本发明专利技术涉及机械手技术领域，尤其公开了一种水下多功能作业机械手及其控制系统，包括旋转底座系统、摆臂系统、机械手爪部系统和检测反馈系统，摆臂系统设置在旋转底座系统上，机械手爪部系统设置在摆臂系统上，检测反馈系统包括角度反馈装置和力反馈装置，力反馈装置设置在机械手爪部系统上。本发明专利技术六自由度的设计使得整个机械手系统具有较高的灵活性，能满足水下作业空间运动的需求，电位器使得各关节的运动及时的反馈给上位控制系统，做到实时准确的定位控制，夹爪上设置力反馈装置，可通过调节爪部抓取物体的力的大小可以满足多种物品的抓取，实现爪部功能作业的多元化。实现爪部功能作业的多元化。实现爪部功能作业的多元化。
【技术实现步骤摘要】
一种水下多功能作业机械手及其控制系统
[0001]本专利技术涉及机械手
，尤其涉及一种水下多功能作业机械手及其控制系统。
技术介绍
[0002]水下作业机械手，是通过模仿人手和手臂的动作功能，用于代替人工、按照固定程序进行抓取、搬运及操作工具的装置，可通过人工遥控或自动控制来代替人工完成各种水下作业任务，在水下生物样本采集、海洋资源开发、深水油气田咖啡等领域被广泛应用。
[0003]现有技术的水下作业机械手，由于机械手臂自由度不足，造成活动范围和作业空间小，转动不够灵活，机械手臂转动角度的反馈效果差，使得操作者无法准确感知机械臂角度位移的变化，造成操控性能不佳，使用可靠性差，无法满足水下复杂的工况，另外，现有技术的水下作业机械手大多只能抓取单一物体，适用范围较窄，对抓取不同形状和特性物体的适应程度具有较大的局限性。
[0004]因此，有必要提出一种水下多功能作业机械手及其控制系统的改进，以克服现有技术的缺陷。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是解决现有技术中的问题，提供一种水下多功能作业机械手及其控制系统。
[0006]本专利技术的技术方案是：一种水下多功能作业机械手，包括旋转底座系统、摆臂系统、机械手爪部系统和检测反馈系统，摆臂系统设置在旋转底座系统上，机械手爪部系统设置在摆臂系统上，检测反馈系统包括角度反馈装置和力反馈装置，角度反馈装置包括垂坐式反馈机构和悬挂式反馈机构，垂坐式反馈机构设置在旋转底座系统上，悬挂式反馈机构设置有多个，多个悬挂式反馈机构设置在摆臂系统上，力反馈装置设置在机械手爪部系统上。
[0007]优选的，垂坐式反馈机构包括垂坐外壳、第一电位器和第一封板，垂坐外壳设置在旋转底座系统上，第一电位器设置在垂坐外壳的内部，第一电位器的转轴穿透并延伸至垂坐外壳的外部，第一电位器的转轴上设置有绕线器，第一封板可拆卸设置在垂坐外壳的顶部；第一电位器密封设置在垂直外壳内，使用安全性高。
[0008]优选的，悬挂式反馈机构包括悬挂外壳、第二电位器、连接轴和第二封板，第二电位器设置在悬挂外壳的内部，连接轴一端插设在悬挂外壳内，且与第二电位器传动连接，第二封板可拆卸设置在悬挂外壳远离连接轴的一端，其中一个悬挂外壳的圆周外侧壁上设置有法兰盘；第二电位器密封设置在悬挂外壳内，通过连接轴带动第二电位器触发而输出信号，并根据悬挂式反馈机构安装位置的不同，在悬挂外壳的圆周侧壁上确定是否加工出法
兰盘，将悬挂式反馈机构分为挂耳式和无挂耳式两种类型。
[0009]优选的，旋转底座系统包括底座本体、回转机构和第一液压缸，垂坐外壳设置在底座本体的顶部，回转机构包括旋转轴、回转枢轴、回转连接筒和顶部压紧板，旋转轴设置在底座本体上，回转枢轴可转动套设在旋转轴上，回转连接筒设置在回转枢轴上，顶部压紧板设置在回转连接筒顶部，第一液压缸的固定端铰接在底座本体上，第一液压缸的自由端连接在回转连接筒上，回转连接筒与绕线器传动连接；第一液压缸带动回转连接筒和回转枢轴绕旋转轴转动，并通过回转连接筒与绕线器的传动连接，带动绕线器旋转从而触发第一电位器发出信号。
