本實(shí)用新型涉及機(jī)械臂，具體涉及三自由度水下機(jī)械臂，用于解決海下作業(yè)問(wèn)題。

背景技術(shù)：

隨著人類(lèi)對(duì)海洋進(jìn)一步認(rèn)識(shí)開(kāi)發(fā)與利用，水下作業(yè)機(jī)械臂是完成水下作業(yè)任務(wù)的重要工具，水下機(jī)械臂需要順利高效地完成各種海底作業(yè)，包括海洋工程、港口建設(shè)、海洋石油、科學(xué)研究和海軍防務(wù)等諸多領(lǐng)域，在水下勘探、水下采礦、海洋石油工程等領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，水下機(jī)械臂已經(jīng)成為人們認(rèn)識(shí)、開(kāi)發(fā)和利用海洋的一個(gè)重要工具。但由于水下特殊的工況環(huán)境，與陸上機(jī)械臂相比，水下機(jī)械臂的體系結(jié)構(gòu)與控制技術(shù)有許多特殊的問(wèn)題需要解決。

例如需要考慮到：1滿(mǎn)足水下作業(yè)自如，因?yàn)樗颅h(huán)境復(fù)雜，機(jī)械臂如果要完成有難度的機(jī)械動(dòng)作一定要對(duì)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)有較高要求；2水密性好，機(jī)械臂的質(zhì)量要輕，因?yàn)橘|(zhì)量的增加必定導(dǎo)致性能的下降，以及成本的成倍上升；3驅(qū)動(dòng)力要足以克服流體運(yùn)動(dòng)阻力，盡量減小內(nèi)部軸承的損害，因?yàn)樗伦鳂I(yè)存在流體運(yùn)動(dòng)阻力，對(duì)機(jī)械的強(qiáng)度要有一定要求；4驅(qū)動(dòng)裝置要達(dá)到要求，避免采用液壓系統(tǒng)，因?yàn)橐簤合到y(tǒng)體積龐大，重量較大，零件較多，零件加工復(fù)雜，使機(jī)械臂加工和維修成本較高。根據(jù)水下作業(yè)機(jī)械臂工作環(huán)境、工作內(nèi)容及性能的要求，本實(shí)用新型提出了三自由度水下機(jī)械臂。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種三自由度水下機(jī)械臂。

本實(shí)用新型是一種三自由度水下機(jī)械臂，包括括基座1、腰部機(jī)構(gòu)2、肘部機(jī)構(gòu)3、腕部機(jī)構(gòu)4、機(jī)械手部機(jī)構(gòu)5，監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)6，腰部機(jī)構(gòu)連接的是基座1與旋轉(zhuǎn)臺(tái)27，所執(zhí)行的運(yùn)動(dòng)為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，肘部機(jī)構(gòu)3連接旋轉(zhuǎn)臺(tái)27和小臂18，其運(yùn)動(dòng)為俯仰運(yùn)動(dòng)，腕部機(jī)構(gòu)4連接小臂18與機(jī)械手部機(jī)構(gòu)5，其運(yùn)動(dòng)為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，機(jī)械爪24連接在機(jī)械手部機(jī)構(gòu)5上，其運(yùn)動(dòng)為開(kāi)合運(yùn)動(dòng)，所述的基座外殼9、旋轉(zhuǎn)臺(tái)27、小臂外殼22均為圓筒形殼體；基座1作為多自由度水下作業(yè)機(jī)械臂的載體，旋轉(zhuǎn)臺(tái)27與基座1配合安裝。

