[发明专利]一种水下机器人-水下机械臂系统

权利要求书

1.一种水下机器人-水下机械臂系统，由水下机器人本体、水下机械臂和辅助调节系统、运动规划与控制系统、导航系统、视觉系统和电源系统组成；具体包括十字舵、艉、AUV主体、艏、水下机械臂、辅助调节装置及推进器；电源系统由电池组供电，视觉系统包括摄像头，导航系统包括捷联惯导多普勒计程仪，运动规划与控制系统包括推进器与十字舵；水下机械臂控制系统由通信系统、机械臂控制器、伺服电机驱动器、机械臂本体以及测速传感器共同构成；水下机械臂由四个关节组成，包括一个底部的回转关节、大臂的摆动关节、小臂的摆动关节以及腕部的回转关节；单推进器安装在水下机器人艉部水平方向上；十字舵安装在水下机器人艉部，推进器前方；水下机械臂安装在水下机器人正下方，靠近艏部的位置；在其末端安装一个机械手抓，通过伺服电机驱动各个关节，辅助调节系统由丝杠滑块机构组成，通过伺服电机驱动滑块移动，辅助调节装置安装在水下机器人正下方，靠近艉部的位置；

所述的水下机械臂控制系统具体包括：

通信总线由主控中心建立与各模块之间的通信联系，传输指令与数据；机械臂控制器接收由主控中心发送来的指令并进行解码，根据解码结果对机械臂关节进行驱动控制；伺服电机驱动器驱动每个关节伺服电机；测速传感器对实时反馈伺服电机的转动情况进行测量；

所述的水下机械臂具体包括：

水下机械臂的制作材料选用抗腐蚀且重量较轻的材料作为制作原料，选择含有1％锡的海军黄铜作为齿轮制作原材料；水下机械臂在零位状态时，能够完全回收到水下机器人底部；所述的水下机械臂具有四个自由度，分别是两个回转关节、两个摆动关节，底部的回转关节与底座通过轴承相连，大臂的摆动关节一端与底部的回转关节相连，另一端与机械杆相连，机械杆的另一端通过轴承与小臂摆动关节相连，小臂摆动关节的尾端与腕部回转关节相连，腕部回转关节的尾端连有伺服驱动的机械手抓；水下机器人-水下机械臂系统的运动学模型为：

其中机器人-水下机械臂系统末端执行器在惯性坐标系下和运动坐标系下的位姿向量为η_e＝[ⁱp_e^Tir_e^T]^T∈R^6×1及η_ve＝[^vp_e^Tvr_e^T]^T∈R^6×1；水下机械臂在运动坐标系下的运动方程写为J_task是水下机器人-水下机械臂系统任务空间的雅克比矩阵；

所述的辅助调节装置具体包括：

辅助调节装置的滑块质量和滑杆长度根据水下机器人与水下机械臂的质量配比关系确定；辅助调节装置为单自由度，在平行水下机器人艏艉方向上运动，辅助调节装置可以对纵倾方向的扰动进行调整和补偿；

所述的AUV主体具体包括：

所述的AUV最大直径为0.26m，整体长度为1.6m，采用全身碳纤维结构。