深海自适应吸附式机械手

1.本发明涉及一种深海自适应吸附式机械手，属于运输设备技术领域。


背景技术：

2.在海洋地质调查、资源勘探和矿产评估中，海底搬运技术及其设备占据了举足轻重的地位，其作业区可从水深几米的滨海扩展到几千米的深海。海底搬运设备的更新与改进可加快海洋资源勘探与地质调查的效率和准确度，节约成本，获得良好的社会效益与经济效益。
3.装置末端执行器为涡旋吸附吸盘，涡旋吸附吸盘是一种利用伯努利原理的水下吸附设备，通过电机驱动叶片高速旋转，在吸盘与被吸附物体表面之间形成高速流场，流速越快，流场压强越小。高速流场的压强与吸盘背对高速流场一侧的压强之差使得吸盘与被吸附物体之间产生了一种吸附力，可以使得吸盘紧紧吸附在被吸附物体表面上，从而实现物体的搬运。但在实际工作过程中，可能会因为波浪的扰动出现吸盘与被吸附物体表面不平行的情况，从而导致不能产生最大吸附力，影响被吸附物体的安全性。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术的不足，提供了一种深海自适应吸附式机械手。
5.本发明采用以下技术方案：本发明包括六自由度液压平台、防水激光位移传感器、涡旋吸附吸盘和位置补偿系统。
6.所述的涡旋吸附吸盘设置在六自由度液压平台上。
7.所述的防水激光位移传感器至少有三个，布置在涡旋吸附吸盘上，用于判断涡旋吸附吸盘的表面与被吸附表面的角度偏差。
8.所述位置补偿控制系统，对防水激光位移传感器的数据进行融合处理，通过对六自由度液压平台进行位置控制，实现涡旋吸盘的角度调节，产生最大的吸附力。
9.进一步说，所述的六自由度液压平台包括固定底座、六个液压缸、六根活塞杆、下平台和伺服阀组，固定底座的上表面方便安装，固定底座的下表面铰接有六个液压缸的一端，每一个液压缸的输出端均铰接到下平台，下平台与涡旋吸盘的上表面相连，通过伺服阀组控制六个液压缸的伸缩运动，使得涡旋吸盘能在空间上的六个维度进行运动。
10.进一步说，所述的防水激光位移传感器有三个，间隔120
°
均匀安装在涡旋吸附吸盘周围的同一平面。
11.本发明的有益效果：本发明提出了一种基于涡旋吸附机制且能通过位移传感器传输的数据对吸盘角度进行实时调整，从而实现物体表面吸附的新装置，极大提高了深海吸附的安全性，适用于深海作业场合，可根据需要安装在不同的载体上。
附图说明
12.图1为本发明的深海自适应吸附式机械手的立体结构示意图；其中：1、固定底座；2、万向节；3、液压缸缸体；4、活塞杆；5、深海防水电机；6、下平台；7、防水位移传感器；8、叶轮；9、金属防护罩；10、半开放式杯状外壳。
13.图2为本发明的补偿系统框图；图3为涡旋吸附吸盘的正视图；图4为吸盘与被吸附表面不平行时的工作状态示意图；图5为吸盘经过位置补偿控制系统调整后与被吸附表面贴合时的工作状态示意图。
具体实施方式
14.如图1和图3所示，本实施例中，深海自适应吸附式机械手采用一个涡旋吸盘和六个液压缸，可以实现任意方向的运动控制，对目标物体进行可靠吸附。它包括：六自由度液压平台、涡旋吸盘以及位置补偿控制系统，所述液压平台由固定底座1、下平台6、六个液压缸（包括缸体3部分和活塞杆4部分）组成。固定底座的下表面与六个液压缸的一端通过万向节2相连接，每一个液压缸的输出端均连接到液压平台的下平台，下平台与涡旋吸盘的上表面相连，通过伺服阀组控制六个液压缸的伸缩运动，使得涡旋吸盘能在空间上的六个维度进行运动。垂直涡旋吸盘外壳的同一平面上间隔120
°
均布安装有三个防水激光位移传感器7、11、12。位置补偿控制系统，负责与系统各外设的数据进行交互，对激光位移传感器的数据进行融合处理，通过对六自由度液压平台进行位置控制，实现涡旋吸盘的角度调节，产生最大的吸附力。
15.发明专利zl201610874142.x中公开了过一种基于涡旋吸附机制为航行器提供吸附力的涡旋吸盘，利用内部叶轮旋转在半开放杯状壳体内外产生压差，获得相对于吸附面的吸附效果，使得航行器能够牢靠地吸附在物体表面。相较于电磁吸附和真空吸附，相同功耗下，涡旋吸附能力更强。所述吸盘由半开放式杯状外壳10、叶轮8、深海防水电机5组成，进一步地，所述叶轮采用s形叶片，s形叶片宽度由外向内至轴心逐渐缩减。所述半开放式杯状外壳设有与叶片相配合的流路，以提高叶轮的流场控制能力。
16.本实施例基于该涡旋吸盘做进一步优化，在吸盘下表面安装有金属防护罩9，用于保护叶片，防止其在工作过程中遭到损伤；且增加了三个防水激光位移传感器，间隔120
°
均布安装在吸盘外壳周围同一水平面，该水平面与外壳垂直，分别用于测量所在位置与被吸附表面之间的距离，确定出涡旋吸盘所在平面，从而进一步判断吸盘与被吸附物体表面的的相对位置与角度。
17.所述位置补偿控制系统，由电源模块、控制模块、传感探测模块组成，见图2。所述电源模块负责为系统电子元件提供所需电能，并具备监测及保护功能；所述控制模块负责将位移传感器传输的数据进行融合处理，实现液压缸的运动控制，并对所接收数据进行存储，同时还能够监控系统运动状态；所述传感探测模块用于获取涡旋吸盘位置、角度、与被吸附物体之间的距离等信息，并实现与控制模块的通信，具体的：补偿控制系统首先根据目标位置与当前位置之间的位置偏差，控制涡旋吸盘接近目标位置；然后，当涡旋吸盘到达目标位置后，得到每个位移传感器的测量值di，其中i表示位移传感器的编号，以距离被吸附
表面最近的传感器数值作为基准值，分别计算另外两个传感器的测量值与该基准值的比值，通过该比值可以方便的判断吸盘吸附表面与被吸附表面的角度偏差，从而根据该角度偏差控制六根液压缸的伸缩运动，使得吸盘能够始终与被吸附物体表面平行。
18.图4为吸盘与被吸附表面不平行时的工作状态示意图；此时三个激光位移传感器测得的与被吸附表面的距离分别为d1、d2、d3。
19.图5为吸盘经过位置补偿控制系统调整后与被吸附表面贴合时的工作状态示意图，此时三个激光位移传感器测得的与被吸附表面的距离均为d4。