[0010]优选的，摆臂系统包括肩部关节框架、大臂关节、小臂关节和延展臂关节，肩部关节框架设置在顶部压紧板上，大臂关节通过悬挂式反馈机构铰接在肩部关节框架上，大臂关节和肩部关节框架之间设置有第二液压缸，小臂关节通过悬挂式反馈机构铰接在大臂关节上，小臂关节和大臂关节之间设置有第三液压缸，延展臂关节通过悬挂式反馈机构铰接在小臂关节上，延展臂关节和小臂关节之间设置有第四液压缸；肩部关节框架随顶部压紧板转动，第二液压缸驱动大臂关节在肩部关节框架上旋转，第三液压缸驱动小臂关节在大臂关节上旋转，第四液压缸驱动延展臂关节在小臂关节上旋转，并根据铰接点的悬挂式反馈机构反馈测得各机械臂关节的旋转角度。
[0011]优选的，机械手爪部系统包括承载块、旋转舵机、第五液压缸和固定座，承载块设置在延展臂关节的端部，旋转舵机设置在承载块上，旋转舵机的输出轴穿透承载块连接有主动齿轮，承载块上设置有可转动的从动齿轮，从动齿轮和主动齿轮啮合，固定座连接在从动齿轮上，固定座上对称设置有两个夹爪，夹爪通过力反馈装置与固定座铰接，夹爪一端设置有不完全齿轮，第五液压缸的固定端铰接在延展臂关节上，第五液压缸的自由端连接有齿条，齿条与夹爪的不完全齿轮啮合；旋转舵机通过主动齿轮和从动齿轮的啮合带动固定座及夹爪旋转，第五液压缸伸缩，通过齿条与夹爪不完全齿轮的啮合，带动夹爪开合实现物品的抓取，并通过力反馈装置对夹爪抓取力进行采集测量，满足夹爪多元化抓取的需求。
[0012]一种水下多功能作业机械手控制系统，采用如前所述的水下多功能作业机械手实施，包括液压驱动模块和主控模块，液压驱动模块、旋转舵机、第一电位器和多个第二电位器均与主控模块连接，主控模块包括主控板和电源，主控板与电源电连接，主控板上设置有主控芯片、网络通信模块和电子调速器，液压驱动模块包括液压油箱、液压泵、换向阀舵机和多路换向阀，液压泵与主控板连接，换向阀舵机和多路换向阀相互连接，且均与主控板连接，液压泵和多路换向阀与液压油箱连通，多路换向阀与第一液压缸、第二液压缸、第三液压缸、第四液压缸和第五液压缸连通。
[0013]优选的，主控模块还包括照明灯和摄像头，照明灯和摄像头均与主控板连接；照明等为水下作业提供光源，摄像头用于采集水下图像。
[0014]优选的，液压驱动模块还包括溢流阀和过滤器，溢流阀和过滤器均集成安装在液压油箱上，且相互连通；溢流阀起到系统安全保护的作用，避免系统压力过高，过滤器用于滤除系统液压油中的杂质，保持液压油的清洁，保证系统正常运行。
[0015]优选的，主控芯片采用STM32F103C8系列控制芯片；
处理能力快，高性能、低功耗，可扩展性强。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1.灵活性高，六自由度的设计使得整个机械手系统具有较高的灵活性，能够进行多角度、多位置的伸缩、旋转摆动，使得机械手可满足多种姿态的灵活变换，为水下进行复杂的轨迹运动提供强力保障，满足水下作业空间运动的需求；2.运动控制定位准确，电位器的设计使得各个关节的运动及时的反馈给控制系统，控制系统根据接收的信号进一步控制相应关节的运动，做到实时准确的定位控制；3.爪部功能作业多元化，夹爪上设置力反馈装置，可以清晰地测量爪部给所抓取的物体所施加的力，通过调节爪部抓取物体的力的大小可以满足多种物品的抓取，实现爪部功能作业的多元化。
附图说明