本實(shí)用新型的有益效果是：各殼體形狀均為圓筒形殼體形狀，使內(nèi)部空間達(dá)到最大利用，節(jié)省材料并且空間面積達(dá)到最大，也減輕了整體結(jié)構(gòu)的重量，零部件布置合理，利用蝸輪蝸桿達(dá)到減速效果，從而也能達(dá)到俯仰運(yùn)動(dòng)效果和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)效果，絲桿傳動(dòng)方式將減速電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為絲桿滑塊的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。該種運(yùn)動(dòng)自帶限位和自鎖功能，能夠確保運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的三自由度水下機(jī)械臂示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本實(shí)用新型是一種三自由度水下機(jī)械臂，包括括基座1、腰部機(jī)構(gòu)2、肘部機(jī)構(gòu)3、腕部機(jī)構(gòu)4、機(jī)械手部機(jī)構(gòu)5，監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)6，腰部機(jī)構(gòu)連接的是基座1與旋轉(zhuǎn)臺(tái)27，所執(zhí)行的運(yùn)動(dòng)為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，肘部機(jī)構(gòu)3連接旋轉(zhuǎn)臺(tái)27和小臂18，其運(yùn)動(dòng)為俯仰運(yùn)動(dòng)，腕部機(jī)構(gòu)4連接小臂18與機(jī)械手部機(jī)構(gòu)5，其運(yùn)動(dòng)為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，機(jī)械爪24連接在機(jī)械手部機(jī)構(gòu)5上，其運(yùn)動(dòng)為開(kāi)合運(yùn)動(dòng)，所述的基座外殼9、旋轉(zhuǎn)臺(tái)27、小臂外殼22均為圓筒形殼體；基座1作為多自由度水下作業(yè)機(jī)械臂的載體，旋轉(zhuǎn)臺(tái)27與基座1配合安裝。

本實(shí)用新型具有三自由度，其腰部結(jié)構(gòu)所執(zhí)行的運(yùn)動(dòng)為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),肘部結(jié)構(gòu)連接旋轉(zhuǎn)臺(tái)和小臂其運(yùn)動(dòng)為俯仰運(yùn)動(dòng)，腕部機(jī)構(gòu)連接小臂與手部機(jī)構(gòu)其運(yùn)動(dòng)為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，機(jī)械手機(jī)構(gòu)上裝有監(jiān)測(cè)裝置，以便于更加精確的進(jìn)行水下作業(yè)，（1）為解決作業(yè)不靈活缺點(diǎn)，本實(shí)用新型采用俯仰運(yùn)動(dòng)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)相結(jié)合的方式。（2）為了解決水密性差結(jié)構(gòu)臃腫的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型采用“o”型密封圈結(jié)構(gòu)，并且把電機(jī)安放在殼體內(nèi)，使殼體內(nèi)部空間得到充分利用，零件空間布置合理，結(jié)構(gòu)緊湊，（3）為減小阻力要求，保護(hù)機(jī)械外殼，機(jī)械外殼設(shè)計(jì)成圓筒形殼體。（4）為解決水下驅(qū)動(dòng)力不足問(wèn)題，本實(shí)用新型采用直流電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源，不同于水下機(jī)械臂常用的液壓系統(tǒng)。

本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的三自由度水下機(jī)械臂，包括基座、腰部機(jī)構(gòu)、肘部機(jī)構(gòu)、腕部機(jī)構(gòu)、機(jī)械手機(jī)構(gòu)，每個(gè)關(guān)節(jié)要求設(shè)計(jì)成傳動(dòng)的模塊化結(jié)構(gòu)或者是集成驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)?；Y(jié)構(gòu)中的回轉(zhuǎn)平臺(tái)與基座配合安裝，其腰部結(jié)構(gòu)所執(zhí)行的運(yùn)動(dòng)為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)臺(tái)能在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，肘部機(jī)構(gòu)連接旋轉(zhuǎn)臺(tái)和小臂，其運(yùn)動(dòng)為俯仰運(yùn)動(dòng)，在步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下小臂能相對(duì)于旋轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)動(dòng)，腕部機(jī)構(gòu)連接小臂與機(jī)械手部機(jī)構(gòu)，其運(yùn)動(dòng)為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下機(jī)械手部機(jī)構(gòu)相對(duì)于小臂運(yùn)動(dòng)，機(jī)械爪連接在機(jī)械手部機(jī)構(gòu)上，其運(yùn)動(dòng)為開(kāi)合運(yùn)動(dòng)，所述的基座殼體、旋轉(zhuǎn)臺(tái)殼體、小臂殼體均為圓筒形殼體。

如圖1所示，所述回轉(zhuǎn)控制機(jī)構(gòu)包括設(shè)于基座內(nèi)的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)單元和設(shè)于基座的傳動(dòng)單元；基座底部與下底端蓋7利用螺栓進(jìn)行密封鏈接，基座內(nèi)的步進(jìn)電機(jī)鏈接蝸桿11，繼而蝸桿帶動(dòng)蝸輪8進(jìn)行減速傳動(dòng)，蝸輪與軸10用螺栓鏈接29，基座設(shè)計(jì)成圓筒形狀，基座頂部中心有圓孔，用以進(jìn)行軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，基座與旋轉(zhuǎn)臺(tái)通過(guò)軸與軸孔連接，基座外部上方設(shè)有凹槽，用來(lái)安放深溝球軸承28，軸承運(yùn)轉(zhuǎn)處利用O型密封圈進(jìn)行密封。

