CN110181498A - 一种水下执行臂及其执行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水下执行臂，包括机械臂，所述机械臂包括尾座，所述尾座末端上转动安装有第一摆臂，所述尾座上的舵机能带动所述第一摆臂水平摆动；所述第一摆臂的末端转动安装有第二摆臂，所述第一摆臂上的舵机能带动所述第二摆臂纵向摆动；所述第二摆臂的末端安装有执行爪单元；所述执行爪单元包括圆柱状的手腕结构，所述手腕结构的根部一体化固定在所述第二摆臂的末端；本发明的结构通过水隔离活塞对水起到隔离的作用，进而使电磁铁和直线推杆电机所在环境始终处于干燥环境；与此同时采用电磁弹射的方式实现机械爪的迅速抓取，采用电磁铁追逐的方式实现快速抓取之后的稳定夹持效果。
Description
技术领域
本发明属于水下机械手领域。
背景技术
现有的水下机械爪需要做到很好的防水性能，与此同时现有的水下机械爪很难同时实现快速抓取并且能稳定夹持的效果。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种能实现快速夹取和稳定夹持的一种水下执行臂及其执行方法，
技术方案：为实现上述目的，本发明的一种水下执行臂，包括机械臂，所述机械臂包括尾座，所述尾座末端上转动安装有第一摆臂，所述尾座上的舵机能带动所述第一摆臂水平摆动；所述第一摆臂的末端转动安装有第二摆臂，所述第一摆臂上的舵机能带动所述第二摆臂纵向摆动；所述第二摆臂的末端安装有执行爪单元；所述执行爪单元包括圆柱状的手腕结构，所述手腕结构的根部一体化固定在所述第二摆臂的末端；所述手腕结构上呈圆周阵列分布有三组手指机构，三组所述手指机构能做抓取和松开动作。
进一步的，所述手腕结构的内部的轴线位置同轴心设置有柱形的活塞通道，所述活塞通道内设置有水隔离活塞，所述水隔离活塞包括非磁性材质的硬质圆盘体，所述硬质圆盘体的轮廓边缘一体化设置有防水橡胶圈，所述防水橡胶圈的外圈与所述活塞通道的内壁密封滑动连接；所述水隔离活塞远离所述执行爪单元的一侧设置有电磁铁，所述电磁铁的电磁铁芯与所述活塞通道同轴心设置，所述电磁铁远离水隔离活塞的一侧固定安装有直线推杆电机，所述直线推杆电机的直线推杆末端固定连接所述电磁铁，所述直线推杆电机能通过所述直线推杆带动所述电磁铁整体沿所述活塞通道的轴线来回位移；所述水隔离活塞远离所述电磁铁芯的一侧同轴心设置有执行爪动力轴，所述执行爪动力轴靠近所述水隔离活塞的一端同轴心固定安装有永磁棒，所述永磁棒的N极端与所述电磁铁芯的一端同轴心对应；所述水隔离活塞位于所述永磁棒与所述电磁铁芯之间；
进一步的，所述执行爪动力轴远离所述水隔离活塞的一端同轴心活动穿过手腕结构末端处的动力轴穿过孔；所述执行爪动力轴远离所述水隔离活塞的一端同轴心固定连接有联动盘，所述联动盘的轮廓边缘呈圆周阵列设置有三个第一铰接件；所述手腕结构的末端轮廓上呈圆周阵列分布有三个第二铰接件，三组所述手指机构分别包括三个手爪，三所述手爪的根部分别铰接在三所述第二铰接件上；三所述手爪的末端分别设置有向内弯曲的爪尖；三所述手爪的中部均设置有第三铰接件，还包括三根联动杆，三所述联动杆两端分别铰接对应的第一铰接件和第三铰接件。
进一步的，一种水下执行臂的执行方法：
初始状态下执行爪单元处于张开状态，电磁铁处于没有通电的状态，机械臂的执行爪单元完全浸没在水下，此时水隔离活塞对水起到隔离的作用，进而使电磁铁和直线推杆电机所在环境始终处于干燥环境；
