CN116160435A - 一种安装在潜艇上的体感操纵式仿生机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种安装在潜艇上的体感操纵式仿生机械臂，包括潜艇主体、控制器、主控台、体感操纵装置、机械手臂和电动夹爪，体感操纵装置能够穿戴在人体手臂上并能够将人体手臂运动的信息发送至控制器处，控制器将人体手臂的运动信息发送至主控台处，主控台根据控制器发送的信息控制机械手臂和电动夹爪工作以驱使机械手臂摆动并配合电动夹爪的抓取动作进行水下作业，实现体感操纵，操作难度低，方便进行捕鱼、抓贝壳、拾取海底垃圾等操纵，操作难度较低，利于提高客户体验。

Description

一种安装在潜艇上的体感操纵式仿生机械臂

技术领域

本发明涉及机械臂技术领域，具体涉及一种安装在潜艇上的体感操纵式仿生机械臂。

背景技术

随着科技的不断进步，机械手臂无论是在工业、生活、医疗中都被广泛使用，例如在工业中，需要在高危恶劣环境下抓取工件、物品等，而且在生活中也会用到机械手臂来搬运物体。上述场景中的机械手基本是通过预设相应的程序，机械手在程序指令的驱动下来完成相应的抓取工作，这种技术已经较为普遍和成熟，但是这种方式也存在一定的局限性：不能满足通用、灵巧等实际需求。如游客或者水下作业工作人员在潜水设备中进行抓取物件操作时，通常需要使用手柄操作，操纵困难，且需经过长时间培训，耗费成本较高，难以在水下完成捕鱼、抓贝壳、捡垃圾等操作，不利于使用。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术中存在的不足之处，提出一种安装在潜艇上的体感操纵式仿生机械臂，旨在解决上述问题。

本发明提供了一种安装在潜艇上的体感操纵式仿生机械臂，包括潜艇主体、控制器、主控台、体感操纵装置、机械手臂和电动夹爪，所述机械手臂设置在所述潜艇主体上，所述电动夹爪设置在所述机械手臂末端，所述主控台分别与所述控制器、所述体感操纵装置和所述电动夹爪电性连接，所述体感操纵装置能够穿戴在人体手臂上并能够将人体手臂的运动信息发送至所述控制器处，所述控制器能够将人体手臂运动信息发送至主控台处，所述主控台能够根据所述控制器发送的信息控制所述机械手臂和所述电动夹爪的工作状态。

优选的，所述机械手臂包括旋转底座、一级摆臂、二级摆臂、三级摆臂和驱动组件，所述旋转底座转动安装在所述潜艇主体上，所述旋转底座由电机驱使转动，所述一级摆臂转动安装在所述旋转底座上，所述一级摆臂、所述二级摆臂和所述三级摆臂依次转动连接，所述电动夹爪设置在所述三级摆臂上，所述一级摆臂、所述二级摆臂和所述三级摆臂上均设置有用于驱使各个摆臂转动的驱动组件。

优选的，所述驱动组件包括驱动马达、主锥齿轮和从动锥齿轮，所述驱动马达与所述主锥齿轮传动连接并能够驱使所述主锥齿轮转动，所述主锥齿轮与所述从动锥齿轮啮合，所述驱动马达能够驱使所述主锥齿轮绕所述从动锥齿轮转动以实现各个摆臂分别转动。

优选的，所述体感操纵装置包括大臂姿态传感器、小臂姿态传感器、手掌姿态传感器和手指姿态传感器，所述体感操纵装置呈方便人手穿戴的手套状，所述大臂姿态传感器用于操纵所述一级摆臂的转动状态，所述小臂姿态传感器用于操纵所述二级摆臂的转动状态，所述手掌姿态传感器用于操纵所述三级摆臂的转动状态，所述手指姿态传感器用于操纵所述电动夹爪的工作状态。

优选的，所述三级摆臂上设置有安装座和吸取装置，所述电动夹爪的勾爪部围绕所述安装座外周呈圆周阵列布置，所述吸取装置能够将物件吸紧在所述安装座上，所述主控台与所述吸取装置电性连接并能够控制所述吸取装置的工作状态。

优选的，所述吸取装置包括进水管、泵体和出水管，所述泵体和所述出水管均设置在所述三级摆臂上，所述进水管安装在所述安装座上并能够将物件吸紧在所述安装座上，所述主控台与所述泵体电性连接并能够控制所述泵体的工作状态。

