[实用新型]基于混合传动的水下机械臂

说明书

本实用新型属于水下机械臂领域，具体涉及一种基于混合传动的水下机械臂。为了降低水下环境因素对水下机械臂的动作精度和灵活性的影响，本实用新型的水下机械臂包括驱动单元和臂组件，臂组件包括前臂和后臂，前臂的输出末端连接有操作单元，机械臂还包括第一传动单元和第二传动单元，驱动单元通过自重较小的第一传动单元与前臂和操作单元连接，驱动单元通过自重较大而传动精度较高的第二传动单元与后臂连接，通过第一传动单元和第二传动单元的组合，减小了机械臂的整体质量，从而减小了惯性对机械臂运动的精度和灵活性的影响，而机械臂后端使用高精度的第二传动单元，减小了运动误差的累计，保证了机械臂前端操作单元的运动精度。

技术领域

本实用新型属于水下机器人领域，具体涉及一种基于混合传动的水下机械臂。

背景技术

在海洋探索研究中，水下机器人是必不可少的工具之一，水下机器人配置的水下机械臂作为执行单元，主要用于完成水下资源收集、样本采集等工作。考虑到水下工作的环境因素，为了可靠、高效地完成水下的工作，对水下机械臂的动作精度和灵活性均有较高的要求。目前大多数的水下机械臂的各关节均采用单一传动结构的设计，对水下环境因素对机械臂动作精度和灵活性的考虑不够全面。

如公开号为106393172A的专利申请公开了一种多关节柔性水下作业机械臂，该机械臂的结构主要由几个重复的手臂关节单元、用于安装手臂的底座、臂体末端的手爪以及末端传感器等组成。安装在底座的电机驱动柔性绳，通过改变柔性绳的长度来实现对机械臂臂体偏转、俯仰运动的控制，臂体到达指定位置后，手爪张合来实现对目标物的抓取。可以看出，在该专利申请中，是通过驱动柔性绳来控制所有的手臂关节单元。柔性绳传动结构质量轻小，能够提高机械臂的动作灵活性，但是传动精度较低。

又如公开号为104084947A的专利申请公开了一种七功能水下机械臂系统，该系统包括手爪、腕、第一-第五关节，第一关节包括底座、第一液压缸，第二关节包括第一连杆、第二液压缸，第三关节包括第二连杆、第三液压缸，第四关节包括第三连杆、第四液压缸，第五关节包括第四连杆、第五液压缸；手爪包括腕前端、第一指端-第二指端、第一-第二主连杆、第一-第二辅助连杆、第六液压缸，腕包括连接件、旋转马达、第五连接杆。可以看出，在该专利申请中，所有关节处均采用液压驱动，需另置液压泵进行动力油的供给，并且在传动单元末端需要用液压缸将压力能转换为机械能，增大了机械臂各关节处的质量，尤其是机械臂末端的质量，从而降低了机械臂的动作灵活性。

相应地，本领域需要一种新的技术方案来解决上述问题。

实用新型内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了降低水下环境因素对水下机械臂的动作精度和灵活性的影响，本实用新型提供了一种基于混合传动的水下机械臂，所述水下机械臂包括驱动单元和臂组件，所述臂组件包括前臂和后臂，所述前臂的输出末端连接有操作单元，所述水下机械臂还包括第一传动单元和第二传动单元，所述驱动单元通过所述第一传动单元与所述前臂和所述操作单元连接，所述驱动单元通过所述第二传动单元与所述后臂连接，其中，所述第一传动单元的自重小于所述第二传动单元。

在上述水下机械臂的优选技术方案中，所述臂组件还包括中臂，所述中臂连接于所述前臂和所述后臂之间，所述水下机械臂还包括第三传动单元，所述驱动单元通过所述第三传动单元与所述中臂连接，其中，所述第一传动单元的自重小于所述第三传动单元。

在上述水下机械臂的优选技术方案中，所述前臂、所述中臂以及所述后臂中的一个或者多个设置成中空结构。

在上述水下机械臂的优选技术方案中，所述前臂、所述中臂以及所述后臂均设置成中空结构且满足各自的重力等于其在水中的浮力。

在上述水下机械臂的优选技术方案中，所述第一传动单元包括多个线传动机构；所述第二传动单元为涡轮蜗杆传动机构；所述第三传动单元包括两组锥齿轮副，且两组锥齿轮副之间通过贯穿于所述后臂的传动杆相连接。