快速抓取捕捉动作的执行方法：将电磁铁通电，进而使电磁铁芯迅速获得磁性，并且使执行爪动力轴的永磁棒与电磁铁芯相互强烈排斥，进而使执行爪动力轴迅速向外被电磁力弹出，执行爪动力轴被弹出后迅速对电磁铁断电，使电磁铁芯失去磁性，在电磁铁被通电的同时启动直线推杆电机，进而使直线推杆做伸长运动，进而使电磁铁整体做追逐执行爪动力轴的运动，而电磁铁芯的端部会开始向左顶压水隔离活塞，进而使水隔离活塞随电磁铁一同做追逐执行爪动力轴的运动；此时联动盘随执行爪动力轴的同步弹出，进而联动盘通过三根联动杆带动三根手爪做向内的抓取动作，进而使三根手爪末端的爪尖迅速向内抓取并刺破被抓取物，进而实现迅速抓取的目的；待三根手爪做完抓取动作后联动盘和执行爪动力轴会停止运动，而电磁铁整体和水隔离活塞随即追上执行爪动力轴，待电磁铁整体和水隔离活塞追上执行爪动力轴后暂停直线推杆电机的运行，此时电磁铁芯的左端同轴心接触水隔离活塞的右侧，执行爪动力轴的右端接触水隔离活塞的左侧；此时实现执行爪单元的稳定抓取；
执行爪单元的松开回位执行方法：
重新使电磁铁通电，并且使执行爪动力轴的永磁棒与电磁铁芯相互吸引，进而使电磁铁和执行爪动力轴构成同步状态；与此同时启动直线推杆电机，进而使直线推杆做缩短运动，进而使电磁铁和执行爪动力轴、联动盘同步向右运动，直至联动盘通过三根联动杆带动三根手爪做向外的松开动作。
有益效果：本发明的结构通过水隔离活塞对水起到隔离的作用，进而使电磁铁和直线推杆电机所在环境始终处于干燥环境；与此同时采用电磁弹射的方式实现机械爪的迅速抓取，采用电磁铁追逐的方式实现快速抓取之后的稳定夹持效果。
附图说明
附图1为机械臂结构示意图；
附图2为机械臂执行爪处的示意图；
附图3为手腕结构的内部剖开立体示意图；
附图4为手腕结构的正剖示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如附图1至4所述的一种水下执行臂，包括机械臂，所述机械臂包括尾座7，所述尾座7末端上转动安装有第一摆臂5，所述尾座7上的舵机能带动所述第一摆臂5水平摆动；所述第一摆臂5的末端转动安装有第二摆臂3，所述第一摆臂5上的舵机能带动所述第二摆臂3纵向摆动；所述第二摆臂3的末端安装有执行爪单元1；所述执行爪单元1包括圆柱状的手腕结构2，所述手腕结构2的根部一体化固定在所述第二摆臂3的末端；所述手腕结构2上呈圆周阵列分布有三组手指机构，三组所述手指机构能做抓取和松开动作。
所述手腕结构2的内部的轴线位置同轴心设置有柱形的活塞通道22，所述活塞通道22内设置有水隔离活塞24，所述水隔离活塞24包括非磁性材质的硬质圆盘体18，所述硬质圆盘体18的轮廓边缘一体化设置有防水橡胶圈20，所述防水橡胶圈20的外圈与所述活塞通道22的内壁密封滑动连接；所述水隔离活塞24远离所述执行爪单元1的一侧设置有电磁铁25，所述电磁铁25的电磁铁芯21与所述活塞通道22同轴心设置，所述电磁铁25远离水隔离活塞24的一侧固定安装有直线推杆电机29，所述直线推杆电机29的直线推杆28末端固定连接所述电磁铁25，所述直线推杆电机29能通过所述直线推杆28带动所述电磁铁25整体沿所述活塞通道22的轴线来回位移；所述水隔离活塞24远离所述电磁铁芯21的一侧同轴心设置有执行爪动力轴27，所述执行爪动力轴27靠近所述水隔离活塞24的一端同轴心固定安装有永磁棒16，所述永磁棒16的N极端16.1与所述电磁铁芯21的一端同轴心对应；所述水隔离活塞24位于所述永磁棒16与所述电磁铁芯21之间；
所述执行爪动力轴27远离所述水隔离活塞24的一端同轴心活动穿过手腕结构2末端处的动力轴穿过孔17；所述执行爪动力轴27远离所述水隔离活塞24的一端同轴心固定连接有联动盘14，所述联动盘14的轮廓边缘呈圆周阵列设置有三个第一铰接件10；所述手腕结构2的末端轮廓上呈圆周阵列分布有三个第二铰接件8，三组所述手指机构分别包括三个手爪11，三所述手爪11的根部分别铰接在三所述第二铰接件8上；三所述手爪11的末端分别设置有向内弯曲的爪尖12；三所述手爪11的中部均设置有第三铰接件9，还包括三根联动杆13，三所述联动杆13两端分别铰接对应的第一铰接件10和第三铰接件9。