[0017]图1为本专利技术立体结构示意图；图2为本专利技术正视结构示意图；图3为本专利技术俯视结构示意图；图4为本专利技术的A处局部放大结构是；图5为本专利技术的回转机构结构示意图；图6为本专利技术的垂坐式反馈机构结构示意图；图7为本专利技术的悬挂式反馈机构剖视结构示意图（挂耳式）；图8为本专利技术的悬挂式反馈机构结构示意图（无挂耳式）；图9为本专利技术的控制系统原理图。
[0018]其中，1、旋转底座系统；11、底座本体；12、第一液压缸；13、旋转轴；1本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种水下多功能作业机械手，其特征在于：包括旋转底座系统（1）、摆臂系统（2）、机械手爪部系统（3）和检测反馈系统，所述摆臂系统（2）设置在所述旋转底座系统（1）上，所述机械手爪部系统（3）设置在摆臂系统（2）上，所述检测反馈系统包括角度反馈装置和力反馈装置（6），所述角度反馈装置包括垂坐式反馈机构（4）和悬挂式反馈机构（5），所述垂坐式反馈机构（4）设置在旋转底座系统（1）上，所述悬挂式反馈机构（5）设置有多个，多个悬挂式反馈机构（5）设置在摆臂系统（2）上，所述力反馈装置（6）设置在机械手爪部系统（3）上。2.根据权利要求1所述的水下多功能作业机械手，其特征在于：所述垂坐式反馈机构（4）包括垂坐外壳（41）、第一电位器（42）和第一封板（43），所述垂坐外壳（41）设置在旋转底座系统（1）上，所述第一电位器（42）设置在垂坐外壳（41）的内部，第一电位器（42）的转轴穿透并延伸至垂坐外壳（41）的外部，第一电位器（42）的转轴上设置有绕线器（44），所述第一封板（43）可拆卸设置在垂坐外壳（41）的顶部。3.根据权利要求1所述的水下多功能作业机械手，其特征在于：所述悬挂式反馈机构（5）包括悬挂外壳（51）、第二电位器（52）、连接轴（53）和第二封板（54），所述第二电位器（52）设置在所述悬挂外壳（51）的内部，所述连接轴（53）一端插设在悬挂外壳（51）内，且与第二电位器（52）传动连接，所述第二封板（54）可拆卸设置在悬挂外壳（51）远离连接轴（53）的一端，其中一个悬挂外壳（51）的圆周外侧壁上设置有法兰盘（55）。4.根据权利要求2所述的水下多功能作业机械手，其特征在于：所述旋转底座系统（1）包括底座本体（11）、回转机构和第一液压缸（12），垂坐外壳（41）设置在所述底座本体（11）的顶部，所述回转机构包括旋转轴（13）、回转枢轴（14）、回转连接筒（15）和顶部压紧板（16），所述旋转轴（13）设置在底座本体（11）上，所述回转枢轴（14）可转动套设在旋转轴（13）上，所述回转连接筒（15）设置在回转枢轴（14）上，所述顶部压紧板（16）设置在回转连接筒（15）顶部，所述第一液压缸（12）的固定端铰接在底座本体（11）上，第一液压缸（12）的自由端连接在回转连接筒（15）上，回转连接筒（15）与绕线器（44）传动连接。5.根据权利要求4所述的水下多功能作业机械手，其特征在于：所述摆臂系统（2）包括肩部关节框架（21）、大臂关节（22）、小臂关节（23）和延展臂关节（24），所述肩部关节框架（21）设置在顶部压紧板（16）上，所述大臂关节（22）通过悬挂式反馈机构（5）铰接在肩部关节框架（21）上，大臂关节（22）和肩部关节框架（21）之间设置有第二液压缸（25），所述小臂关节（23）通过悬挂式反馈机构（5）铰接...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨卓懿，郝志韬，刘汉强，朱金霄，
申请(专利权)人：山东交通学院，
类型：发明
国别省市：
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