水下机器人网兜式机械手.pdf

本发明涉及一种水下机器人机械手。它包括两个连接水下机器人的固定架和一个四连杆式手臂机构，其特征在于所述两个固定架下端分别各固定安装一个轴承座及其内的轴承，该两个轴承支撑一根滚筒，该滚筒的一端连接一个放网电机，另一端固定连接一个框架，构成放网机构。所述框架还装有伸展机构、张网机构和手臂机构，所述手臂机构上吊挂着一个网兜，与张网机构一起构成脱网机构；本发明基于精密水下电机控制，整体固定水下机器人腹部，平时手臂机构也收拢在水下机器人腹部。使用时，通过伸展机构将手臂机构伸展至前方，放网机构转动将卷绕在手臂上的网兜放下，张网机构将手臂连杆机构张开至方形，挂在手臂上的网兜随之张开，再通过伸展机构的转动或水下机器人向上、向前的机动捕获悬浮在水中的物体。将物体带至处置区域后，张网机构将手臂机构张至脱网位置，即可将装有物体的网兜放下。

1.  一种水下机器人网兜式机械手，包括两个连接水下机器人的固定架(2)和一个四连杆式手臂机构，其特征在于所述两个固定架(2)下端分别各固定安装一个轴承座及其内的轴承(3)，该两个轴承(3)支撑一根滚筒(4)，该滚筒(4)的一端连接一个放网电机(1)，另一端固定连接一个框架(7)，构成放网机构。所述框架(7)还装有伸展机构、张网机构和手臂机构，所述手臂机构上吊挂着一个网兜(25)，与张网机构一起构成脱网机构。

2.  根据权利要求(1)所述的水下机器人网兜式机械手，其特征在于所述伸展机构是：一个转块(10)通过其两侧固定连接的转销(8)与所述框架(7)铰接；一个固定安装在所述框架(7)上的伸展电机(9)的输出轴固定连接一个伸展主动齿轮(5)，所述伸展主动齿轮(5)与一个固定在所述转块(10)一端转销(8)上的伸展从动齿轮(6)相啮合；所述手臂机构安装在所述转块(10)上。

3.  根据权利要求1所述的水下机器人网兜式机械手，其特征在于所述手臂机构是：一对首端于臂(16、17)的近端分别与手臂转轴(12、14)固定连接，而所述手臂转轴(12、14)与所述转块(10)转动连接；首端手臂(16、17)的另一端(远端)分别与一对末端手臂(18、19)的近端通过一对手臂中间销钉(20)铰接。铰接处，首端手臂(16)远端在末端手臂(19)近端的上边，末端手臂(19)近端在首端手臂(17)远端的上边。所述一对末端手臂(18、19)的远端通过一个手臂末端销钉(21)相互铰接。

4.  根据权利要求1所述的水下机器人网兜式机械手，其特征在于所述张网机构是：一个固定安装在所述转块(10)下底面的张网电机(13)，其输出轴上固定一个张网主动齿轮(15)，该张网主动齿轮(15)与一个张网从动齿轮(11)啮合，该张网主动齿轮(15)和张网从动齿轮(11)分别与手臂转轴(14、12)固定连接，而手臂转轴(12、14)是分别与一对所述首端手臂(16、17)的近端固定垂直连接的。张网机构将首端手臂(16、17)分别向外转动45度时，网兜(25)张开呈方形。

5.  根据权利要求1所述的水下机器人网兜式机械手，其特征在于所述网兜(25)是通过一组网兜挂环(24)挂在四根网纲(22)上，所述两根网纲(22)的一头分别固定在所述首端手臂(16、17)远端，所述另两根网纲(22)的一头分别固定在末端手臂(18、19)远端。所述四根网纲(22)中间穿过一组挂在所述四个手臂(16、17、18、19)中段上的网纲挂环(23)，另一头挂有解网销。固定在末端手臂(18、19)远端的两根网纲(22)的解网销分别穿过所述末端手臂(18)近端与所述首端手臂(17)远端的110度弧形滑槽，坐插在所述首端手臂(16)远端和末端手臂(19)近端的解网孔中；固定在首端手臂(16、17)远端的两根网纲(22)的解网销分别穿过所述转块(10)中间层上的110度弧形滑槽，坐插在所述首端手臂(16、17)近端的解网孔中。所述手臂机构张网转动时，所述解网销随解网孔相对于细小的弧形滑槽转动。脱网时，张网机构将首端手臂(16、17)分别向外转动至55度时，解网孔与弧形滑槽的大孔重合，由于所述网兜(25)内物体受到流体的冲击以及网底坠重的作用，所述解网销从弧形滑槽的大孔中脱落，使得网纲(22)一头脱落，挂在网纲(22)上的网兜挂环(24)相继从网纲(22)上脱落，使网兜及其中的物体放下。

