[实用新型]一种面向水下作业的刚性约束多自由度柔性机械手

说明书

一种面向水下作业的刚性约束多自由度柔性机械手，其特征是，该机械手包括：手指、弯曲手臂、旋转手臂、通气管、气泵，所述弯曲手臂、旋转手臂、手指均为硅橡胶材质制成的圆柱体状，其内部分别设有腔道，所述弯曲手臂的两端分别与旋转手臂、手指采用硅橡胶固化连接，所述气泵通过通气管分别与旋转手臂内的腔道、弯曲手臂内的腔道、手指内的腔道连通，以通过气压使弯曲手臂、旋转手臂、手指发生形变而对目标进行抓取。本实用新型在使用时，通过气泵给各个腔道通入高压气体，通过旋转手臂、弯曲手臂和手指的运动组合实现多自由度空间精确无伤抓取水下生物样本。

技术领域

本实用新型涉及水下作业领域，具体涉及一种面向水下作业的刚性约束多自由度柔性机械手。

背景技术

地球上海洋的覆盖率是70.8%，因此海洋中存在丰富的资源。近年来，随着社会的发展，陆地资源已经不能满足人们的需求，人们开始对深海进行资源的开发和利用。深海中存在很多生物资源可以利用，但面对恶劣的深海环境，海水具有腐蚀性，普通机械结构机械手存在使用寿命短，成本高昂，报废率高等问题。

例如：2016年，广西大学申请了一种可控可调高稳固深海抓取手（中国专利公告号：CN205272027U），既能适应小物件的抓取，又能适应大物件的抓取，具有较高的可控性，能够满足深海复杂环境下抓取物件的需求。但是该机构复杂且会对被抓物件的表面会造成损伤。

2017年，刘奕睿发明了一种海洋生物抓取设备（中国专利公告号：CN206101359U），包括水上监控操作平台和水下抓取机构，所述水下抓取机构包括金属捕捞网，通过水上监控到水下实时画面，实现自动智能抓捕操作，且保护生物安全。此装置只能实现定向的抓取，尚未实现精细操作。

而采用硅橡胶类软材质的机械手，同样可以完成抓取的动作，还可以降低了成本。使用硅橡胶这类软材质的机械手抓取水下生物样本，软材质机械手造成的损伤更小。

例如：2016年，华东交通大学申请了一种柔性机器手及其控制方法（中国专利公开号：CN 105598995B），提供一种通过改变结构以适应多种环境的柔性机器手及其控制方法。当执行主体抵触接触物时，执行主体能自身发生形变以适应接触物，并设置控制弹性空腔内压力的驱动组件，实现对弹性空腔内压力的增大或减小，并通过控制组件达到精准检测控制的目的。该柔性机器手由硅橡胶材质制成，虽然具有较高的柔性，在抓取水下生物方面，对生物表面造成较小的损伤。但由于仅采用硅橡胶结构，该柔性机器手负载承受能力低。而且该柔性机械手只包含实现抓取动作的手指部分，不能实现空间中的抓取。

综上可知，现有水下作业机械手在生物抓取过程中存在以下问题：

1）采用硬质金属制成的机械手，在使用中存在寿命短，成本高昂，报废率高等问题，并且在水下生物样本抓取时，对被抓生物的表面造成损伤。

2）采用捕捞式的海洋生物抓取设备，可减小对海洋生物造成的损伤，但不能实现精确定位和定向抓取功能。

3）而采用硅橡胶材质制成的机械手，在水下作业过程中，虽然对被抓生物具有一定程度的保护，但仅采用硅橡胶结构，导致柔性机器手负载承受能力低。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述问题，在深海捕捞抓取领域，根据水下抓取作业的动作特点和抓取要求，提出一种面向水下作业的刚性约束多自由度柔性机械手，配合深海捕捞船使用。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种面向水下作业的刚性约束多自由度柔性机械手，其特征是，该机械手包括：手指、弯曲手臂、旋转手臂、通气管、气泵，所述弯曲手臂、旋转手臂、手指均为硅橡胶材质制成的圆柱体状，其内部分别设有腔道，所述弯曲手臂的两端分别与旋转手臂、手指采用硅橡胶固化连接，所述气泵通过通气管分别与旋转手臂内的腔道、弯曲手臂内的腔道、手指内的腔道连通，以通过气压使弯曲手臂、旋转手臂、手指发生形变而对目标进行抓取。