一种水下机器人柔性抓取装置及其方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108942886A(43)申请公布日2018.12.07(21)申请号201810817975.1(22)申请日2018.07.24(71)申请人哈尔滨工程大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区南通大街145号哈尔滨工程大学科技处知识产权办公室(72)发明人孙玉山张宸鸣张国成王占缘唐同泽王元庆程俊涵焦文龙(51)Int.Cl.B25J9/00(2006.01)B25J13/08(2006.01)B25J15/00(2006.01)B63C11/52(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图4页(54)发明名称一种水下机器人柔性抓取装置及其方法(57)摘要本发明提供一种水下机器人柔性抓取装置，包括圆柱形钢管、设置在圆柱形钢管一端的限位柱和螺孔、与圆柱形钢管另一端连接的导轨外壳、控制单元、传动结构和执行机构；抓手内置弹簧，使得在抓取中，抓手可以自动适应目标物的外形轮廓，可以抓取任意形状、材质的目标；通过主动改变抓手支架间的距离，被动调节弹簧压缩量，实现柔性抓取；结合电流检测及限位开关，便于实现对抓手初始位置的确定；通过控制步进电机的转速和转角来控制抓手运动速度和运动距离，计算蜗杆传动和丝杠的传动比得出电机转角和机械臂行程的对应关系，可以实现对抓手的位置精确控制；结构简单，操作方便，维护性好，且对搭载平台没有特定要求。CN108942886ACN108942886A权利要求书1/1页1.一种水下机器人柔性抓取装置，其特征是，包括圆柱形钢管、设置在圆柱形钢管一端的限位柱和螺孔、与圆柱形钢管另一端连接的导轨外壳、控制单元、传动结构和执行机构；所述控制单元包括设置在圆柱形钢管内的进步电机、与进步电机依次相连的驱动器、控制器和上位机、设置在导轨外壳上的水下摄像机、对称设置在导轨两端的限位开关，所述限位开关连接控制器，所述进步还与电流监测电路连通；所述传动结构包括蜗轮蜗杆结构和丝杠结构；所述蜗杆与进步电机的输出轴连接，蜗轮蜗杆相啮合，所述涡轮固定在丝杠的中点，丝杠两端嵌入到导轨外壳中，所述传动结构设置在导体外壳内；所述执行机构包括设置在丝杠两端的机械臂、所述机械臂与抓手丛支架连接，所述抓手丛支架内嵌抓手；所述机械臂内设丝杠螺母，所述丝杠螺母与丝杠相配合。2.根据权利要求1所述的水下机器人柔性抓取装置，其特征是，所述抓手由抓手外壳和内置弹簧组成，所述抓手外壳为空心圆柱体且表面设置有镂空矩形槽，抓手外壳的顶端设置有防滑部。3.根据权利要求1或2所述的水下机器人柔性抓取装置，其特征是，所述抓手有两种不同的直径且呈阵列排布。4.根据权利要求1或2所述的水下机器人柔性抓取装置，其特征是，所述抓手丛支架由支架单元组成，所述支架单元为十字形框架。5.根据权利要求3所述的水下机器人柔性抓取装置，其特征是，所述抓手丛支架由支架单元组成，所述支架单元为十字形框架。6.一种水下机器人柔性抓取方法，其特征是，包括如下步骤：(1)水下机器人柔性抓取装置潜入水下，靠近目标物体，通过水下摄像机将目标物体移入两个抓手丛的中间区域；(2)确定目标进入采集范围后上位机下发操纵指令，进行设备初始化；(3)控制器将上位机指令解析，向驱动器发送信号；(4)驱动器发出电脉冲信号，驱动步进电机反转，通过蜗轮蜗杆结构和丝杠结构带动机械臂在导轨上向外运动；(5)机械臂触发导轨端部的限位开关，限位开关触发信号发送至控制器，电流监测检测到运动受阻导致的电流增大，反馈给控制器，控制器上传至上位机；(6)上位机结合电流检测、限位开关判定机械臂已运动至轨道两端时，完成初始化，下发采集指令；(7)控制器根据指令向驱动器传输控制信号，驱动器根据控制信号向步进电机发射电脉冲，通过脉冲数量、频率控制步进电机的转角、速度；(8)机械臂向内移动，两个抓手丛逐渐靠近目标物体，在接触目标物体后抓手被挤压，抓手上的防滑部将与目标物体表面精准贴合，将目标物包裹起来，电流检测电路监测到电流增大，结合视频信号判断已经夹紧目标，采集工作完成；(9)采集成功后，松开抓手，驱动机械臂向外运动，触发限位开关，检测到电流增大，结合摄像头捕捉的画面，即可判断抓手已完全松开。2CN108942886A说明书1/6页一种水下机器人柔性抓取装置及其方法技术领域[0001]本发明涉及一种水下机器人抓取装置及其方法，尤其涉及一种水下机器人柔性抓取装置及其方法，属于机械工程领域。背景技术[0002]水下潜器和水下机器人的水下作业经常涉及采样、移动目标和固定等工作。由于水下环境复杂多变、压力较大、光线不足、视野受限、通讯不便等因素，水下许多作业并不适合人工操作，通过机器人进行作业已经成为了十分经济合理的方式。然而对水下目标的收集和抓取作业时较为复杂的一项工作。由于