如圖1所示，所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)可在水平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)并且和基座通過(guò)軸與軸孔配合連接，旋轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)成圓筒形狀，所述俯仰控制機(jī)構(gòu)包括設(shè)于基座內(nèi)的俯仰驅(qū)動(dòng)單元和設(shè)于基座的傳動(dòng)單元；旋轉(zhuǎn)臺(tái)上方安裝有第二步進(jìn)電機(jī)12，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)第一齒輪13轉(zhuǎn)動(dòng)，第一齒輪13帶動(dòng)第二齒輪14進(jìn)行傳動(dòng)，第二齒輪14的另一側(cè)為蝸桿16形狀，蝸桿帶動(dòng)蝸輪17進(jìn)行減速傳動(dòng)，軸承采用圓錐滾子軸承15，旋轉(zhuǎn)臺(tái)與小臂運(yùn)動(dòng)連接處通過(guò)螺紋安裝有密封法蘭26。

如圖1所示，所述小臂機(jī)構(gòu)18能相對(duì)旋轉(zhuǎn)臺(tái)做俯仰運(yùn)動(dòng)，小臂機(jī)構(gòu)中，所述回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)控制機(jī)構(gòu)包括小臂與機(jī)械手部機(jī)構(gòu)5，內(nèi)部通過(guò)第三步進(jìn)電機(jī)19驅(qū)動(dòng)，電機(jī)帶動(dòng)連桿21進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，軸承采用圓錐滾子軸承20，各端蓋采用螺釘安裝，運(yùn)動(dòng)連接部分采用O型密封圈密封。

如圖1所示，所述的機(jī)械手部機(jī)構(gòu)5的開(kāi)合運(yùn)動(dòng)控制采用絲桿23傳動(dòng)方式，利用絲桿傳動(dòng)方式將減速電機(jī)25的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為絲桿滑塊的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，機(jī)械爪與小臂通過(guò)軸與軸孔連接，機(jī)械爪24采用二爪結(jié)構(gòu)，機(jī)械爪上側(cè)安裝有監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)6，各端蓋采用螺釘安裝。

如圖1所示，所述監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)6為水下攝像機(jī)、超聲波測(cè)距器、紅外線(xiàn)發(fā)射器，通過(guò)螺母安裝在機(jī)械手部機(jī)構(gòu)5上側(cè)。

本實(shí)用新型的工作過(guò)程為：首先，在后臺(tái)的檢測(cè)裝置檢測(cè)到需要檢測(cè)區(qū)域的坐標(biāo)位置，通過(guò)計(jì)算機(jī)將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)，在步進(jìn)電機(jī)1的驅(qū)動(dòng)下，旋轉(zhuǎn)臺(tái)2在水平面內(nèi)繞基座3旋轉(zhuǎn)，若要進(jìn)一步調(diào)整位置，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)4工作，步進(jìn)電機(jī)4帶動(dòng)齒輪5運(yùn)動(dòng)，齒輪5帶動(dòng)齒輪6運(yùn)動(dòng)，齒輪6另一側(cè)設(shè)計(jì)成蝸桿結(jié)構(gòu)，蝸桿7帶動(dòng)渦輪8運(yùn)動(dòng)，小臂9繞軸21轉(zhuǎn)動(dòng)，小臂相對(duì)于旋轉(zhuǎn)臺(tái)作俯仰運(yùn)動(dòng)，為了將進(jìn)一步達(dá)到精確要求驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)10工作，帶動(dòng)連接件31轉(zhuǎn)動(dòng)，連桿31帶動(dòng)機(jī)械爪24進(jìn)行開(kāi)合運(yùn)動(dòng)，從而進(jìn)行抓取；監(jiān)測(cè)裝置安裝在機(jī)械爪外殼上，在研究者的操作下抵達(dá)目標(biāo)區(qū)域后，水下攝像機(jī)、超聲波測(cè)距器、紅外線(xiàn)發(fā)射器等探測(cè)裝置12開(kāi)始工作，定位目標(biāo)物體的坐標(biāo)位置、表面體征、物理特性等，并將數(shù)據(jù)傳遞給計(jì)算機(jī)，從而達(dá)到水下監(jiān)測(cè)研究的功能，提高研究工作效率。