(12)实用新型专利
(10)授权公告号 CN 215884028 U(45)授权公告日 2022.02.22
(21)申请号 202121812393.8(22)申请日 2021.08.04
(73)专利权人 北京理工大学珠海学院
地址 519000 广东省珠海市香洲区唐家湾
金凤路6号(72)发明人 莫伟强 谢意 李文轩 陈杨婉
罗兴发 王伟洲 (74)专利代理机构 广州广典知识产权代理事务
所(普通合伙) 44365
代理人 谢伟 黄晚华(51)Int.Cl.
B63C 11/52(2006.01)B63G 8/08(2006.01)B25J 11/00(2006.01)B25J 15/08(2006.01)
权利要求书1页 说明书4页 附图2页
B25J 9/16(2006.01)
(54)实用新型名称
水下抓取机械臂与水下抓取机器人(57)摘要
本实用新型公开了一种水下抓取机械臂，机械臂前端设有左右对置的机械爪，机械臂后端设有控制所述机械臂摆动的第一控制装置，所述第一控制装置与所述机械爪之间设有第二控制装置，所述机械爪后端铰接在所述第二控制装置的前端，所述第二控制装置内设有沿所述机械臂纵向往复移动的移动部，所述机械爪上设有牵引件，所述牵引件固定在所述移动部上。该机械爪具备了多种自由度的活动能力，在水下能够灵活抓取物体。本实用新型还公开了一种水下抓取机器人，能够快速抓取精准物体、工作效率高。
CN 215884028 UCN 215884028 U
权 利 要 求 书
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1.水下抓取机械臂，其特征在于，机械臂前端设有左右对置的机械爪，机械臂后端设有控制所述机械臂摆动的第一控制装置，所述第一控制装置与所述机械爪之间设有第二控制装置，所述机械爪后端铰接在所述第二控制装置的前端，所述第二控制装置内设有沿所述机械臂纵向往复移动的移动部，所述机械爪上设有牵引件，所述牵引件固定在所述移动部上。
2.如权利要求1所述的水下抓取机械臂，其特征在于，所述第一控制装置包括上下摆动装置和左右摆动装置，所述上下摆动装置安装在所述第一控制装置的侧面，所述左右摆动装置安装在所述第一控制装置的顶面或底面。
3.如权利要求2所述的水下抓取机械臂，其特征在于，所述机械臂的后端设有类似U形的安装架，所述安装架的底板固定在所述第二控制装置上，所述安装架镂空区上端设有盖板，所述左右摆动装置固定在所述盖板上，所述上下摆动装置固定在所示安装架的侧板上。
4.如权利要求1所述的水下抓取机械臂，其特征在于，所述第二控制装置的后端设有水
所述绕线器与所述水下舵机同轴安装，所下舵机，所述第二控制装置后端内部设有绕线器，
述第二控制装置的前端设有机架，所述机架与所述绕线器之间设有拉线，所述牵引件的自由端固定在所述机架前端，所述机架形成所述移动部。
5.如权利要求4所述的水下抓取机械臂，其特征在于，所述第二控制装置内部镂空，所述第二控制装置的两端为圆盘状的安装板，所述安装板之间设有紧固件，前端的所述安装板中心设有通孔，所述机架前端穿过所述通孔向外延伸。
6.如权利要求4所述的水下抓取机械臂，其特征在于，所述机械爪上固定有拉杆，还设有与所述机架垂直安装的固定杆，所述拉杆分别固定在所述固定杆的两端，所述拉杆与所述固定杆形成所述牵引件，所述固定杆与所述机架之间设有复位弹簧。
7.如权利要求1所述的水下抓取机械臂，其特征在于，所述机械爪前端设有弧形部，所述机械爪后端设有连杆，所述弧形部固定在所述连杆上，所述连杆固定在所述第二控制装置上，所述牵引件前端固定在所述连杆前端。
8.水下抓取机器人，其特征在于，包括权利要求1至权利要求7任一项所述的水下抓取机械臂，还包括支架和三对推进器，所述水下抓取机械臂固定在所述支架的前端，所述支架的前端、后端各设有一对所述推进器，所述支架的中部设有一对所述推进器。
9.如权利要求8所述的水下抓取机器人，其特征在于，所述支架前端的一对所述推进器之间的夹角、所述支架后端的一对所述推进器之间的夹角均为60度。
10.如权利要求8所述的水下抓取机器人，其特征在于，所述支架包括上下间隔设置的两块支架底板和左右相对设置的两块支架侧板，所述支架侧板固定在所述支架底板上，所述支架侧板上设有镂空部。
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说 明 书
