[发明专利]一种吸取式水下机械手及其吸取方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种吸取式水下机械手装置及其吸附物体的方法。这种具有八爪机械腕结构的装置，在海底打捞、海底探测等工作领域将表现出良好的吸附和抓取能力。这种海底吸附、抓取物体机械手装置的设计灵感来源于海底生活的章鱼，它与现在水下机械手普遍采用的抓取方法有着明显区别，它为新型水下机械手的研究提供了新的参考内容。

技术背景：

21世纪人类发展将走向海洋，因此占全球面积近3/4的海洋将成为人类赖以生存发展的关键因素。随着世界各国对海洋经济发展的需求愈加旺盛，海洋资源开发和利用成为许多国家发展战略的重点。在这场意义深远的海洋资源争夺战中，水下机器人将在海洋资源开发利用、海底探测、水下工程、水下救助乃至水下生产等领域发挥出巨大作用。作为水下机器人的基本抓取部件---水下机械手则是其必不可少的水下装备之一,如果没有水下机械手，水下机器人也就变成了一个水下观察平台，极大降低了它的使用价值。

虽然近年来水下机械手在研发方面发展较为迅速，但从水下机械手的总体类型、总体作业水平和作业效率等方面综合评价，现有的水下机械手设备还存在着一些不足。现在普遍使用的水下机械手型式上主要是指夹式，结构上通常为关节式。一方面，这样结构的机械手作业范围有限，特别是在海底打捞、抓取海底沉积物体等方面，现有机械手的作业效果不理想，容易出现物体中途脱落现象。另一方面，由于海底复杂的环境和海水中存在的水动力影响，水下机械人在作业过程中，依靠指夹式机械手很难牢固抓取旁边的物体而实现水下定位。当被抓取物体的大小、形状和类型改变时，现有机械手的抓取效果也会出现很大变化，工作稳定性较差。

本发明所提及的这种新型吸取式水下机械手的设计理念来源于海底生活的章鱼，它将原来机械手在抓取物体时所采用的夹取式抓取方式设计为类似于章鱼活动的抓取式和吸取式。它通过液压油缸来驱动和操控安装在基座上的八个机械腕，实现八爪抓取和吸附物体的作用。这种新型吸取式水下机械手既增大了海底作业范围，又提高了抓取物体的牢固性，并且具有操作灵活和工作可靠的特点。

发明内容：

本发明提供一种吸取式水下机械手装置及其吸取方法，该机械手在水下作业抓取物体时，由于具有较大的工作面积，能保证抓取物体的牢固性，克服了现有机械手在此方面的不足。这种机械手的工作方法类似于海底章鱼抓取物体的原理，在抓和吸的共同作用下提高机械手在海里作业的效率，为新型水下机械手的研制提供了宝贵的理论知识。

下面接合附图进一步说明本发明的具体内容及实施方式：

一种吸取式水下机械手，主要由机械手臂底座、液压油缸、液压马达、套轴、机械手基座、机械腕、吸盘杆组组成，所述机械手臂底座45一端的万向球1与艇体万向球座连接，另一端与具有定位卡槽的单级液压油缸33连接，单级液压油缸伸缩轴46与机械手套轴32连接，所述机械手基座8通过密封轴承31与机械手套轴32配合连接，机械手套轴32中部的液压马达支座30上安装液压马达28，所述液压马达28上的齿轮27与机械手基座8端部齿槽9相互啮合，所述机械手基座8上均匀排布有多只分段组成的机械腕，所述各段机械腕之间分别通过液压油缸连接，安装有吸盘22的吸盘杆组20按序安装在机械手腕的底面上。

所述万向连接是指机械手臂底座的万向球1与艇体万向球座连接，同时三个一级液压油缸（3）一端的万向球结构（2）与艇体其它三个万向球座连接，另一端与一级液压缸座（4）连接。

所述多只分段机械腕为C级八只分为三段的机械腕，所述的三段机械腕为依次交接的A级机械腕13、B级机械腕16和机械腕18，所述A级机械腕13的一端与机械手基座8上的机械腕座26连接，所述液压油缸由二级液压油缸11、三级液压油缸15和四级液压油缸17组成。

所述二级液压油缸11与基座二级液压缸座10和A级机械腕液压缸座12连接；所述三级液压油缸15与B级机械腕16上缸座和A级机械腕13上缸座连接；所述四级液压油缸17与C级机械腕18上缸座和B级机械腕16上缸座连接；所述吸盘杆组20按序安装在机械手腕底面的吸盘杆组安装孔25上，T型杆21连接处为铰接，T型杆件横杆24两端各安装一个吸盘22。

所述单级液压油缸伸缩轴46的正常恢复位置47不是单级液压油缸伸缩轴46的最大收缩位置，机械手套轴32上的单级液压缸连接端37与单级液压油缸伸缩轴46端部凹孔配合，固定机械手套轴32和单级液压油缸伸缩轴46的连接销6具有特定的刚性，使单级液压油缸33在紧急情况下，通过单级液压油缸伸缩轴46向最大收缩位置的运动来剪断连接销6，保证机械手的自动应急解脱性能。