一种水下作业用机械臂的制作方法

1.本实用新型涉及一种无人作业技术领域，特别是关于一种水下作业用机械臂。


背景技术：

2.水下作业是一个高风险高收益的行业，在我国，水下作业依赖于人和简单的潜水器，水下无人作业机器人可以代替人类进行探索，为人工勘察预估风险。此外，由于在水下环境十分复杂，极具未知性和危险性。因此水下作业不适宜人类来活动。
3.因此，为了解决上述问题，需特提供一种新的解决方案，以降低潜水员在水下作业的风险。


技术实现要素：

4.针对如何配合水下机器人进行安全的勘探，采集工作，从而把人力成本从水下作业中解放出来的技术问题，本实用新型的目的是提供一种水下作业用机械臂，其结构简单，通用性强，有效降低了潜水员在水下作业的风险，并大大降低了人工成本。
5.为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种水下作业用机械臂，其包括结构相同的主机械臂和从机械臂，所述主机械臂设置在陆地，所述从机械臂设置在水下，所述从机械臂包括：托架，用于将机械臂固定安装在支撑平台上；第一连接臂，其第一端通过第一关节模块与所述托架活动连接；第二连接臂，其第一端通过第二关节模块与所述第一连接臂的第二端连接；执行端，通过第三关节模块与所述第二连接臂的第二端连接。
6.进一步，所述支撑平台为水下机器人及陆地上的固定支撑台；所述从机械臂通过所述托架安装在所述水下机器人的拓展接口上；所述主机械臂通过所述托架安装在所述陆地上的固定支撑台上。
7.进一步，所述第一连接臂由第一承重轴构成；所述第二连接臂由第二承重轴构成。
8.进一步，所述第一关节模块包括第一关节和第一舵机；所述第一关节的一端与所述第一连接臂的第一端连接，所述第一关节的另一端与所述托架连接；所述第一舵机设置在所述托架上，其输出轴穿过所述托架与所述第一关节的另一端连接。
9.进一步，所述第二关节模块包括第二关节、第二舵机、第一连接板、第二连接板、第三关节和第三舵机；所述第二关节的一端与所述第一连接臂的第二端连接，所述第二关节的另一端与所述第一连接板的第一端连接，且所述第一连接板的第一端内设置有所述第二舵机，所述第二舵机的输出轴穿过所述第一连接板与所述第二关节的另一端连接；所述第一连接板的第二端与所述第二连接板的第一端连接，所述第二连接板的第二端内设置有所述第三舵机；所述第三舵机的输出轴穿过所述第二连接板与所述第三关节的一端连接；所述第三关节的另一端与所述第二连接臂的第一端连接。
10.进一步，所述第三关节模块包括第四关节、第四舵机、第三连接板、第五关节和第五舵机；所述第四关节的一端与所述第二连接臂的第二端连接，所述第四关节的另一端与所述第三连接板的第一端连接，且所述第三连接板的第一端内设置有所述第四舵机，所述
第四舵机的输出轴穿过所述第三连接板与所述第四关节的另一端连接；所述第三连接板的第二端与所述第五舵机连接，所述第五舵机的输出轴与所述第五关节的一端连接，所述第五关节的另一端与所述执行端连接。
11.进一步，所述从机械臂的所述执行端包括抓取笼和第六舵机；所述第六舵机设置在所述第五关节内，其输出轴穿过所述第五关节后与所述抓取笼连接，驱动所述抓取笼开合。
12.进一步，所述抓取笼包括弧状的主动抓手和从动抓手，所述主动抓手和所述从动抓手为对称结构；所述主动抓手和所述从动抓手的连接端的端面均设置为齿轮状结构，所述主动抓手的齿轮状结构与所述第六舵机的输出轴同轴连接，由所述第六舵机带动其进行转动；所述主动抓手的齿轮状结构与所述从动抓手的齿轮状结构啮合，带动所述从动抓手同步动作。
13.进一步，所述抓取笼的最大张开角度为120
°
。
14.进一步，所述主机械臂的执行端为操作手柄。
15.本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
16.1、本实用新型可以有效降低潜水员在水下作业的风险。
17.2、本实用新型的从手机械臂结构简单，方便拆卸；机械手可替换成其他作业设备，通用性强；且使用寿命长，大大降低了人工成本。
18.3、本实用新型是针对水下机器人作业的机械臂，其自由度可以根据需求为2、3、4、5、6、7自由度，结构简单，方便拆卸，能有效增加水下作业的安全性和稳定性。
附图说明
19.图1是本实用新型一实施例中的从机械臂结构示意图；
20.图2是本实用新型一实施例中的主机械臂结构示意图；
21.附图标记：
22.1-托架，2-第一承重轴，3-第二承重轴，4-抓取笼，5-第一关节，6-第一舵机，7-第二关节，8-第一连接板，9-第二舵机，10-第二连接板，11-第三舵机，12-第三关节，13-第四关节，14-第三连接板，15-第四舵机，16-第五舵机，17-第五关节，18-操作手柄，19-第四连接板。
具体实施方式
23.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