水下抓取机械臂与水下抓取机器人
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技术领域
[0001]本实用新型属于水下机器人领域，特别涉及一种水下抓取机械臂及水下抓取机器人。
背景技术
[0002]我国水下机器人发展迅猛，各类型的水下机器人不断问世，广泛应用于水下资源收集、样本采集等工作。考虑到水下工作环境和阻力的影响，为了可靠、高效地完成水下工作，对水下机械臂的动作精度和灵活性均有较高的要求。
[0003]目前水下机械臂多为两个自由度的直线延伸机械结构，灵活度较低，抓取物体时往往需要推进器精准调节位姿以配合机械臂才能夹取物体，效率较低。发明内容
[0004]本实用新型的目的在于提供一种水下抓取机械臂，该水下抓取机械臂能多个自由度运动，抓取精准快速。本实用新型还提供了一种水下抓取机器人，能全方位灵活运动，快速抓取、效率高。
[0005]其技术方案如下：[0006]水下抓取机械臂，机械臂后端设有控制所述机械臂前端设有左右对置的机械爪，机械臂摆动的第一控制装置，所述第一控制装置与所述机械爪之间设有第二控制装置，所述机械爪后端铰接在所述第二控制装置的前端，所述第二控制装置内设有沿所述机械臂纵向往复移动的移动部，所述机械爪上设有牵引件，所述牵引件固定在所述移动部上。[0007]在其中一个实施例中，所述第一控制装置包括上下摆动装置和左右摆动装置，所述上下摆动装置安装在所述第一控制装置的侧面，所述左右摆动装置安装在所述第一控制装置的顶面或底面。
[0008]在其中一个实施例中，所述机械臂的后端设有类似U形的安装架，所述安装架的底板固定在所述第二控制装置上，所述安装架镂空区上端设有盖板，所述左右摆动装置固定在所述盖板上，所述上下摆动装置固定在所示安装架的侧板上。[0009]在其中一个实施例中，所述第二控制装置的后端设有水下舵机，所述第二控制装置后端内部设有绕线器，所述绕线器与所述水下舵机同轴安装，所述第二控制装置的前端设有机架，所述机架与所述绕线器之间设有拉线，所述牵引件的自由端固定在所述机架前端，所述机架形成所述移动部。[0010]在其中一个实施例中，所述第二控制装置内部镂空，所述第二控制装置的两端为圆盘状的安装板，所述安装板之间设有紧固件，前端的所述安装板中心设有通孔，所述机架前端穿过所述通孔向外延伸。[0011]在其中一个实施例中，所述机械爪上固定有拉杆，还设有与所述机架垂直安装的固定杆，所述拉杆分别固定在所述固定杆的两端，所述拉杆与所述固定杆形成所述牵引件，所述固定杆与所述机架之间设有复位弹簧。
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说 明 书
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在其中一个实施例中，所述机械爪前端设有弧形部，所述机械爪后端设有连杆，所
述弧形部固定在所述连杆上，所述连杆固定在所述第二控制装置上，所述牵引件前端固定在所述连杆前端。
[0013]本实用新型的水下抓取机械臂的技术方案具有以下的优点及效果：[0014]通过在机械臂后端设置控制所述机械臂摆动的第一控制装置，实现机械臂的自由摆动；机械爪上设有牵引件,通过第二控制装置往复拉动牵引件，实现机械爪的开合来抓取物体。因此，机械爪具备了多种自由度的活动能力，在水下能够灵活抓取物体。[0015]水下抓取机器人，其包括上述的水下抓取机械臂，还包括支架和三对推进器，所述水下抓取机械臂固定在所述支架的前端，所述支架的前端、后端各设有一对所述推进器，所述支架的中部设有一对所述推进器。[0016]在其中一个实施例中，所述支架前端的一对所述推进器之间的夹角、所述支架后端的一对所述推进器之间的夹角均为60度。[0017]在其中一个实施例中，所述支架包括上下间隔设置的两块支架底板和左右相对设置的两块支架侧板，所述支架侧板固定在所述支架底板上，所述支架侧板上设有镂空部。[0018]本实用新型的水下抓取机器人的技术方案具有以下的优点及效果：[0019]在支架的前端、后端各设有一对推进器，支架的中部设有一对推进器，通过三对推进器实现机器人的水下全方位运动，再通过水下抓取机械臂来灵活抓取物体，实现水下抓取机器人快速抓取精准物体、工作效率高。附图说明
