[发明专利]一种水下机器人用宏微机械臂

摘要

一种水下机器人用宏微机械臂。主要目的在于优化轻型水下机械臂，提高其工作精度和增大其工作空间。其特征在于：由宏机械臂与微机械臂串联形成；宏机械臂采用5自由度的串联机械臂，其自由度分别为腰部的一个左右摆动自由度、大臂的两个上下摆动自由度、腕部的一个旋转自由度、手爪的一个张合自由度；微机械臂采用菱形并联机器人结构，通过菱形机构的虚拟轴代替传递链的实轴的方法来获得较大的伸缩比，微机械臂有3个自由度，两个旋转自由度和一个移动自由度。本种宏微机械臂可以提高水下机器人的工作性能，结构紧凑，在占用同等空间的情况下，其工作空间比常规的机械臂要大的多并且其工作精度也比常规的机械臂要高。

主权项

1.一种水下机器人用宏微机械臂，包括宏机械臂(1)，其特征在于：在所述宏机械臂(1)上连接有腕部液压马达(3)、微机械臂(2)和手爪(4)，其中，宏机械臂(1)和腕部液压马达(3)连接，腕部液压马达(3)和微机械臂(2)连接，微机械臂(2)和手爪(4)连接；宏机械臂(1)包括机械臂基座(5)、大臂横摆液压缸(6)、大臂旋转关节(7)、大臂俯仰液压缸(8)、腕部俯仰液压缸(9)和腕部连接关节(10)；其中，机械臂基座(5)由两个横板(11)和立板(12)组成，横板(11)上有固定孔(13)，用于将本种宏微机械臂固定在机器人的本体上；大臂旋转关节(7)通过轴与机械臂基座(5)连接；大臂横摆液压缸(6)一端与立板(12)连接，另一端与大臂旋转关节(7)连接，通过控制大臂横摆液压缸(6)的收缩与伸长，实现宏机械臂(1)的左右摆动；大臂俯仰液压缸(8)安装在两块侧板(14)内部，大臂俯仰液压缸(8)的一端与大臂旋转关节(7)的上孔以一根轴连接，另一端与侧板(14)上部的孔以轴连接；两块侧板(14)与大臂旋转关节(7)下孔以轴连接；腕部俯仰液压缸(9)一端与侧板(14)上的孔以轴连接，另一端与腕部连接关节(10)连接，两侧板(14)以轴连接；控制大臂俯仰液压缸(8)收缩与伸长，可实现宏机械臂的俯仰动作，控制腕部俯仰液压缸(9)的收缩与伸长，可控制腕部液压马达(3)的仰俯动作；腕部液压马达(3)为MZ摆线液压马达，腕部液压马达(3)的马达机座以螺栓与腕部连接关节(10)连接，腕部液压马达(3)旋转端通过螺栓连接在微机械臂(2)的定平台(15)上，从而使得可以通过对腕部液压马达(3)液压系统的控制来实现微机械臂(2)的顺时针、逆时针360度转动；微机械臂(2)包括由四个相同的第一液压缸(16)、第二液压缸(17)、第三液压缸(18)和第四液压缸(19)、第一连杆(20)、第二连杆(21)、第三连杆(22)和第四连杆(23)、连接件(24)组成的四组菱形连接机构以及带有活塞筒的动平台(25)和定平台(15)；所述四组相同结构菱形连接机构将定平台(15)与动平台(25)连接起来；每一组菱形机构由两根第一连杆(20)与第一液压缸(16)的液压杆(26)以轴连接在定平台(15)上，由两根第二连杆(21)的一端与第一连杆(20)上的孔以轴连接，两根第二连杆(21)的另一端与第一液压缸(16)的液压筒(27)、第三连杆(22)用轴配合的方式连接，第一连杆(20)与第四连杆(23)用轴连接，第三连杆(22)与第四连杆(23)上的孔用轴连接，第四连杆(23)与连接件(24)用轴与动平台(25)连接；第二液压缸(17)与第四液压缸(19)的伸缩量相同且固定，第一液压缸(16)收缩，第三液压缸(18)伸长，以实现动平台(25)的转动；第一液压缸(16)与第三液压缸(18)的伸缩量相同且固定，第二液压缸(17)收缩，第四液压缸(19)伸长，以实现动平台(25)的另一个方向的转动；第一液压缸(16)、第二液压缸(17)、第三液压缸(18)和第四液压缸(19)同时收缩或伸长即可实现微机械臂(2)的收缩或伸长，从而实现所述微机械臂3个自由度的运动；手爪(4)包括手爪基座(28)、活塞杆(29)、滑块(30)、爪根组件(31)、垫块(32)以及爪(33)；活塞杆(29)的一端与动平台(25)上液压筒结构配合，同时动平台(25)与手爪基座(28)之间加密封垫圈用螺栓密封，使活塞杆(29)、动平台(25)和手爪基座(28)构成液压缸，活塞杆(29)的另一端用螺栓固定连接呈长方体状的滑块(30)；两个爪根组件(31)安装在手爪基座(28)对称的两个孔上，滑块(30)镶嵌在爪根组件(31)的凹槽内；两个爪(33)用螺栓固定在一个爪根组件(31)的两侧，另外两个爪(33)与爪根组件(31)间加垫块(32)，用螺栓分别固定于根组件(31)的两侧；活塞杆(29)与动平台(25)构成液压缸；液压油进入动平台(25)内后使得活塞杆(29)伸长，滑块(30)通过与爪根组件(31)上的凹槽配合实现手爪的张开，当活塞杆(29)收缩时，滑块(30)带动爪根组件(31)，实现手爪的闭合。