[发明专利]一种水下电动机械臂作业吊舱及使用方法

说明书

本发明公开了一种水下电动机械臂作业吊舱及使用方法，作业吊舱包括舱体，舱体前端设有设备密封舱，设备密封舱内部安装有控制器及水下环境数据采集设备；舱体底部中后端设有向机体右下侧开启的舱门，作业吊舱内部安装有电动机械臂，电动机械臂共有三个运动自由度，分别是沿同一轴线的依次布设的肩关节、肘关节和腕关节，腕关节外还设置有一个可执行开合动作的夹持型手爪，在非作业状态时，电动机械臂整体收进作业吊舱内部，此时舱门呈关闭状态，在作业状态时，此时舱门向下竖直开启，电动机械臂伸出吊舱开始作业。本发明可直接安装于自主无人水下机器人或其他中小型水下机器人机体上使用。

技术领域

本发明属于水下机器人技术领域，尤其涉及一种水下电动机械臂作业吊舱及使用方法。

背景技术

目前，海底输油管道、通讯光缆、电力电缆等海洋能源、通信、电力输送通道(下面统称“海底输送通道”)已经大量投入使用。敷设在海床表面的海底输送通道易受到海洋动物尸体、海洋垃圾等沉积物附着，产生电化学、生物质化学反应，致使金属管道表面腐蚀、缆体绝缘层裂化，进而发生破损或故障。即使对管道、缆体进行埋设处理，当敷设路由上方有沉积物时，会因破坏周边洋流致使更多沉积物在该处集聚，久之亦会造成较大威胁。因此，需要定期对通道路由附近的海洋沉积物进行清理，以保证海底输送通道的运行安全。

执行海洋沉积物清理工作的最佳载体为水下机器人，而机械臂是水下机器人进行水下工作时必不可少的作业工具。目前可供水下机器人选配安装的多为液压机械臂，具有三到七个自由度(包含手爪开合)。这类机械臂具有优良的防水性能和较大的负载能力，但因其采用液压驱动系统作为动力源，导致机械臂的整体重量较大，机械设计和装配复杂，制造和维护成本高。因此，这类机械臂只能应用在体型较大的工作型缆控无人水下机器人(ROV)上，中小型水下机器人无法直接应用，尤其是不适合没有电缆供电的自主无人水下机器人(AUV)。

ROV运动迟缓、操作复杂，操作不当甚至会损伤输送通道，且需要大型水面船只进行作业辅助，这给海底输送通道的日常运维带来不便。与ROV相比，AUV具有能源独立、机动灵活等优点，作业范围更大，智能化水平更高，可在远海大水深区域持续作业，自主执行预定任务，某些体型小巧的AUV可使用小型船只进行人工投放，无须使用专用布放设备，更适合执行海洋沉积物的清理工作，而电机驱动的多自由度机械臂正是适合AUV采用的作业装置。

文献《基于关节限位的自治水下机器人机械手系统运动规划研究》提出了一种中国科学院沈阳自动化研究所研制的可装载于小型AUV上的电动机械臂。该机械臂具有三个自由度，体积小、重量轻，驱动电机直接安装在转动关节的连接处，采用内部走线和充油密封，可实现大深度海底作业。但该机械臂整体安装在水下机器人机体外部，不能收入机体内部，会严重影响水下机器人的航行性能。

发明专利CN 104858891 B提出了一种水下三自由度机械臂，各节臂的壳体均采用圆柱形的外形，壳体内部空间得到充分利用，结构紧凑，减轻了整体结构重量。但该机械臂机械结构较复杂，不能收入机体内部，会影响水下机器人的航行性能，且自身没有电源和控制系统，无法安装在现有水下机器人机体上直接使用。

因此，有必要设计一种体积小、重量轻、可收回、功耗低并可直接安装在AUV机体上使用的机械臂系统。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种水下电动机械臂作业吊舱及使用方法，本发明可直接安装于自主无人水下机器人(AUV)或其他中小型水下机器人机体上使用。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种水下电动机械臂作业吊舱，包括舱体，所述舱体前端设有设备密封舱，设备密封舱内部安装有控制器及水下环境数据采集设备；