一种适用于水下航行器-机械手系统的姿态补偿耦合器及其工作方法技术方案

本发明专利技术涉及一种适用于水下航行器

【技术实现步骤摘要】
一种适用于水下航行器-机械手系统的姿态补偿耦合器及其工作方法


[0001]本专利技术涉及一种适用于水下航行器-机械手系统的姿态补偿耦合器及其工作方法，属于海洋探测装备


技术介绍

[0002]随着海洋科技的快速发展，人们对于海洋的探索越来越深入，水下航行器已经成为人们探索海洋不可或缺的深海装备。水下航行器需要机械手系统辅助才能执行水下探测、取样等作业任务。水下机械手通常作为作业单元安装在水下航行器上，通过水下航行器控制机械手完成预期动作。水下航行器是无根系统，受到水下洋流冲击等扰动作用影响时，水下航行器会发生抖动，产生姿态变化，导致机械手末端定位精度降低。此外，机械手执行动作时，将向水下航行器施加反作用力，也会导致水下航行器产生姿态变化，进而影响机械手的末端定位精度。
[0003]目前，水下航行器与机械手之间为刚性连接，水下航行器发生姿态变化后，依靠安装于水下航行器的螺旋桨推进器以及角度或者垂向重心调整机构来调控水下航行器的姿态。如申请号为201910351493.6的专利技术专利公布了一种带有机械臂的水下机器人，采用螺旋桨推进器来实现在水中的运动，但螺旋桨推进器的响应速度较慢，无法实现快速姿态补偿，并且螺旋桨推进器的启动和停止会对水下航行器产生冲击力，姿态补偿效果不佳。
[0004]申请号为201810506717.1的专利技术专利公布了一种水下机器人重心辅助调节系统及控制方法，通过在水下机器人上安装辅助调节机构，利用伺服电机驱动移动滑块来实现水下机器人的重心调节，以补偿水下机械臂在运动过程中对水下机器人重心垂向变化的影响，但是通过调节重心只能间接补偿姿态变化，响应速度也较慢。
[0005]因此，仅依靠螺旋桨推进器或者垂向重心调整装置进行水下航行器的姿态补偿，无法消除水下航行器姿态变化对机械手末端定位精度的影响，难以有效提高机械手末端的定位精度。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种适用于水下航行器-机械手系统的姿态补偿耦合器及其工作方法，能够显著消除多种因素引起的水下航行器姿态变化对机械手臂末端定位精度的影响，从而有效提高机械手臂末端的定位精度，保证在水下工作时机械手的姿态稳定性，提高水下航行器-机械手系统的工作能力与效率。
[0007]本专利技术采用以下技术方案：
[0008]一种适用于水下航行器-机械手系统的姿态补偿耦合器，包括水下航行器、机械手以及设置在水下航行器和机械手之间的姿态补偿耦合器，所述姿态补偿耦合器包括底板，所述底板与水下航行器固定连接，所述底板上部两侧固定设置有一对互相平行的下层导轨，一对下层导轨上均滑动设置有一下层滑块，两下层滑块之间固定设置有一下层滑块连
接板，下层滑块连接板能够沿下层导轨长度方向滑动；
[0009]所述下层滑块连接板的上部两侧固定设置有一对互相平行的上层导轨，上层导轨的(长度)设置方向与下层导轨的(长度)设置方向相垂直，一对上层导轨上均滑动设置有一上层滑块，两上层滑块之间固定设置有一托盘，托盘能够沿上层导轨长度方向滑动，所述托盘上固定设置所述机械手；
[0010]所述底板上还设置有控制器，所述控制器用于驱动下层滑块连接板相对于下层导轨长度方向的运动，以及托盘相对于上层导轨长度方向的运动，实现机械手两个自由度的姿态补偿。
[0011]优选的，所述底板上设置有下层丝杠、下层电机和下层支座，所述下层丝杠设置在一对下层导轨之间，所述下层电机和下层支座均固定于底板上，所述下层丝杠一端与所述下层电机固定连接，下层丝杠另一端与下层支座旋转连接，所述下层丝杠与下层滑块连接板也旋转连接，在下层电机的驱动下，下层丝杠旋转，能够带动下层滑块连接板连同下层滑块沿下层导轨的长度方向运动；
[0012]所述下层滑块连接板上设置有上层丝杠、上层电机和上层支座，所述上层丝杠设置在一对上层导轨之间，所述上层电机和上层支座均固定于下层滑块连接板上，所述上层丝杠一端与所述上层电机固定连接，上层丝杠另一端与上层支座旋转连接，所述上层丝杠与托盘也旋转连接，在上层电机的驱动下，上层丝杠旋转，能够带动托盘连同上层滑块沿上层导轨的长度方向运动；
[0013]所述控制器与下层电机和上层电机均连接。
[0014]在控制器控制信号的作用下，下层电机通过下层丝杠驱动下层滑块连接板运动，上层电机通过上层丝杠驱动托盘运动，实现机械手两个自由度的姿态补偿。
[0015]优选的，所述水下航行器周向固定安装有4个螺旋桨推进器，垂向固定设置有2个螺旋桨推进器。
[0016]优选的，所述底板为矩形，一对下层导轨通过螺钉固定连接在底板上部两侧，一对上层导轨也通过螺钉固定在下层滑块连接板的上部两侧。
