[发明专利]水下作业机器人及其工作方法

权利要求书

1.一种水下作业机器人，其特征在于，它是由机器人机身、推动器、气囊、平衡装置和作业机械手五部分组成；其中：

(一)所述的机器人机身由角钢焊接而成，机身总体分三层，底层为可以让捕捞机器人站立在水底的脚支撑架，中间层为用于安装推动器、平衡装置、作业机械手的主体支架，顶层为用于安装气囊的副支架；

(二)所述的推动器由两个前侧的朝前的前螺旋桨、两个后侧的朝后的后螺旋桨和一个垂直方向的垂直螺旋桨组成，五个螺旋桨分别由直流伺服电机驱动；其中前螺旋桨和后螺旋桨分布在机身的前后两侧，直流伺服电机分别用螺栓固定在四个支座上，四个支座分别用螺栓固定在机器人机身的主体支架上；前后螺旋桨同速度正、反转或反、正转可以实现机器人的前进或后退，左右两侧的螺旋桨差速旋转可以实现机器人的水平转身；垂直螺旋桨位于机器人机身重心处，正反转时可以实现机器人的沉浮升降；直流伺服电机底部安装在主体支架的圆盘上，顶部嵌套在机身副支架的圆孔方盘中；

(三)所述的气囊用于平衡机器人的重力，减轻螺旋桨的工作负载；气囊中间部位设有凹槽，通过凹槽用条形金属卡扣固定在机身副支架上；气囊由化学材质注塑而成；

(四)所述的平衡装置为一个十字直线滑台，十字直线滑台密封在密封箱中，密封箱用螺栓固定在机器人机身的主体支架上；十字直线滑台它包括竖向滑台和横向滑台；竖向滑台上设有光杠、竖向直流伺服电机和滚珠丝杠，通过光杠设有滑块，竖向直流伺服电机驱动滚珠丝杠转动，滚珠丝杠带动滑块前后移动；横向滑台上设有光杠、横向直流伺服电机和滚珠丝杠，通过光杠设有滑块，横向直流伺服电机驱动滚珠丝杠转动，滚珠丝杠带动滑块左右移动；竖向滑台固定在滑块上，从而与横向滑台形成整体；当机械手伸出或缩回时，前后方向上的滑块后移或前移，当机械手左伸或右伸时，滑块右后移或左后移使得机器人在水下再次处于新的平衡状态；

(五)所述的作业机械手，由机械手基座、大臂、小臂和张合手爪组成，基座和大臂之间采用大臂弯曲关节连接；大臂和小臂之间采用小臂弯曲关节连接，小臂和张合手爪固定连接，从而实现大臂弯曲，小臂弯曲，手爪张合三个自由度；其中：

所述的作业机械手大臂是一个大臂筒；所述的大臂弯曲关节是在大臂筒内下部安装有大臂弯曲电机，大臂筒壁下部横穿一大臂横轴，大臂弯曲电机带动一对啮合锥齿轮，锥齿轮带动大臂横轴转动，大臂横轴两端通过轴承安装有U型架，U型架底部固定在机械手基座上，大臂筒固定在U型架上，当大臂弯曲电机转动时，带动大臂做弯曲动作；

所述的作业机械手小臂是一个小臂筒；所述的小臂弯曲关节是在大臂筒内上部安装有小臂弯曲电机，大臂筒壁上部横穿一小臂横轴，小臂弯曲电机带动一对啮合锥齿轮，锥齿轮带动小臂横轴转动，小臂横轴上安装有转动支架，小臂筒固定在转动支架上，当小臂弯曲电机转动时，带动小臂做弯曲动作；

所述的张合手爪由带盖的筒状手爪支座、手爪支架和手爪组成；所述的舵机装在上述手爪支座里并一起固定在小臂端，舵机轴上连接有手爪张合轴，手爪张合轴与手爪支座盖连接处设有角接触球轴承，手爪张合轴上设有外螺纹和螺母件；所述的手爪支架固定在手爪支座盖上，手爪支架上铰接有两个手爪，两个手爪上分别铰接有拉杆，两个拉杆共同铰接在上述螺母件上，当舵机转动时，带动手爪做张合动作；

上述的大臂弯曲电机和小臂弯曲电机均采用直流伺服电机。

2.如权利要求1所述的水下作业机器人，其特征在于，在机器人机身前端安装有探照灯。

3.如权利要求1所述的水下作业机器人，其特征在于，所述的机械手基座与主体支架采用互换接口连接。

4.如权利要求1所述的水下作业机器人，其特征在于，所述的手爪设计为四连杆机构。

5.如权利要求1所述的水下作业机器人，其特征在于，所述的螺旋桨周围和直流伺服电机上均设有保护罩。

6.如权利要求1所述的水下作业机器人，其特征在于，在手爪支座与小臂筒接触面设有密封圈，角接触球轴承处设有密封套；大臂筒的两端封闭，在大臂横轴和小臂横轴两端暴露处涂有密封胶。

7.一种如权利要求1所述的水下作业机器人的工作方法，其特征在于，将水下作业机器人放入水中，启动不同位置的螺旋桨，实现水下作业机器人的后退、水平转身和升降；当前侧的两个螺旋桨正转、后侧的两个螺旋桨反转时水下作业机器人在水下前进运行；当前侧的两个螺旋桨反转、后侧的两个螺旋桨正转便可实现时水下作业机器人在水下后退运行；当左前侧和右后侧的螺旋桨正转、左后侧和右前侧的螺旋桨反转时，可实现水下作业机器人在水下右转向运行；当左前侧和右后侧的螺旋桨反转、左后侧和右前侧的螺旋桨正转时，可实现水下作业机器人在水下左转向运行；当竖直方向的螺旋桨正反转时，便可以实现水下作业机器人的升降；通过视频采集，岸上作业人员根据水下的工作环境和目标物体情况，选择相应的运动路线；如果水下光线暗就开启照明装置；当确定目标物体后，关闭所有螺旋桨，使水下作业机器人稳稳地站立在水底；如果遇到暗流或者其他水底的不稳定现象时，开启相应的螺旋桨和控制滑块运动，使水下作业机器人处于平衡；通过视频，操控水下作业机器人的作业机械手，通过大臂、小臂和张合手爪的动作配合，对目标物体实施抓取；抓取完物体后，机器人本体的重心会有所偏移，通过调节平衡装置，使水下作业机器人的重心再次回到垂直螺旋桨的轴心上。