[发明专利]一种自治水下运载器搭载的水下绳驱动机械臂系统

说明书

本发明公开了一种自治水下运载器搭载的水下绳驱动机械臂系统，包括自治水下运载器、电机箱单元、驱动单元、腰部关节单元、腰部平台单元、大臂单元、若干机械臂单元、末端单元以及机械手爪；电机箱单元安装在自治水下运载器上，驱动单元安装在电机箱单元内。本发明各关节驱动单元全部后置于自治水下运载器中，极大地降低机械臂运动部分的重量、减小运动惯量，降低机械臂的运动对系统的扰动，降低功耗，延长系统的作业时间。采用模块化设计理念，可以根据实际需要增加或减少机械臂数目，调整机械臂使用范围及功能。本发明结构简单可行，成本低，能替代或弥补现有系统所搭载的传统机械臂的不足之处，对于海洋探索等水下作业任务具有良好的益处。

技术领域

本发明涉及自治水下运载器-机械臂系统技术领域，尤其涉及一种自治水下运载器搭载的水下绳驱动机械臂系统。

背景技术

海洋面积辽阔，资源丰富，具有极高的探索价值。对海洋进行探索，自治水下运载器-机械臂系统具有活动范围大、机动性好、安全、智能化等优点，成为探索海洋的重要工具。

由于自治水下运载器-机械臂系统是一个无根系统，所以机械臂的运动会对自治水下运载器-机械臂系统造成扰动，影响作业精度。扰动的大小与两个因素有关：1、机械臂运动部分的臂重与自治水下运载器自重之比，比值越小，扰动越小；2、机械臂重心和自治水下运载器重心的重合程度，重心位置越接近，扰动越小。因此，一款适用于自治水下运载器搭载的运动部分重量较小、重心靠近基座的机械臂对于自治水下运载器-机械臂系统的作业精度具有促进作用。

目前，自治水下运载器搭载的机械臂多为传统机械臂，即采用液压、电机驱动，且驱动装置直接安装在关节转轴处，各关节的驱动装置又成为下一级关节的负载，这使得机械臂运动部分重量大、运动惯量大、重心位置离基座远，对于自治水下运载器-机械臂系统的扰动大，影响作业精度；同时功耗大，且为了保证作业精度，系统需要消耗更多电源来抵消扰动，从而降低了作业时间。考虑到绳索可以实现任意路径间拉力的传递，因此可以将传统机械臂关节上的驱动电机后置于基座位置，利用绳索的自由走线特点，将驱动力传至关节处，实现机械臂关节的运动。驱动装置后置于基座上，可极大地减小机械臂运动部分的重量，降低运动惯量，减小机械臂运动对自治水下运载器-机械臂系统的扰动，提高作业精度；同时降低功耗，延长自治水下运载器-机械臂系统的作业时间。

通过对现有公开技术文献检索发现，哈尔滨工程大学张铭均等人研制了一型3自由度水下电驱机械手。该型机械手驱动模块由直流伺服电机和齿轮传动系统等部件组成。中国科学院沈阳自动化研究所张艾群等人研制了一型2自由度水下电驱机械手。该型机械手驱动模块由力矩电机和谐波减速器等构成，结构材料采用聚甲醛，轻量化效果显著。以上几型机械臂对轻量化进行了有益探索，但驱动单元的传统布局限制了其结构进一步优化的空间。南京航空航天大学的徐伟等人的专利(公开号：CN107253182A，名称：绳索驱动多自由度串联机械臂及其驱动方法)及相关论文《7自由度冗余绳驱动机械臂运动分析及仿真》等对钢丝绳索传动机构进行了有益探索，但是其设计的多自由度机械臂，虽然将各关节驱动单元后置到腰部平台上，但仍然会随腰部的运动而运动，转动惯量仍然很大，不适合应用到具体环境中。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种自治水下运载器搭载的水下绳驱动机械臂系统，用绳驱动机械臂代替传统机械臂，解决了驱动装置后置的问题，并为减小对自治水下运载器-机械臂系统的扰动，提高作业精度，延长作业时间提供了有益的解决方法。

技术方案：

一种自治水下运载器搭载的水下绳驱动机械臂系统，包括自治水下运载器、电机箱单元、驱动单元、腰部关节单元、腰部平台单元、大臂单元、若干机械臂单元、末端单元以及机械手爪；所述电机箱单元安装在所述自治水下运载器上，所述驱动单元安装在所述电机箱单元内；