[0017]优选的，所述下层滑块连接板与下层丝杠之间，以及托盘与上层丝杠之间均通过一过渡块配合安装；
[0018]所述下层滑块连接板/托盘底部设置有一凸块，该凸块与下层滑块连接板/托盘为一体结构，所述过渡块上部设置有一凹槽，所述凹槽内部左端固定有一左缓冲弹簧，凹槽内部右端固定有一右缓冲弹簧，所述凸块位于凹槽内的左缓冲弹簧和右缓冲弹簧之间，并能够在左缓冲弹簧和右缓冲弹簧之间移动。
[0019]本专利技术中，由于下层滑块连接板及托盘上部均有一定的重量，所以，凸块只需放置在凹槽内，且能在左、右缓冲弹簧的作用下在凹槽内滑动即可，不会出现凸块与凹槽上下相互脱离的情况。
[0020]为进一步增加稳定性，在凹槽底部优选设置有一用于限制凸块竖向位移的限位槽，所述凸块底部设置有一与限位槽相配合的滑块，滑块嵌入限位槽内能够防止凸块与凹槽上下相互脱离，且不影响凸块相对于凹槽的左右相对滑动。
[0021]此处的限位槽的结构不作限定，可采用现有常规结构。
[0022]当水下航行器发生姿态变化时，在左、右缓冲弹簧的阻力作用下，机械手位置在短
时间内保持恒定，从而增强了姿态补偿效果，并降低了电机所需的驱动力。
[0023]优选的，所述下层滑块连接板与下层丝杠之间，以及托盘与上层丝杠之间均通过一过渡块配合安装；
[0024]所述过渡块上部两端分别固定安装有左柱塞缸和右柱塞缸，左柱塞缸的无杆腔通过液压管路与右柱塞缸的无杆腔连接，液压管路上设置有节流阀，节流阀的作用是调节液压管路的流通面积，从而调节液压管路中液压油的流速，进而调节双向柱塞在左柱塞缸/右柱塞缸中的运动速度；
[0025]所述下层滑块连接板/托盘底部固定设置有一双向柱塞连接，双向柱塞的左侧插入到左柱塞缸的缸筒内部，双向柱塞的右侧插入到右柱塞缸的缸筒内部，双向柱塞能够在左柱塞缸和右柱塞缸构成的空间内左右滑动，所述左柱塞缸的无杆腔和右柱塞缸的无杆腔内部分别安装有左缓冲弹簧和右缓冲弹簧，左柱塞缸的无杆腔和右柱塞缸的无杆腔内部均充满液压油。
[0026]本专利技术中，双向柱塞、左柱塞缸、右柱塞缸、液压管路、节流阀构成阻尼器，当水下航行器发生姿态变化时，在阻尼器的阻尼作用下，机械手位置变化速度降低，其原理为：
[0027]节流阀能够使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于水下航行器-机械手系统的姿态补偿耦合器，其特征在于，包括水下航行器、机械手以及设置在水下航行器和机械手之间的姿态补偿耦合器，所述姿态补偿耦合器包括底板，所述底板与水下航行器固定连接，所述底板上部两侧固定设置有一对互相平行的下层导轨，一对下层导轨上均滑动设置有一下层滑块，两下层滑块之间固定设置有一下层滑块连接板，下层滑块连接板能够沿下层导轨长度方向滑动；所述下层滑块连接板的上部两侧固定设置有一对互相平行的上层导轨，上层导轨的设置方向与下层导轨的设置方向相垂直，一对上层导轨上均滑动设置有一上层滑块，两上层滑块之间固定设置有一托盘，托盘能够沿上层导轨长度方向滑动，所述托盘上固定设置所述机械手；所述底板上还设置有控制器，所述控制器用于驱动下层滑块连接板相对于下层导轨长度方向的运动，以及托盘相对于上层导轨长度方向的运动。2.根据权利要求1所述的适用于水下航行器-机械手系统的姿态补偿耦合器，其特征在于，所述底板上设置有下层丝杠、下层电机和下层支座，所述下层丝杠设置在一对下层导轨之间，所述下层电机和下层支座均固定于底板上，所述下层丝杠一端与所述下层电机固定连接，下层丝杠另一端与下层支座旋转连接，所述下层丝杠与下层滑块连接板也旋转连接；所述下层滑块连接板上设置有上层丝杠、上层电机和上层支座，所述上层丝杠设置在一对上层导轨之间，所述上层电机和上层支座均固定于下层滑块连接板上，所述上层丝杠一端与所述上层电机固定连接，上层丝杠另一端与上层支座旋转连接，所述上层丝杠与托盘也旋转连接；所述控制器与下层电机和上层电机均连接。3.根据权利要求2所述的适用于水下航行器-机械手系统的姿态补偿耦合器，其特征在于，所述水下航行器周向固定安装有4个螺旋桨推进器，垂向固定设置有2个螺旋桨推进器。4.根据权利要求1所述的适用于水下航行器-机械手系统的姿态补偿耦合器，其特征在于，所述底板为矩形，一对下层导轨通过螺钉固定连接在底板上部两侧，一对上层导轨也通过螺钉固定在下层滑块连接板的上部两侧。5.根据权利要求2所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛钢，刘延俊，石振杰，白发刚，王雨，贾华，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：