuǎn)動軸9作俯仰運動，實現(xiàn)肘關(guān)節(jié)的俯仰運動。通 過第一液壓缸5和第二液壓缸10的運動實現(xiàn)了肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)兩自由度的俯仰 運動。整個上臂結(jié)構(gòu)設(shè)計緊湊，從而可以大大降低水下機械手的體積，減輕水下機 械手的重量，并具有操作靈活，提高作業(yè)空間等優(yōu)點。
權(quán)利要求
1、一種水下機械手上臂，由上臂框架[1]、肩關(guān)節(jié)俯仰轉(zhuǎn)動軸[2]、活塞桿聯(lián)接鉸座[3]、液壓缸活塞桿聯(lián)接軸[4]、第一液壓缸[5]、液壓缸底端聯(lián)接軸[6]、液壓缸底端聯(lián)接軸[7]、液壓缸活塞桿聯(lián)接軸[8]、肘關(guān)節(jié)俯仰轉(zhuǎn)動軸[9]和第二液壓缸[10]組成，其特征是上臂框架[1]通過肩關(guān)節(jié)俯仰轉(zhuǎn)動軸[2]與肩關(guān)節(jié)相聯(lián)接，并通過肘關(guān)節(jié)俯仰轉(zhuǎn)動軸[9]與前臂相聯(lián)接；第一液壓缸[5]的底端聯(lián)接在上臂框架[1]空腔內(nèi)的液壓缸底端聯(lián)接軸[6]上，第一液壓缸[5]的活塞桿端通過肩關(guān)節(jié)上的活塞桿聯(lián)接鉸座[3]上的液壓缸活塞桿聯(lián)接軸[4]相聯(lián)接；第二液壓缸[10]的底端與上臂框架[1]空腔內(nèi)的液壓缸底端聯(lián)接軸[7]聯(lián)接，第二液壓缸[10]的活塞桿端與前臂上的液壓缸活塞桿聯(lián)接軸[8]聯(lián)接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下機械手上臂，其特征是第一液壓缸[5]和 第二液壓缸[10]相對于上臂框架[1]的中心線呈對稱分布，第二液壓缸[10]底端 安裝在第一液壓缸[5]底端的上方。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種水下機械手上臂。上臂框架1通過肩關(guān)節(jié)俯仰轉(zhuǎn)動軸2與肩關(guān)節(jié)相聯(lián)接，并通過肘關(guān)節(jié)俯仰轉(zhuǎn)動軸9與前臂相聯(lián)接；第一液壓缸5的底端聯(lián)接在上臂框架1空腔內(nèi)的液壓缸底端聯(lián)接軸6上，第一液壓缸5的活塞桿端通過肩關(guān)節(jié)上的活塞桿聯(lián)接鉸座3上的液壓缸活塞桿聯(lián)接軸4相聯(lián)接；第二液壓缸10的底端與上臂框架1空腔內(nèi)的液壓缸底端聯(lián)接軸7聯(lián)接，第二液壓缸10的活塞桿端與前臂上的液壓缸活塞桿聯(lián)接軸8聯(lián)接。整個上臂結(jié)構(gòu)設(shè)計緊湊，從而可以大大降低水下機械手的體積，減輕水下機械手的重量，并具有操作靈活，提高作業(yè)空間等優(yōu)點。
文檔編號B63C11/52GK101249655SQ20081006394
公開日2008年8月27日 申請日期2008年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月30日
發(fā)明者姚建均, 張存良, 茁 王, 王成軍, 王才東, 王立權(quán) 申請人:哈爾濱工程大學