优选的，所述安装座上移动设置有套筒，所述套筒套接设置在所述进水管外部并能够沿所述进水管移动，所述进水管外周设置有抵接环，所述套筒一端设置有若干个与套筒内腔连通的吸水孔，所述三级摆臂上设置有弹簧和压力传感器，所述弹簧套接在所述进水管外周并能够抵推所述套筒以使所述套筒一端能够弹性抵接在所述抵接环上，所述压力传感器用于检测所述弹簧对所述压力传感器的压力，所述主控台与所述压力传感器电性连接。

优选的，所述体感操纵装置上设置有振动电机，所述控制器与所述振动电机电性连接，所述主控台能够根据所述压力传感器检测到的压力信息通过所述控制器控制所述振动电机的工作状态。

优选的，所述机械手臂上设置有摄像头，所述摄像头与所述主控台电性连接。

相对现有技术，本发明具有以下有益效果：

体感操纵装置能够穿戴在人体手臂上并能够将人体手臂运动的信息发送至控制器处，控制器将人体手臂的运动信息发送至主控台处，主控台根据控制器发送的信息控制机械手臂和电动夹爪工作以驱使机械手臂摆动并配合电动夹爪的抓取动作进行水下作业，实现体感操纵，操作难度低，方便进行捕鱼、抓贝壳、拾取海底垃圾等操纵，操作难度较低，利于提高客户体验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的优选实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明某一实施例的结构示意图；

图2为本发明某一实施例的剖视图；

图3为图2中A处的放大图；

图4为本发明某一实施例中电动夹爪处的结构示意图；

图5为本发明某一实施例中吸取装置处的结构示意图；

图6为图5中B处的放大图；

图7为本发明某一实施例中体感操纵装置处的结构示意图。

图中，1-控制器；2-体感操纵装置；21-大臂姿态传感器；22-小臂姿态传感器；23-手掌姿态传感器；24-手指姿态传感器；25-振动电机；3-机械手臂；31-旋转底座；32-一级摆臂；33-二级摆臂；34-三级摆臂；4-电动夹爪；5-驱动组件；51-驱动马达；52-主锥齿轮；53-从动锥齿轮；6-安装座；61-弹簧；62-压力传感器；7-吸取装置；71-进水管；711-抵接环；72-泵体；73-出水管；8-套筒；81-吸水孔；9-摄像头。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例1：

参照图1至图7，本发明提供了一种安装在潜艇上的体感操纵式仿生机械臂，包括潜艇主体、控制器1、主控台、体感操纵装置2、机械手臂3和电动夹爪4，所述机械手臂3设置在所述潜艇主体上，所述电动夹爪4设置在所述机械手臂3末端，所述主控台分别与所述控制器1、所述体感操纵装置2和所述电动夹爪4电性连接，所述体感操纵装置2能够穿戴在人体手臂上并能够将人体手臂的运动信息发送至所述控制器1处，所述控制器1能够将人体手臂运动信息发送至主控台处，所述主控台能够根据所述控制器1发送的信息控制所述机械手臂3和所述电动夹爪4的工作状态。其中，潜艇主体的操控舱外壳采用透明的亚克力材质，工作人员可直接从舱内观察海底景色以及机械手臂3的运动状况，控制器1为多个STM32单片机组成的控制***并内置有能够与主控台通信连接的通信模块（如蓝牙、WLAN连接等通信连接），主控台为电脑或触控屏板等智能设备。

体感操纵装置2能够穿戴在人体手臂上并能够将人体手臂运动的信息发送至控制器1处，控制器1将人体手臂的运动信息发送至主控台处，主控台根据控制器1发送的信息控制机械手臂3和电动夹爪4工作以驱使机械手臂3摆动并配合电动夹爪4的抓取动作进行水下作业，实现体感操纵，操作难度低，方便进行捕鱼、抓贝壳、拾取海底垃圾等操纵，操作难度较低，利于提高客户体验。

实施例2：

参照图2、图3和图7，结合实施例1的技术方案，本实施例中，所述机械手臂3包括旋转底座31、一级摆臂32、二级摆臂33、三级摆臂34和驱动组件5，所述旋转底座31转动安装在所述潜艇主体上，所述旋转底座31由电机驱使转动，所述一级摆臂32转动安装在所述旋转底座31上，所述一级摆臂32、所述二级摆臂33和所述三级摆臂34依次转动连接，所述电动夹爪4设置在所述三级摆臂34上，所述一级摆臂32、所述二级摆臂33和所述三级摆臂34上均设置有用于驱使各个摆臂转动的驱动组件5。