本方案的方法、过程以及技术进步整理如下：
初始状态下执行爪单元1处于张开状态，电磁铁25处于没有通电的状态，机械臂的执行爪单元1完全浸没在水下，此时水隔离活塞24对水起到隔离的作用，进而使电磁铁25和直线推杆电机29所在环境始终处于干燥环境；
快速抓取捕捉动作的执行方法：将电磁铁25通电，进而使电磁铁芯21迅速获得磁性，并且使执行爪动力轴27的永磁棒16与电磁铁芯21相互强烈排斥，进而使执行爪动力轴27迅速向外被电磁力弹出，执行爪动力轴27被弹出后迅速对电磁铁25断电，使电磁铁芯21失去磁性，在电磁铁25被通电的同时启动直线推杆电机29，进而使直线推杆28做伸长运动，进而使电磁铁25整体做追逐执行爪动力轴27的运动，而电磁铁芯21的端部会开始向左顶压水隔离活塞24，进而使水隔离活塞24随电磁铁25一同做追逐执行爪动力轴27的运动；此时联动盘14随执行爪动力轴27的同步弹出，进而联动盘14通过三根联动杆13带动三根手爪11做向内的抓取动作，进而使三根手爪11末端的爪尖12迅速向内抓取并刺破被抓取物，进而实现迅速抓取的目的；待三根手爪11做完抓取动作后联动盘14和执行爪动力轴27会停止运动，而电磁铁25整体和水隔离活塞24随即追上执行爪动力轴27，待电磁铁25整体和水隔离活塞24追上执行爪动力轴27后暂停直线推杆电机29的运行，此时电磁铁芯21的左端同轴心接触水隔离活塞24的右侧，执行爪动力轴27的右端接触水隔离活塞24的左侧；此时实现执行爪单元1的稳定抓取；
执行爪单元1的松开回位执行方法：
重新使电磁铁25通电，并且使执行爪动力轴27的永磁棒16与电磁铁芯21相互吸引，进而使电磁铁25和执行爪动力轴27构成同步状态；与此同时启动直线推杆电机29，进而使直线推杆28做缩短运动，进而使电磁铁25和执行爪动力轴27、联动盘14同步向右运动，直至联动盘14通过三根联动杆13带动三根手爪11做向外的松开动作。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种水下执行臂，其特征在于：包括机械臂，所述机械臂包括尾座(7)，所述尾座(7)末端上转动安装有第一摆臂(5)，所述尾座(7)上的舵机能带动所述第一摆臂(5)水平摆动；所述第一摆臂(5)的末端转动安装有第二摆臂(3)，所述第一摆臂(5)上的舵机能带动所述第二摆臂(3)纵向摆动；所述第二摆臂(3)的末端安装有执行爪单元(1)；所述执行爪单元(1)包括圆柱状的手腕结构(2)，所述手腕结构(2)的根部一体化固定在所述第二摆臂(3)的末端；所述手腕结构(2)上呈圆周阵列分布有三组手指机构，三组所述手指机构能做抓取和松开动作。
2.根据权利要求1所述的一种水下执行臂，其特征在于：所述手腕结构(2)的内部的轴线位置同轴心设置有柱形的活塞通道(22)，所述活塞通道(22)内设置有水隔离活塞(24)，所述水隔离活塞(24)包括非磁性材质的硬质圆盘体(18)，所述硬质圆盘体(18)的轮廓边缘一体化设置有防水橡胶圈(20)，所述防水橡胶圈(20)的外圈与所述活塞通道(22)的内壁密封滑动连接；所述水隔离活塞(24)远离所述执行爪单元(1)的一侧设置有电磁铁(25)，所述电磁铁(25)的电磁铁芯(21)与所述活塞通道(22)同轴心设置，所述电磁铁(25)远离水隔离活塞(24)的一侧固定安装有直线推杆电机(29)，所述直线推杆电机(29)的直线推杆(28)末端固定连接所述电磁铁(25)，所述直线推杆电机(29)能通过所述直线推杆(28)带动所述电磁铁(25)整体沿所述活塞通道(22)的轴线来回位移；所述水隔离活塞(24)远离所述电磁铁芯(21)的一侧同轴心设置有执行爪动力轴(27)，所述执行爪动力轴(27)靠近所述水隔离活塞(24)的一端同轴心固定安装有永磁棒(16)，所述永磁棒(16)的N极端(16.1)与所述电磁铁芯(21)的一端同轴心对应；所述水隔离活塞(24)位于所述永磁棒(16)与所述电磁铁芯(21)之间。
