[发明专利]一种水下作业机器人

摘要

本发明公开一种水下作业机器人，其特征在于该机器人主要包括车体模块、机械手模块或/和水下摄像机模块、功能组件模块及控制模块，各模块之间机械与电气完全隔离；车体模块主要由六轮六驱密封车体、车体直流伺服电机、车体电机驱动器、车体水下超声传感器、车体温度压力传感器、水下照明灯、车体防水插头、车体充气阀及车体防辐射铅板组成；机械手模块主要由基座、腰部、大臂、小臂及末端执行器组成，其中基座、腰部、大臂、小臂之间依次通过中空关节轴连接，机械手内部充气和走线；水下摄像机模块主要由水下摄像机、水下摄像照明灯和二维云台组成；功能组件模块主要有储物盒、水下吸尘器和水下切割器；控制模块主要为主控制台和手控盒。

主权项

一种水下作业机器人，采用模块化设计，其特征在于该机器人主要包括车体模块、机械手模块或/和水下摄像机模块、功能组件模块以及控制模块，各模块之间的机械与电气完全隔离； 所述车体模块主要由六轮六驱密封车体、车体直流伺服电机、车体电机驱动器、车体水下超声传感器、车体温度压力传感器、水下照明灯、车体防水插头、车体充气阀以及车体防辐射铅板组成，对称布置于车体内部的两套带有制动器的车体直流伺服电机，经车体锥齿轮与车体后轴连接，分别驱动车体两侧用同步带连接的车轮前后、左右无级变速运动；车体电机驱动器布置于车体内部隔板之上，用于驱动车体直流伺服电机运动；车体水下超声传感器与水下照明灯安装于车体前侧功能组件模块储物盒之下；车体温度压力传感器通过传感器支架安装于车体内部；车体防水插头安装于车体后侧，在车体内侧分别与车体电机驱动器和车体温度压力传感器连接，在车体外侧与零重力电缆连接，实现车体内部电器元件与岸上控制模块的电气连接；车体充气阀位于车体后侧左下角；车体防辐射铅板布置于车体内部腔体周围；所述的机械手模块主要由基座、腰部、大臂、小臂以及末端执行器组成，其中基座、腰部、大臂、小臂之间依次通过中空关节轴连接，机械手内部充气和走线；基座主要由基座箱体、腰部关节轴、基座直流伺服电机、基座电机驱动器、基座温度压力传感器、基座防水插头、基座充气阀以及基座防辐射铅板组成；基座箱体下侧与车体上部机械连接，上侧经垂直于基座箱体上平面的中空腰部关节轴与腰部连接；基座直流伺服电机布置于基座箱体内部，经基座锥齿轮与腰部关节轴连接，驱动腰部水平旋转；驱动机械手各关节及末端执行器的直流伺服电机的基座电机驱动器均布置于基座箱体内部，位于基座直流伺服电机的两侧；基座温度压力传感器安装于基座箱体内部基座直流伺服电机之上；基座充气阀布置于基座箱体后侧左下角；基座防辐射铅板布置于基座箱体内部腔体周围；腰部的外形前端呈方形，后端为圆柱形，主要由腰部箱体、肩部关节轴和腰部直流伺服电机组成，下侧经腰部关节轴与基座箱体连接，左侧经中空肩部关节轴与大臂箱体连接，其中两个中空轴的轴线垂直且共面；带有制动器的腰部直流伺服电机布置于腰部箱体内部，其轴线与腰部箱体中轴线重合，经腰部锥齿轮与肩部关节轴相连，驱动大臂俯仰转动；大臂的外形呈圆柱形，主要由大臂箱体、肘部关节轴和大臂直流伺服电机组成，前部右侧经中空肘部关节轴与小臂箱体连接，后部右侧经肩部关节轴与腰部连接，其中两个中空轴的轴线平行；带有制动器的大臂直流伺服电机布置于大臂箱体内部，其轴线与大臂箱体中轴线重合，经一对大臂锥齿轮与肘部关节轴连接，驱动小臂实现俯仰转动；小臂外形为圆柱形，主要由小臂箱体、腕部套轴外轴、腕部套轴芯轴、末端执行器直流伺服电机、腕部直流伺服电机、小臂摄像机和小臂水下超声传感器组成，前端经轴线与小臂箱体中轴线重合的腕部套轴外轴与末端执行器连接，后部左侧经肘部关节轴与大臂连接，两轴轴线共面且垂直，与末端执行器连接的腕部套轴外轴轴线与腰部箱体中轴线共面；末端执行器直流伺服电机、腕部直流伺服电机前后布置于小臂箱体内部，其轴线与均小臂箱体中轴线重合，分别经联轴器和圆柱齿轮与腕部套轴芯轴和腕部套轴外轴连接，驱动末端执行器整体旋转；小臂摄像机通过支架安装在小臂箱体右侧；小臂水下超声传感器通过支架安装在小臂摄像机旁；末端执行器主要为一两指面手爪，手爪主要由手爪支架、手指、滚珠丝杠、丝杠螺母、套筒、滑套、拉杆和自适应粘取末端组成，其中手爪经快换机构分别实现手爪支架与腕部套轴外轴和滚珠丝杠与腕部套轴芯轴的连接，安装在滚珠丝杠上的丝杠螺母与滑套相连，滑套与安装在手爪支架上的套筒相连，手爪支架两侧分别经销轴连接一个手指，前端安装有自适应粘取末端的两个拉杆后端与滑套前端连接，且中部与手指中部经销轴连接，腕部套轴芯轴转动带动滑套移动，进而经拉杆带动手指及自适应粘取末端运动，实现手爪的开合及自适应粘取末端位姿的调整，腕部套轴外轴的转动带动手爪支架旋转，进而实现手指的旋转；所述的水下摄像机模块主要由水下摄像机、水下摄像照明灯和二维云台组成，其中水下摄像机与水下摄像照明灯刚性连接在二维云台的输出轴上；所述的功能组件模块主要有储物盒、水下吸尘器和水下切割器；水下吸尘器或/和水下切割器可作为末端执行器安装在机械手上；所述储物盒可根据任务需求安装于车体设计位置上；储物盒由储物盒框架、盒底和盒盖组成，盒底经螺钉与储物盒框架连接，盒盖与储物盒框架经合页连接，所述储物盒框架、盒底和盒盖均采用格栅结构设计；所述的控制模块主要为主控制台和手控盒，二者均位于陆上，通过零重力电缆与水下作业机器人主体连接，实现对机器人主体的自动、半自动和手动控制；所述主控制台内控制系统主要包括常规的电源管理系统、车体运动控制系统、摄像机云台控制系统、机械手动作控制系统、探测传感系统、视频信号采集与处理系统和记录存储系统，并在控制面板上显示相应的信息、布置相应的动作按钮；所述手控盒通过数据总线的通讯方式与主控制台共享所有控制系统，实现对水下作业机器人主体的控制，其面板上同样布置相应的信息显示窗口及动作按钮。