具体的，所述驱动组件5包括驱动马达51、主锥齿轮52和从动锥齿轮53，所述驱动马达51与所述主锥齿轮52传动连接并能够驱使所述主锥齿轮52转动，所述主锥齿轮52与所述从动锥齿轮53啮合，所述驱动马达51能够驱使所述主锥齿轮52绕所述从动锥齿轮53转动以实现各个摆臂分别转动。

以一级摆臂32和二级摆臂33连接处为例，从动锥齿轮53固定安装在一级摆臂32处，驱动马达51设置在二级摆臂33上，驱动马达51驱使主锥齿轮52转动，主锥齿轮52围绕从动锥齿轮53进行周转，即驱动马达51带动二级摆臂33围绕一级摆臂32进行转动，即实现摆臂的转动控制。

具体的，所述体感操纵装置2包括大臂姿态传感器21、小臂姿态传感器22、手掌姿态传感器23和手指姿态传感器24，所述体感操纵装置2呈方便人手穿戴的手套状，所述大臂姿态传感器21用于操纵所述一级摆臂32的转动状态，所述小臂姿态传感器22用于操纵所述二级摆臂33的转动状态，所述手掌姿态传感器23用于操纵所述三级摆臂34的转动状态，所述手指姿态传感器24用于操纵所述电动夹爪4的工作状态。其中，本实施可采用型号为IMU-007的姿态传感器。

通过各个姿态传感器将操纵人员的大臂、小臂、手掌和手指的肢体运动信息经由控制器1传输至主控台处，主控台根据该肢体运动信息控制机械手臂3和电动夹爪4的工作状态，以实现人体手臂与机械手臂3以及人体手指与电动夹爪4的同步运动，实现体感操纵，操作难度低，利于提高客户体验。

实施例3：

参照图4至图7，结合实施例1和实施例2的技术方案，本实施例中，所述三级摆臂34上设置有安装座6和吸取装置7，所述电动夹爪4的勾爪部围绕所述安装座6外周呈圆周阵列布置，所述吸取装置7能够将物件吸紧在所述安装座6上，所述主控台与所述吸取装置7电性连接并能够控制所述吸取装置7的工作状态。

具体的，所述吸取装置7包括进水管71、泵体72和出水管73，所述泵体72和所述出水管73均设置在所述三级摆臂34上，所述进水管71安装在所述安装座6上并能够将物件吸紧在所述安装座6上，所述主控台与所述泵体72电性连接并能够控制所述泵体72的工作状态。

可通过主控台控制泵体72的工作状态以对进水管71的吸力进行控制，使得三级摆臂34带动安装座6和电动夹爪4靠近物件时，进水管71能够对物件产生一定的吸引力，起到辅助电动夹爪4抓取物件的作用，利于提高电动夹爪4的抓取效果。

具体的，所述安装座6上移动设置有套筒8，所述套筒8套接设置在所述进水管71外部并能够沿所述进水管71移动，所述进水管71外周设置有抵接环711，所述套筒8一端设置有若干个与套筒8内腔连通的吸水孔81，所述三级摆臂34上设置有弹簧61和压力传感器62，所述弹簧61套接在所述进水管71外周并能够抵推所述套筒8以使所述套筒8一端能够弹性抵接在所述抵接环711上，所述压力传感器62用于检测所述弹簧61对所述压力传感器62的压力，所述主控台与所述压力传感器62电性连接。其中，压力传感器62的型号为PSE543-01。

具体的，所述体感操纵装置2上设置有振动电机25，所述控制器1与所述振动电机25电性连接，所述主控台能够根据所述压力传感器62检测到的压力信息通过所述控制器1控制所述振动电机25的工作状态。

当进水管71通过套筒8吸取物件时，套筒8上的部分吸水孔81被封堵，阻碍水体流动，在泵体72的泵压作用下，套筒8向进水管71靠近，位于套筒8内腔处的水体受压并沿进水管71流动，对进水管71处的水流量起到补偿作用，套筒8向进水管71移动过程中通过弹簧61对压力传感器62施加压力，压力传感器62检测到的压力不断增大，主控台根据压力传感器62检测到的压力信息通过控制器1控制振动电机25的工作状态，即工作人员手部感受到振动，振动电机25的振动频率能够随压力传感器62测压数值的增大而提高，便于工作人员对抓取物件的松紧程度进行判断。其中，主控台能够配合控制器1将泵体72、体感操纵装置2和电动夹爪4进行工作，当体感操纵装置2驱使电动夹爪4张开时，泵体72启动进行吸取物件工作；当体感操纵装置2驱使电动夹爪4闭合时，泵体72停止工作。在电动夹爪4抓取物件后，泵体72停止工作，套筒8在弹簧61的作用下复位，压力传感器62检测到的压力数值下降。振动电机25的采用型号为4HK08-Y的微型振动电机。

