专利名称：水下机械手肩关节的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种水下机器人技术，具体地说是供一种水下机器人使用的 水下机械手肩关节结构。
(二)
背景技术：
海洋拥有丰富的生物资源、矿物资源和大量的石油、煤和天然气等能源。随 着陆地上的资源不断断缺，因此人类走向海洋是必然趋势。同时海洋决定了地球 各地区的气候，海洋的生态环境是地球的生态环境的晴雨表，因此有必要对海洋 的各个部分，包括人无法到达的地方，进行环境监测。
目前世界上许多国家都认识到利用和开发海洋的重要性，纷纷投入大量的资 金、人力、物力从事这方面的研究工作。海洋资源开发、海洋环境气候研究、内 河水运、水资源利用等在国民经济中的地位决定了发展水下技术和水下作业系统 的重要意义。各种水下机器人被海洋科学家们一致公认为是开发海洋资源最重要 的基础技术。水下机器人将是今后人类开发和利用海洋的重要手段之一，在某些 环境下，水下机器人能完成大量人类所根本无法完成的工作。现在，水下机器人 已经广泛应用于海底矿产资源开发、海上救助打捞、海洋调査、水下工程施工以 及军事和国防建设等许多方面，并已经产生了很大的经济效益、社会效益和国防效益。
水下机器人主要分为有缆水下机器人和无缆水下机器人。由于海洋石油工业 的兴起导致了有缆水下机器人的迅速发展，并使其成为海洋石油开发必不可少的 设备之一。按作业任务来划分，水下机器人可以分为作业型和观察型。作业型水 下机器人基本上都是R0V (Remotely Operated Vehicle)。 ROV是当前海洋探索 研究最主要的工具之一，作业系统是ROV的重要组成部分，主要包括机械手及作 业工具。水下机械手的研制和开发一直是水下机器人研究开发中的一项重要内 容，通常把机械手视为ROV上作业系统的心脏。
水下机械手肩关节的相关报道也较多，例如《六功能水下机械手的变结构 控制方法和应用研究》(中国科学院沈阳自动化研究所硕士论文，2002 )、《监控式水下机械手及相关技术的研究》(中国科学院沈阳自动化研究所硕士论文， 2001 )中提到的水下机械手，其肩转由安装在底座内的液压缸实现，肩摆由安装 在肩部空腔内的液压缸实现，肩转轴与肩摆轴之间的距离较远，结构不紧凑，且
不利于液压油管管路的布置，造成整个机械手体积大、重量重等缺陷；《5自由 度自主式水下机械手的研制》(中国机械工程，2001,12增刊16~18)中提到 的5自由度自主式水下机械手，该水下机械手肩部只有一个回转自由度；美国 专利US4648782中记载的水下机械手肩部只有一个俯仰自由度，而且肩部直接安 装在底座上；《水下机器人机械手控制系统设计》(凿岩机械气动工具，2003 (4): 53~58)的肩只有一个俯仰自由度。
水下机械手要求具有重量轻、体积小、结构紧凑、操纵灵活、运动范围大等 特点，显然现有的水下机械手肩关节的相关设计方案并不能达到这一要求。
(三)
发明内容
本发明的目的在于提供一种重量轻、体积小、结构紧凑、搡纵灵活、运动范 围大的水下机械手肩关节。
本发明的目的是这样实现的由基础架、上臂、偏航转轴、俯仰转轴、液压 缸、液压缸底端联接轴、液压缸活塞杆联接铰座组成，其中基础架通过偏航转轴 与肩关节联接，上臂通过俯仰转轴与肩关节相联接；肩关节上设有两个液压缸活
塞杆联接铰座，分别联接两个液压缸；两个液压缸通过液压缸底端联接轴分别安
装在基础架外与上臂空腔内，与基础架联接的液压缸安装在基础架的外面。
本发明专利优点是
(1) 本发明专利供水下机器人使用，具有机构简单、重量轻、转动灵活的特 点。
(2) 实现了肩关节的两自由度转动运动，而且两个转动轴之间的距离很近， 使得结构紧凑。
(3) 与基础架联接的液压缸安装在基础架的外面，节省了基础架的大量空 间，大大减小了基础架的体积，从而减少了水下机械手的重量和体积， 也有利于液压油管的管线布置。
(四)
图i是本发明的立体结构示意图；图2是本发明的主视图； 图3是图2的俯视图。 具体实施例方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述
结合图1-图3，水下机械手肩关节由基础架1、上臂2、偏航转轴3、俯仰 转轴4、液压缸5、液压缸6、液压缸底端联接轴7、液压缸活塞杆联接铰座8和 液压缸活塞杆联接铰座9等组成，其中基础架1和肩关节通过偏航转轴3联接， 上臂2通过俯仰转轴4与肩关节相联接；液压缸5底端通过液压缸底端联接轴7 与基础架1联接，液压缸5活塞杆端通过液压缸活塞杆联接铰座8与肩关节联接； 液压缸6活塞杆端通过液压缸活塞杆联接铰座9与肩关节联接，液压缸6的底端 安装在上臂2的空腔内。
本发明的工作过程与原理为基础架固定安装在水下机器人上(如ROV等)。 通过液压缸5的直线运动驱动肩关节绕偏航转轴3作偏航运动，液压缸6的直线 运动驱动肩关节绕俯仰转轴4作俯仰运动。
整个肩关节结构设计紧凑，实现了二自由度的肩关节运动，从而可以大大降 低水下机械手的体积，减轻水下机械手的重量，并具有操作灵活，提高作业空间 等优点。
权利要求
1、一种水下机械手肩关节，由基础架、上臂、偏航转轴、俯仰转轴、液压缸、液压缸底端联接轴、液压缸活塞杆联接铰座组成，其特征是基础架通过偏航转轴与肩关节联接，上臂通过俯仰转轴与肩关节相联接；肩关节上设有两个液压缸活塞杆联接铰座，分别联接两个液压缸，其中一个液压缸安装在基础架上，另一个液压缸安装在上臂空腔内。
2、 根据权利要求l所述的水下机械手肩关节，其特征是与基础架联接的 液压缸安装在基础架的外面。
全文摘要
本发明提供的是一种水下机械手肩关节。由基础架、上臂、偏航转轴、俯仰转轴、液压缸、液压缸底端联接轴、液压缸活塞杆联接铰座组成，其中基础架通过偏航转轴与肩关节联接，上臂通过俯仰转轴与肩关节相联接；肩关节上设有两个液压缸活塞杆联接铰座，分别联接两个液压缸，其中一个液压缸安装在基础架上，另一个液压缸安装在上臂空腔内。本发明供水下机器人使用，具有机构简单、重量轻、转动灵活的特点。实现了肩关节的两自由度转动运动，而且两个转动轴之间的距离很近，使得结构紧凑。
文档编号B25J17/00GK101224581SQ20081006394
公开日2008年7月23日 申请日期2008年1月30日 优先权日2008年1月30日
发明者姚建均, 张存良, 茁 王, 王成军, 王才东, 王立权 申请人:哈尔滨工程大学