3.根据权利要求2所述的一种水下执行臂，其特征在于：所述执行爪动力轴(27)远离所述水隔离活塞(24)的一端同轴心活动穿过手腕结构(2)末端处的动力轴穿过孔(17)；所述执行爪动力轴(27)远离所述水隔离活塞(24)的一端同轴心固定连接有联动盘(14)，所述联动盘(14)的轮廓边缘呈圆周阵列设置有三个第一铰接件(10)；所述手腕结构(2)的末端轮廓上呈圆周阵列分布有三个第二铰接件(8)，三组所述手指机构分别包括三个手爪(11)，三所述手爪(11)的根部分别铰接在三所述第二铰接件(8)上；三所述手爪(11)的末端分别设置有向内弯曲的爪尖(12)；三所述手爪(11)的中部均设置有第三铰接件(9)，还包括三根联动杆(13)，三所述联动杆(13)两端分别铰接对应的第一铰接件(10)和第三铰接件(9)。
4.根据权利要求3所述的一种水下执行臂的执行方法，其特征在于：
初始状态下执行爪单元(1)处于张开状态，电磁铁(25)处于没有通电的状态，机械臂的执行爪单元(1)完全浸没在水下，此时水隔离活塞(24)对水起到隔离的作用，进而使电磁铁(25)和直线推杆电机(29)所在环境始终处于干燥环境；
快速抓取捕捉动作的执行方法：将电磁铁(25)通电，进而使电磁铁芯(21)迅速获得磁性，并且使执行爪动力轴(27)的永磁棒(16)与电磁铁芯(21)相互强烈排斥，进而使执行爪动力轴(27)迅速向外被电磁力弹出，执行爪动力轴(27)被弹出后迅速对电磁铁(25)断电，使电磁铁芯(21)失去磁性，在电磁铁(25)被通电的同时启动直线推杆电机(29)，进而使直线推杆(28)做伸长运动，进而使电磁铁(25)整体做追逐执行爪动力轴(27)的运动，而电磁铁芯(21)的端部会开始向左顶压水隔离活塞(24)，进而使水隔离活塞(24)随电磁铁(25)一同做追逐执行爪动力轴(27)的运动；此时联动盘(14)随执行爪动力轴(27)的同步弹出，进而联动盘(14)通过三根联动杆(13)带动三根手爪(11)做向内的抓取动作，进而使三根手爪(11)末端的爪尖(12)迅速向内抓取并刺破被抓取物，进而实现迅速抓取的目的；待三根手爪(11)做完抓取动作后联动盘(14)和执行爪动力轴(27)会停止运动，而电磁铁(25)整体和水隔离活塞(24)随即追上执行爪动力轴(27)，待电磁铁(25)整体和水隔离活塞(24)追上执行爪动力轴(27)后暂停直线推杆电机(29)的运行，此时电磁铁芯(21)的左端同轴心接触水隔离活塞(24)的右侧，执行爪动力轴(27)的右端接触水隔离活塞(24)的左侧；此时实现执行爪单元(1)的稳定抓取；
执行爪单元(1)的松开回位执行方法：
重新使电磁铁(25)通电，并且使执行爪动力轴(27)的永磁棒(16)与电磁铁芯(21)相互吸引，进而使电磁铁(25)和执行爪动力轴(27)构成同步状态；与此同时启动直线推杆电机(29)，进而使直线推杆(28)做缩短运动，进而使电磁铁(25)和执行爪动力轴(27)、联动盘(14)同步向右运动，直至联动盘(14)通过三根联动杆(13)带动三根手爪(11)做向外的松开动作。
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