[0020]此处的附图，并与具体实施方式构示出了本实用新型所述技术方案的具体实例，成说明书的一部分，用于解释本实用新型的技术方案、原理及效果。[0021]除非特别说明或另有定义，不同附图中，相同的附图标记代表相同或相似的技术特征，对于相同或相似的技术特征，也可能会采用不同的附图标记进行表示。[0022]图1为水下抓取机器人实施例示意图；[0023]图2为水下抓取机械臂实施例示意图；[0024]图3为第一控制装置示意图。[0025]附图标记说明：[0026]10、机械臂，11、机械爪，12、拉杆，13、固定杆，14、复位弹簧，15、弧形部，16、连杆，17、牵引件，20、第一控制装置，20a、上下摆动装置，20b、左右摆动装置，21、安装架，21a、底板、21b、盖板，21c、侧板，30、第二控制装置，31、移动部，32、舵机，33、绕线器，34、机架，34a、延伸轴，35、拉线，36、安装板，37、支撑杆，40、支架侧板，41、支架底板，42、镂空部，43、推进器，44、核心仓。具体实施方式
[0027]为了便于理解本实用新型，下面将参照说明书附图对本实用新型的具体实施例进行更详细的描述。
[0028]除非特别说明或另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与所属技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在结合本实用新型技术方案的现实场景的情况下，本文所
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说 明 书
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使用的所有技术和科学术语也可以具有与实现本实用新型的技术方案的目的相对应的含义。
[0029]除非特别说明或另有定义，本文所使用的“第一、第二…”仅仅是用于对名称的区分，不代表具体的数量或顺序。
[0030]除非特别说明或另有定义，本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。[0031]需要说明的是，当元件被认为“固定于”另一个元件，它可以是直接固定在另一个元件上，也可以是存在居中的元件；当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件，也可以是同时存在居中元件；当一个元件被认为是“安装在”另一个元件，它可以是直接安装在另一个元件，也可以是同时存在居中元件。当一个元件被认为是“设在”另一个元件，它可以是直接设在另一个元件，也可以是同时存在居中元件。[0032]除非特别说明或另有定义，本文所使用的“所述”、“该”为相应位置之前所提及或描述的技术特征或技术内容，该技术特征或技术内容与其所提及的技术特征或技术内容可以是相同的，也可以是相似的。[0033]毫无疑义，与本实用新型的目的相违背，或者明显矛盾的技术内容或技术特征，应被排除在外。
[0034]如图1所示，推进器43以及机械臂本实施例的水下抓取机器人主要包括核心仓44、10。核心仓44为水下抓取机器人的控制部分，用于放置各种电子元器件等。核心仓44为正方体形状，核心仓44上设有了多个接线口，用于与推进器43以及机械臂10的舵机之间的连接，既方便加工装配，又能同时保证密封防水性能。[0035]核心仓44、具体的，支架包括两块支架底板41推进器43和机械臂10安装在支架上。和两块支架侧板40，上下两块支架底板41之间固定了核心仓44、推进器43，机械臂10固定在其中一块支架底板41上。支架底板41的两侧安装有支架侧板40，支架侧板40的中心还设有一个类似矩形的镂空部42，方便搬运机器人。本实施例由于主要由板块零件构成，呈对称形状，能显著减少流体阻力。[0036]其中，推进器43设置了三对，支架底板41的前端、后端、纵向的中心各安装了一对，每对推进器43均以支架底板41的纵向轴为中心左右对称安装。前端的两个推进器43用于推动水下抓取机器人前进；后端的两个推进器43用于推动水下抓取机器人后退；中间的一对推进器43用于推动水下抓取机器人的上浮和下潜。[0037]进一步的，本实施例中的前端两个推进器43形成的夹角和后端两个推进器43形成的夹角相同，均为60度，能够有效地实现水下抓取机器人的前进、后退、上浮、下潜、转弯等运动，提高运动灵活性。通过六个推进器，水下抓取机器人可以全方位灵活运动，运动时非常平稳。