技术特征：
1.深海自适应吸附式机械手，包括六自由度液压平台、防水激光位移传感器、涡旋吸附吸盘和位置补偿系统，其特征在于：所述的涡旋吸附吸盘设置在六自由度液压平台上；所述的防水激光位移传感器至少有三个，布置在涡旋吸附吸盘上，用于判断涡旋吸附吸盘的表面与被吸附表面的角度偏差；所述位置补偿控制系统，对防水激光位移传感器的数据进行融合处理，通过对六自由度液压平台进行位置控制，实现涡旋吸盘的角度调节，产生最大的吸附力。2.根据权利要求1所述的深海自适应吸附式机械手，其特征在于：所述的六自由度液压平台包括固定底座、六个液压缸、六根活塞杆、下平台和伺服阀组，固定底座的上表面方便安装，固定底座的下表面铰接有六个液压缸的一端，每一个液压缸的输出端均铰接到下平台，下平台与涡旋吸盘的上表面相连，通过伺服阀组控制六个液压缸的伸缩运动，使得涡旋吸盘能在空间上的六个维度进行运动。3.根据权利要求1所述的深海自适应吸附式机械手，其特征在于：所述的防水激光位移传感器有三个，间隔120
°
均匀安装在涡旋吸附吸盘周围的同一平面。

技术总结
本发明公开了一种深海自适应吸附式机械手。本发明包括六自由度液压平台、防水激光位移传感器、涡旋吸附吸盘和位置补偿系统。所述的涡旋吸附吸盘设置在六自由度液压平台上。所述的防水激光位移传感器至少有三个，布置在涡旋吸附吸盘上，用于判断涡旋吸附吸盘的表面与被吸附表面的角度偏差。所述位置补偿控制系统，对防水激光位移传感器的数据进行融合处理，通过对六自由度液压平台进行位置控制，实现涡旋吸盘的角度调节，产生最大的吸附力。本发明提出了一种基于涡旋吸附机制且能通过位移传感器传输的数据对吸盘角度进行实时调整，从而实现物体表面的吸附，极大提高了深海吸附的安全性，适用于深海作业场合，可根据需要安装在不同的载体上。装在不同的载体上。装在不同的载体上。


技术研发人员：刘硕 周善旻 杜驰浩 陈一凡 徐文 范双双
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：2021.12.27
技术公布日：2022/4/26