24.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、操作、器件、组件和/或它们的组合。
25.如图1所示，本实用新型提供一种水下作业用机械臂，其包括结构相同的主机械臂
和从机械臂，主机械臂设置在陆地，从机械臂设置在水下。以从机械臂为例进行介绍，包括：
26.托架1，用于将机械臂固定安装在支撑平台上；该支撑平台可以为水下机器人或其他平台；
27.本实施例中，从机械臂通过托架1安装在水下机器人的拓展接口上；主机械臂通过托架1安装在陆地上某固定支撑台上即可。
28.第一连接臂，其第一端通过第一关节模块与托架1活动连接；
29.第二连接臂，其第一端通过第二关节模块与第一连接臂的第二端连接；
30.执行端，通过第三关节模块与第二连接臂的第二端连接。
31.上述实施例中，第一连接臂由第一承重轴2构成；第二连接臂由第二承重轴3构成。其中，第一承重轴2为主要承重部件。
32.上述实施例中，第一关节模块包括第一关节5和第一舵机6。第一关节5的一端与第一连接臂的第一端连接，第一关节5的另一端与托架1连接。第一舵机6设置在托架1上，其输出轴穿过托架1与第一关节5的另一端连接，用于驱动第一关节5动作。
33.上述实施例中，第二关节模块包括第二关节7、第二舵机9、第一连接板8、第二连接板10、第三关节12和第三舵机11。第二关节7的一端与第一连接臂的第二端连接，第二关节7的另一端与第一连接板8的第一端连接，且第一连接板8的第一端内设置有第二舵机9，第二舵机9的输出轴穿过第一连接板8与第二关节7的另一端连接，用于驱动第二关节7动作。第一连接板8的第二端与第二连接板10的第一端连接，第二连接板10的第二端内设置有第三舵机11；第三舵机11的输出轴穿过第二连接板10与第三关节12的一端连接，用于驱动第三关节12动作；第三关节12的另一端与第二连接臂的第一端连接。
34.上述实施例中，第三关节模块包括第四关节13、第四舵机15、第三连接板14、第五关节17和第五舵机16。第四关节13的一端与第二连接臂的第二端连接，第四关节13的另一端与第三连接板14的第一端连接，且第三连接板14的第一端内设置有第四舵机15，第四舵机15的输出轴穿过第三连接板14与第四关节13的另一端连接，用于驱动第四关节13动作。第三连接板14的第二端与第五舵机16连接，第五舵机16的输出轴与第五关节17的一端连接，用于驱动第五关节17动作；第五关节17的另一端与执行端连接。
35.上述各实施例中，根据各关节模块，机械臂的自由度可为2、3、4、5、6、7自由度。
36.上述实施例中，从机械臂的执行端包括抓取笼4和第六舵机。第六舵机设置在第五关节17内，其输出轴穿过第五关节17后与抓取笼4连接，驱动抓取笼4开合，以实现抓取动作。本实施例中仅以抓取笼为例，从机械臂的执行端并不局限于此，还可以采用其他外接作业设备，如机械手等。
37.其中，抓取笼4包括弧状的主动抓手和从动抓手，主动抓手和从动抓手为对称结构。主动抓手和从动抓手的连接端的端面均设置为齿轮状结构，主动抓手的齿轮状结构与第六舵机的输出轴同轴连接，由第六舵机带动其进行转动；主动抓手的齿轮状结构与从动抓手的齿轮状结构啮合，进而带动从动抓手同步动作，进而实现抓取笼4的开合。
38.在本实施例中，抓取笼4的最大张开角度为120
°
。
39.上述各实施例中，第一至第六舵机均与设置地面基站中的控制系统连接，该控制系统内预置有主从控制模式，从机械臂根据主机械臂的移动而同步移动；由控制系统向各舵机传输控制信息，进而由各舵机控制各关节进行动作。本实施例中控制系统采用已有结
构即可实现，在此不再赘述。
40.上述实施例中，如图2所示，主机械臂的结构与从机械臂的结构大致相同，不同的是主机械臂的执行端为操作手柄18，且第五关节17由操作手柄18的末端构成，操作手柄18末端活动连接在第四连接板19上。使用时，操作手柄18可用来控制从机械臂末端执行机构、第五关节17和水下机器人等部件的动作。且从机械臂中各舵机安装位置，在主机械臂中设置为用于获取角度数据的数字电位器；各数字电位器将获取到的角度数据传输至控制系统，经控制系统处理后传输至各舵机，使其达到指定角度。
41.上述实施例中，数字电位器采用具有扭力弹簧的数字电位器，可使主机械臂具有一定回弹性能，抵消自身重量对操作时的干扰。
42.上述实施例中，主机械臂与从机械臂的大小比例优选为0.8:1。
43.本实用新型在使用时，可以将从机械臂安装在作业级水下机器人的拓展接口上。从机械臂上安装有舵机和可替换的抓取笼，主机械臂上安装有操作手柄。从机械臂根据主机械臂的移动而移动，因此在水下作业中，只需在地面基站中用主机械臂控制水下的从机械臂，完成同步操作，这样有效增加了其安全性和稳定性。同时机械臂结构简单，方便拆卸，使用寿命长，降低了人工成本。
44.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。