[发明专利]一种主动控制恒张力的三连杆式船用自抓放机械臂装置

权利要求书

1.一种主动控制恒张力的三连杆式船用自抓放机械臂装置，包括底座、平衡平台、左平衡臂、右平衡臂、张力传感器、连杆一、连杆二、连杆三、左辅助平衡臂、右辅助平衡臂、主吊索、左平衡索、右平衡索、左辅助平衡索、右辅助平衡索、视觉传感器、吊环、抓钩、PLC控制箱，左平衡臂和右平衡臂分别用左平衡索和右平衡索与抓钩上的吊环相连，左辅助平衡臂和右辅助平衡臂分别用左辅助平衡索和右辅助平衡索与抓钩上的吊环相连，一种主动控制恒张力的三连杆式船用自抓放机械臂装置，其特征是：

(1)一种主动控制恒张力的三连杆式船用自抓放机械臂装置，所选用的三连杆式机械臂具有多个自由度，相比于人工操作的船用起重机，可以自动抓取收放底座附近的鱼雷、潜航器、小艇，抓取收放范围比人工操作的船用起重机更大且不需要人工二次搬运；

(2)平衡平台上左右完全对称的位置放置左平衡臂和右平衡臂、两个张力传感器，连杆三上左右完全对称的位置放置左辅助平衡臂和右辅助平衡臂，连杆三另外安装三个张力传感器，左平衡臂、右平衡臂、左辅助平衡臂、右辅助平衡臂分别用左平衡索、右平衡索、左辅助平衡索、右辅助平衡索与抓钩两侧的吊环相连，左平衡臂、右平衡臂、左辅助平衡臂、右辅助平衡臂通过左平衡索、右平衡索、左辅助平衡索、右辅助平衡索提供四个方向的张力，目的是为了提供与海风、海浪相平衡的力，使抓钩达到静平衡状态，进而使得抓钩在空间内任意方向的运动都受到阻碍，从而达到减摇功能；

当左、右平衡索未失效，仍能为抓钩和被吊物提供张力时，此时抓钩和被吊物受到海风、海浪对抓钩和被吊物的干扰力向运载器外部的海面一侧运动时，抓钩和被吊物的静平衡状态方程为：

式中：G_A为抓钩及被吊物自身的重力；|F_I|为左平衡索张力的模，|F_II|为右平衡索张力的模；|F_III|为左辅助平衡索张力的模；|F_IV|为右辅助平衡索张力的模；|F_m|为主吊索张力的模；|F_r|为海风、海浪对抓钩和被吊物的干扰力的模，F_I与x,y,z轴正方向的夹角分别为θ_1x，θ_1y，θ_1z；F_II与x,y,z轴正方向的夹角分别为θ_2x，θ_2y，θ_2z；F_III与x,y,z轴正方向的夹角分别为θ_3x，θ_3y，θ_3z；F_IV与x,y,z轴正方向的夹角分别为θ_4x，θ_4y，θ_4z；F_m与x,y,z轴正方向的夹角分别为F_r与x,y,z轴正方向的夹角分别为α_x，α_y，α_z；

当左、右平衡索失效，不能为抓钩和被吊物提供张力时,即|F_I|＝|F_II|＝0，此时抓钩和被吊物受到海风、海浪对抓钩和被吊物的干扰力向主动控制恒张力的三连杆式船用自抓放机械臂装置主体一侧运动时，此时抓钩和被吊物静平衡状态方程为：

(3)起吊开始时主吊索的张力传感器采集到的主吊索所受张力，将信号传给PLC控制箱内的PLC控制器，PLC控制器接收到信号开始执行主动控制恒张力模式，左平衡臂、右平衡臂、左辅助平衡臂、右辅助平衡臂都装有张力传感器可实时采集张力数值，将采集到张力值与实际张力值进行比较，得到张力偏差信号，将张力偏差信号传给PLC控制器，由PLC控制器控制左右位置对称的左平衡臂和右平衡臂、左辅助平衡臂和右辅助平衡臂的张开角度，进而改变通过左平衡索、右平衡索、左辅助平衡索、右辅助平衡索所产生的张力的大小，使抓钩在起吊过程中始终保持恒张力状态，进而使得抓钩在空间内任意方向的运动都受到阻碍，从而达到减摇功能；

(4)视觉传感器开始采集目标信息，并判断起吊的物体是否为被吊物，如果判断起吊的物体是被吊物，则将被吊物的位置信息一并传给PLC控制箱内的PLC控制器，PLC控制器将开始进行视觉自动抓取收放模式，此时PLC控制器控制连杆一转动，连杆一的转动进而连杆二开始传动，连杆二的传动进而使连杆三传动到被吊物所在位置，PLC控制器控制抓钩放下，抓住被吊物，完成自动抓取收放工作，而且视觉传感器随着抓钩一起运动，视角范围一直都会在抓钩的周围，不会存在视觉盲区，相比于人工操作船用起重机的吊钩，采用装有视觉传感器的抓钩可以实现自动抓取收放鱼雷、潜航器、小艇。