[0038]如图2所示，机械臂10前端设有左右对置的机械爪11，后端连接有控制机械臂10摆动的第一控制装置20，第一控制装置20与机械爪11之间还连接有第二控制装置30。[0039]其中，第一控制装置20使机械臂10上下摆动和左右摆动，包括上下摆动装置20a和左右摆动装置20b。如图3所示，第一控制装置20包括了一个类似U形的安装架21，安装架21镂空区的上方设置了一块盖板21b，盖板21b与侧板21c固定连接，左右摆动装置20b固定在盖板21b上，上下摆动装置20a固定在侧板21c上。在本实施例中，上下摆动装置20a包括一个
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舵机和与舵机同轴连接的圆码盘，圆码盘固定在盖板21b上，通过舵机的旋转实现机械臂10的左右摆动。类似的，左右摆动装置20b包括一个舵机和与舵机同轴连接的圆码盘，圆码盘固定在侧板21c上，通过舵机的旋转实现机械臂10的上下摆动。显然，也可以在安装架21镂空区的下方设置一个底板，从而将左右摆动装置20b安装在底下。上下摆动装置20a可以安装在安装架21内部的镂空区域，也可以安装在安装架21的外部，也可以左侧、右侧各安装一个。
[0040]第二控制装置30安装在机械爪11与第一控制装置20之间。具体的，第二控制装置30的内部镂空，两端为圆盘状的安装板36，两侧的安装板36之间用双头铜柱等紧固件固定连接。前端的安装板36上安装了支撑杆37,支撑杆37与机械爪11的后端相铰接。后端的安装板36与安装架21的底板21a相固定。为了实现机械爪11的灵活开合，在第二控制装置30内部设有沿机械臂10纵向往复移动的移动部31，机械爪11上的牵引件固定在移动部31上，从而移动部31往复移动同时拉动机械爪11，实现机械爪11的开合。具体的，机械爪11上固定安装
两侧的拉杆12的另一端铰接在固定杆13的两端，固定杆13固定在移动部31上。拉了拉杆12，
杆12与固定杆13一起形成机械爪11的牵引件，拉动固定杆13时带动两侧拉杆12收缩或扩张从而间接实现机械爪11的开合。第二控制装置30后端内部安装有绕线器33，绕线器33下方同轴安装有舵机32，第二控制装置30的前端设有机架34，机架34与绕线器33之间卡紧安装了拉线35。前端安装板36的中心设有通孔，机架34朝向机械爪11方向一侧延伸了一根延伸轴34a，延伸轴34a的自由端穿过安装板36上的通孔，与固定杆13固定连接。固定杆13与延伸轴34a相互垂直安装，类似T字。本实施例中机架34为第二控制装置30的移动部31，通过舵机32带动绕线器33旋转，拉动机架34左右往复移动，实现机械爪11的开合。[0041]可选的，也可以不设置固定杆13，而将拉杆12直接固定在延伸轴34a的自由端。[0042]进一步的，延伸轴34a的前端与固定杆13相接处设有凹槽，凹槽内安装有复位弹簧14，当移动部31向左回位时，复位弹簧14进一步推动牵引件17，从而增加机械爪11张开时的张力。显然，复位弹簧14具体位置不作限制，也可以设置在延伸轴34a的后端。[0043]进一步的，机械爪11前端设有弧形部15，后端设有连杆16，弧形部15与连杆16通过紧固件固定连接，连杆16铰接在第二控制装置30的支撑杆37上，拉杆12固定在连杆16的前端。
[0044]可选的，第二控制装置30也可以用其他直线往复机构代替，为了防水，也可以将直线往复机构封装在盒体内。本实施例中空结构的第二控制装置30有利于减少水的阻力。拉线35也可以用弹簧等其他弹性装置来代替。[0045]本实施例通过线传动向后拉紧，带动拉杆12，通过连杆16与机械爪11相连接形成的转动副驱动左右机械爪11之间闭合形成夹取动作。当舵机32反向转动时，线传动松开，复位弹簧14回位，加速推动拉杆12向外扩，驱动转动副带动机械爪11，使机械爪11形成放开动作，以此实现对物品的放置。[0046]以上实施例的目的，是对本实用新型的技术方案进行示例性的再现与推导，并以此完整的描述本实用新型的技术方案、目的及效果，其目的是使公众对本实用新型的公开内容的理解更加透彻、全面，并不以此限定本实用新型的保护范围。
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