具体的，所述机械手臂3上设置有摄像头9，所述摄像头9与所述主控台电性连接。

可通过主控台显示摄像头9的拍摄影像以便于观察拾取物件的工作过程，为水下抓取物件的工作提供便利。

以上，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术对以上实施例所做的任何改动修改、等同变化及修饰，均属于本技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种安装在潜艇上的体感操纵式仿生机械臂，其特征在于，包括潜艇主体、控制器、主控台、体感操纵装置、机械手臂和电动夹爪，所述机械手臂设置在所述潜艇主体上，所述电动夹爪设置在所述机械手臂末端，所述主控台分别与所述控制器、所述体感操纵装置和所述电动夹爪电性连接，所述体感操纵装置能够穿戴在人体手臂上并能够将人体手臂的运动信息发送至所述控制器处，所述控制器能够将人体手臂运动信息发送至主控台处，所述主控台能够根据所述控制器发送的信息控制所述机械手臂和所述电动夹爪的工作状态；

所述机械手臂包括旋转底座、一级摆臂、二级摆臂、三级摆臂和驱动组件，所述旋转底座转动安装在所述潜艇主体上，所述旋转底座由电机驱使转动，所述一级摆臂转动安装在所述旋转底座上，所述一级摆臂、所述二级摆臂和所述三级摆臂依次转动连接，所述电动夹爪设置在所述三级摆臂上，所述一级摆臂、所述二级摆臂和所述三级摆臂上均设置有用于驱使各个摆臂转动的驱动组件；

所述三级摆臂上设置有安装座和吸取装置，所述电动夹爪的勾爪部围绕所述安装座外周呈圆周阵列布置，所述吸取装置能够将物件吸紧在所述安装座上，所述主控台与所述吸取装置电性连接并能够控制所述吸取装置的工作状态；

所述吸取装置包括进水管、泵体和出水管，所述泵体和所述出水管均设置在所述三级摆臂上，所述进水管安装在所述安装座上并能够将物件吸紧在所述安装座上，所述主控台与所述泵体电性连接并能够控制所述泵体的工作状态；

所述安装座上移动设置有套筒，所述套筒套接设置在所述进水管外部并能够沿所述进水管移动，所述进水管外周设置有抵接环，所述套筒一端设置有若干个与套筒内腔连通的吸水孔，所述三级摆臂上设置有弹簧和压力传感器，所述弹簧套接在所述进水管外周并能够抵推所述套筒以使所述套筒一端能够弹性抵接在所述抵接环上，所述压力传感器用于检测所述弹簧对所述压力传感器的压力，所述主控台与所述压力传感器电性连接；

所述体感操纵装置上设置有振动电机，所述控制器与所述振动电机电性连接，所述主控台能够根据所述压力传感器检测到的压力信息通过所述控制器控制所述振动电机的工作状态。

2.根据权利要求1所述的一种安装在潜艇上的体感操纵式仿生机械臂，其特征在于：

所述驱动组件包括驱动马达、主锥齿轮和从动锥齿轮，所述驱动马达与所述主锥齿轮传动连接并能够驱使所述主锥齿轮转动，所述主锥齿轮与所述从动锥齿轮啮合，所述驱动马达能够驱使所述主锥齿轮绕所述从动锥齿轮转动以实现各个摆臂分别转动。

3.根据权利要求1所述的一种安装在潜艇上的体感操纵式仿生机械臂，其特征在于：

所述体感操纵装置包括大臂姿态传感器、小臂姿态传感器、手掌姿态传感器和手指姿态传感器，所述体感操纵装置呈方便人手穿戴的手套状，所述大臂姿态传感器用于操纵所述一级摆臂的转动状态，所述小臂姿态传感器用于操纵所述二级摆臂的转动状态，所述手掌姿态传感器用于操纵所述三级摆臂的转动状态，所述手指姿态传感器用于操纵所述电动夹爪的工作状态。

4.根据权利要求1所述的一种安装在潜艇上的体感操纵式仿生机械臂，其特征在于：

所述机械手臂上设置有摄像头，所述摄像头与所述主控台电性连接。

Images