水下机器人网兜式机械手
技术领域
本发明涉及一种水下机器人机械手，具体涉及一种基于水下机器人在复杂水流环境下捕获物体的网兜式机械手。
背景技术
举办重大活动的港湾、河流、滨海以及水库、水电站、核电站等浅水地区的水下反恐安保占有重要的地位。水下反恐搜寻主要是探测蛙人等较大物体以及自制水雷等危险爆炸物品。由于陆地和岸边被严密监控，所以爆炸物品只能放置在水中利用水流从上游漂浮或者利用涨潮从下游漂浮到监控水域，甚至可以做成零浮力物体，从水面以下漂浮到特定区域。本发明的目的就是利用安置在水下机器人上的特种作业机械手对水中可疑目标进行捕获，防止造成危害并给侦破留下完整的证据和线索。
水下机器人通常配备的手爪式机械手抓取目标时，需要通过手爪的张合精确地抓住目标的某几个部位，由于在监控的水域有一定的水流速度，同时交通繁忙，各种速度和吨位的船舶活动频繁，大风和船舶激起的波浪以及流速都对水下机器人和机械手的位姿形成重大影响，而水下机器人的六个自由度之间耦合严重，难以及时调整，从而对其上的手爪式机械手精确抓取可疑目标造成严重困难，以至于无法完成任务。同时，目标轮廓尺寸和形状的不同极易造成抓取位置和力度的不合适可能造成目标脱落、破坏，以及引起爆炸和危险品的扩散。
发明内容
鉴于手爪式机械手在作业中存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种水下机器人网兜式机械手，避开在复杂水流和浪涌下水下机器人和手爪式机械手难以实现的位置和姿态的精确定位和跟踪抓取，利用适合水下机器人特点的网兜式机械手完成捕获任务。使用本机械手时，操作水下机器人到达目标附近，在视频系统可以看见目标的情况下，伸出机械手并打开网兜，以合适的角度迎向目标或操作机器人迎向目标，使目标物体进入网兜，并收拢网口，从而完成捕获任务，并在安全区域解网释放，便于处置。本发明也可以应用于同样环境下的民用海事打捞。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种水下机器人网兜式机械手。包括两个连接水下机器人的固定架和一个四连杆式手臂机构，其特征在于所述两个固定架下端分别各固定安装一个轴承座及其内的轴承，该两个轴承支撑一根滚筒，该滚筒的一端连接一个放网电机，另一端固定连接一个框架，构成放网机构。所述框架还装有伸展机构、张网机构和手臂机构，所述手臂机构上吊挂着一个网兜，与张网机构一起构成脱网机构。
一个转块通过其两侧固定连接的转销与所述框架铰接；一个固定安装在所述框架上的伸展电机的输出轴固定连接一个伸展主动齿轮，所述伸展主动齿轮与一个固定在所述转块一端转销上的伸展从动齿轮相啮合；所述手臂机构安装在所述转块上。
上述手臂机构是：一对首端手臂的近端分别与手臂转轴固定连接，而所述手臂转轴与所述转块转动连接；首端手臂的另一端(远端)分别与一对末端手臂的近端通过一对手臂中间销钉铰接。铰接处，首端手臂16远端在末端手臂19近端的上边，末端手臂19近端在首端手臂17远端的上边。所述一对末端手臂的远端通过一个手臂末端销钉相互铰接。
上述张网机构是：一个固定安装在所述转块下底面的张网电机，其输出轴上固定一个张网主动齿轮，该张网主动齿轮与一个张网从动齿轮啮合，该张网主动齿轮和张网从动齿轮分别与手臂转轴固定连接，而手臂转轴是分别与一对所述首端手臂的近端固定垂直连接的。张网机构将首端手臂分别向外转动45度时，网兜张开呈方形。
所述网兜是通过一组网兜挂环挂在四根网纲上，所述两根网纲的一头分别固定在所述首端手臂远端，所述另两根网纲的一头分别固定在末端手臂远端。所述四根网纲)中间穿过一组挂在所述四个手臂中段上的网纲挂环，另一头挂有解网销。固定在末端手臂远端的两根网纲的解网销分别穿过所述末端手臂18近端与所述首端手臂17远端的110度弧形滑槽，坐插在所述首端手臂16远端和末端手臂19近端的解网孔中；固定在首端手臂远端的两根网纲的解网销分别穿过所述转块中间层上的110度弧形滑槽，坐插在所述首端手臂近端的解网孔中。所述手臂机构张网转动时，所述解网销随解网孔相对于细小的弧形滑槽转动。脱网时，张网机构将首端手臂分别向外转动至55度时，解网孔与弧形滑槽的大孔重合，由于所述网兜内物体受到流体的冲击以及网底坠重的作用，所述解网销从弧形滑槽的大孔中脱落，使得网纲一头脱落，挂在网纲上的网兜挂环相继从网纲上脱落，使网兜及其中的物体放下。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
