[发明专利]水下机械手上臂

说明书

(一)技术领域

本发明涉及的是一种水下机器人的结构，具体地说是供一种水下机器人使用的水下机械手上臂结构。

(二)背景技术

海洋拥有丰富的生物资源、矿物资源和大量的石油、煤和天然气等能源。随着陆地上的资源不断断缺，因此人类走向海洋是必然趋势。同时海洋决定了地球各地区的气候，海洋的生态环境是地球的生态环境的晴雨表，因此有必要对海洋的各个部分，包括人无法到达的地方，进行环境监测。

目前世界上许多国家都认识到利用和开发海洋的重要性，纷纷投入大量的资金、人力、物力从事这方面的研究工作。海洋资源开发、海洋环境气候研究、内河水运、水资源利用等在国民经济中的地位决定了发展水下技术和水下作业系统的重要意义。各种水下机器人被海洋科学家们一致公认为是开发海洋资源最重要的基础技术。水下机器人将是今后人类开发和利用海洋的重要手段之一，在某些环境下，水下机器人能完成大量人类所根本无法完成的工作。现在，水下机器人已经广泛应用于海底矿产资源开发、海上救助打捞、海洋调查、水下工程施工以及军事和国防建设等许多方面，并已经产生了很大的经济效益、社会效益和国防效益。

水下机器人主要分为有缆水下机器人和无缆水下机器人。由于海洋石油工业的兴起导致了有缆水下机器人的迅速发展，并使其成为海洋石油开发必不可少的设备之一。按作业任务来划分，水下机器人可以分为作业型和观察型。作业型水下机器人基本上都是ROV(Remotely Operated Vehicle)。ROV是当前海洋探索研究最主要的工具之一，作业系统是ROV的重要组成部分，主要包括机械手及作业工具。水下机械手的研制和开发一直是水下机器人研究开发中的一项重要内容，通常把机械手视为ROV上作业系统的心脏。

《六功能水下机械手的变结构控制方法和应用研究》(中国科学院沈阳自动化研究所硕士论文，2002)和《监控式水下机械手及相关技术的研究》(中国科学院沈阳自动化研究所硕士论文，2001)中提到的水下机械手，其大臂安装有一个液压缸，用以实现肘关节的俯仰运动；《5自由度自主式水下机械手的研制》(中国机械工程，2001，12增刊：16～18)中提到的5自由度自主式水下机械手，该水下机械手大臂只有一个回转自由度；《深海水下作业型机械手控制系统研究》(浙江大学硕士学位论文，2006：15～20)和《水下机器人机械手控制系统设计》(凿岩机械气动工具，2003(4)：53～58)中提出的上臂结构与本申请有很大区别。

水下机械手要求具有重量轻、体积小、结构紧凑、操纵灵活、运动范围大等特点，上述水下机械手的上臂结构都不能满足这一要求。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种重量轻、体积小、结构紧凑、操纵灵活、运动范围大的水下机械手上臂。

本发明的目的是这样实现的：

本发明由上臂框架、肩关节俯仰转动轴、活塞杆联接铰座、液压缸活塞杆联接轴、第一液压缸、液压缸底端联接轴、液压缸底端联接轴、液压缸活塞杆联接轴、肘关节俯仰转动轴和第二液压缸组成，其中上臂框架通过肩关节俯仰转动轴与肩关节相联接，并通过肘关节俯仰转动轴与前臂相联接；第一液压缸的底端联接在上臂框架空腔内的液压缸底端联接轴上，第一液压缸的活塞杆端通过肩关节上的活塞杆联接铰座上的液压缸活塞杆联接轴相联接；第二液压缸的底端与上臂框架空腔内的液压缸底端联接轴联接，第二液压缸的活塞杆端与前臂上的液压缸活塞杆联接轴联接。

第一液压缸和第二液压缸相对于上臂框架的中心线呈对称分布，第二液压缸底端安装在第一液压缸底端的上方。

为实现水下机械手重量轻、体积小、结构紧凑、操纵灵活、运动范围大等要求，在设计水下机械手的各个关节时必须要充分考虑其机械结构。本发明提供了一种可供作业型水下机器人使用的、在上臂空腔内安装有两个分别用以实现肩关节俯仰运动和肘关节俯仰运动的液压缸的上臂结构。

本发明的优点是：

(1)本发明专利供水下机器人使用，具有机构简单、结构紧凑、布置合理的特点。

(2)在上臂空腔内布置了两个液压缸，它们在上臂框架内呈对称、上下分布，用于实现肩关节上俯仰运动和肘关节的俯仰运动的自由度。

(3)两个液压缸的对称、上下分布的结构设计，大大节省了上臂的空间，减轻了机械手的重量，减小了机械手的体积。

(四)附图说明

图1是本发明的立体结构示意图；

图2是本发明的平面结构示意图；

(五)具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：