本发明的机械手具有四连杆式手臂机构、伸展机构、放网机构和张网机构，基于精密水下电机控制，整体固定安装在水下机器人腹部，平时手臂机构也收拢在机器人腹部。使用时，通过伸展机构将手臂机构整体回转180°，使其伸展至前方；然后，放网机构将手臂机构旋转数圈，将卷绕在手臂上的网兜放下；接着，通过张网机构使手臂机构的四连杆张开至方形，则挂在手臂上的网兜随之张开，再通过伸展机构使手臂机构转动，或由水下机器人向上、向前，捕获悬浮在水中的物体；最后水下机器人将物体带至处置区域，张网机构将手臂机构张至脱网位置，即可将装有物体的网兜放下。
附图说明
图1是本发明一个实施例的结构示意图。
图2为图1的仰视图。
图3为图1的右视图。
图4是图1中手臂机构伸展向前方的结构示意图。
图5是图4中手臂机构张网时的俯视图。
图6是转块8的零件图，图7为图6的俯视图，图8为图6的剖视图，可以看见110度弧形滑槽。图9是图6左视图。
图10是首端手臂16的零件图，可以看见远端的110度弧形滑槽和近端的解网孔。
图11为末端手臂18挂载网兜图，网纲22一头固定在远端，另一头挂有解网销，穿过近端的110度弧形滑槽，坐落在首端手臂16远端的解网孔中。网纲22中间由一组网纲挂环挂在手臂上，网兜25由网兜挂环挂在网纲上。
具体实施方式
本发明的一个优选实施例结合附图详述如下：
参见图1、图2、图3、图4和图5，本水下机器人网兜式机械手包括两个连接水下机器人的固定架2和一个由四连杆式手臂机构，其特征在于所述两个固定架2下端分别各固定安装一个轴承座及其内的轴承3，该两个轴承3支撑一根滚筒4，该滚筒4的一端连接一个放网电机1，另一端固定连接一个框架7，构成放网机构。所述的框架7安装还装有伸展机构、张网机构和手臂机构，所述手臂机构上吊挂着一个网兜22，与张网机构一起构成脱网机构。
参见图1、图4、图6、图7、图8、图9，上述伸展机构是：一个转块10通过其两侧固定连接的转销8与所述框架7铰接；一个固定安装在所述框架7上的伸展电机9的输出轴固定连接一个伸展主动齿轮5，所述伸展主动齿轮5与一个固定在所述转块10一端转销8上的伸展从动齿轮6相啮合；所述手臂机构安装在所述转块10上。
参见图5、图10，所述手臂机构是：一对首端手臂16、17的近端分别与手臂转轴12、14固定连接，而所述手臂转轴12、14与所述转块10转动连接；首端手臂16、17的另一端(远端)分别与一对末端手臂18、19的近端通过一对手臂中间销钉20铰接。铰接处，首端手臂16远端在末端手臂19近端的上边，末端手臂19近端在首端手臂17远端的上边。所述一对末端手臂18、19的远端通过一个手臂末端销钉21相互铰接。
参见图5、图7，所述张网机构是：一个固定安装在所述转块10下底面的张网电机13，其输出轴上固定一个张网主动齿轮15，该张网主动齿轮15与一个张网从动齿轮11啮合，该张网主动齿轮15和张网从动齿轮11分别与手臂转轴14、12固定连接，而手臂转轴12、14是分别与一对所述首端手臂16、17的近端固定垂直连接的。张网机构将首端手臂16、17分别向外转动45度时，网兜25张开呈方形。
参见图8、图10、图11，所述网兜25是通过一组网兜挂环24挂在四根网纲22上，所述两根网纲22的一头分别固定在所述首端手臂16、17远端，所述另两根网纲22的一头分别固定在末端手臂18、19远端。所述四根网纲22中间穿过一组挂在所述四个手臂16、17、18、19中段上的网纲挂环23，另一头挂有解网销。固定在末端手臂18、19远端的两根网纲22的解网销分别穿过所述末端手臂18近端与所述首端手臂17远端的110度弧形滑槽，坐插在所述首端手臂16远端和末端手臂19近端的解网孔中；固定在首端手臂16、17远端的两根网纲22的解网销分别穿过所述转块10中间层上的110度弧形滑槽，坐插在所述首端手臂16、17近端的解网孔中。所述手臂机构张网转动时，所述解网销随解网孔相对于细小的弧形滑槽转动。脱网时，张网机构将首端手臂16、17分别向外转动至55度时，解网孔与弧形滑槽的大孔重合，由于所述网兜25内物体受到流体的冲击以及网底坠重的作用，所述解网销从弧形滑槽的大孔中脱落，使得网纲22一头脱落，挂在网纲22上的网兜挂环24相继从网纲22上脱落，使网兜及其中的物体放下。