一种用于水下文物抓取的柔性夹持装置的制作方法

本实用新型涉及机械装备技术领域，具体涉及一种用于水下文物抓取的柔性夹持装置，可配合水下文物探测装置使用。

背景技术：

水下文化遗产的探测、保护、开发和管理是国家海洋战略的重要组成部分，保护水下文物的意义重大。中国拥有近300万平方公里的辽阔海疆、18000多公里的海岸线和丰富的内陆水域，其中蕴含着种类多样、数量巨大的水下文物。在水下考古和探索方面，由于潜水员在水下作业难度大、效率低、代价高，因此需要一种可靠性好、控制简单、适应性强的夹持装置来完成各种抓取任务。

在水下文物抓取装置的具体应用方面，2013年上海海洋大学的吴子岳等人发明了“多自由度水下作业机械臂”（专利授权号：CN103552057A），该机械臂由安装基座，旋转台、大臂、小臂、监测装置、肩关节、肘关节、腕关节、步进电机、连杆和连接件组成，能够监测到靠近基座的物件，但是缺少照明装置，如果该机械臂下放到深海，其监测效果会大打折扣。2015年福州大学的姚立纲等人发明了“一种浅水桥墩水下检测机器人”（专利授权号：CN204489154U），其机架上设置浮体，内部设置有推进装置，前端设有由电机组件驱动的清洗刷具，既可以近距离观察浅水桥墩表面，还可以对浅水桥墩表面异物进行清洗，但该机器人仅适合在浅水区域工作，其应用具有局限性。2015年中国人民解放军工程兵学院的段子扬等人发明了“一种新型水下检测平台”（专利授权号：CN204313868U），其包括了潜入水中作业的平台装置主机和在水面外控制平台水下运动的遥控器，平台装置主机通过数据线与遥控器连接，但是该检测平台不能实现回收探测样本的功能。2017年，兰州理工大学的何旭等人发明了“一种三自由度水下机械臂”（专利授权号：CN206623089U），该机械臂包括基座支撑机构、腰部机构、肘部机构、腕部机构和机械手机构等5部分，但是其复杂的结构和低自由度限制了机械手可达的范围。

现有的一些能完成水下抓取任务的装置，夹持装置多用二指式的刚性夹持，由于力度难以控制，很难对柔软脆弱的物体实现无损抓取，一般适用于夹持形状规则的特定工件。但是水下文物表面大多呈曲面形状，其表面面积大小不一而且材质脆弱，所以普通夹持装置在夹持水下文物过程中易发生松脱现象，而且对水下文物的夹持不恰当会导致水下文物变形或表面损伤。根据水下工作环境、工作内容以及性能的要求，本实用新型提出一种用于水下文物抓取的柔性夹持装置，结构简单、控制容易、适应性强、应用范围广，可配合水下文物探测装置使用。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有装置在夹持水下文物过程中易发生松脱的问题，为防止对水下文物的夹持不恰当会导致水下文物变形或表面损伤，提供一种用于水下文物抓取的柔性夹持装置，特别适合夹持表面形状不一、大小不规则的水下文物，在水下考古研究方面很有应用前景。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的，一种用于水下文物抓取的柔性夹持装置，其特征在于，所述柔性夹持装置包括罩壳、夹持机构、驱动机构；

所述夹持机构包括柔性夹指、夹指固定板、短连杆、长连杆；柔性夹指底部设置夹指固定板，夹指固定板两端分别铰连接有短连杆和长连杆，短连杆位于长连杆内侧；

所述罩壳内设置驱动机构，驱动机构包括直流伺服电机、曲柄连杆机构、固定导杆、活动杆；固定导杆设置在罩壳底板上，固定导杆上穿套活动杆，活动杆在固定导杆进行上下移动；直流伺服电机通过带轮传动机构连接减速器，减速器与圆盘相连接，圆盘通过曲柄连杆机构与活动杆铰连接；活动杆上端伸出罩壳外并与长连杆下端铰连接；固定导杆上端伸出活动杆顶板外并与短连杆下端铰连接。

优选的，所述直流伺服电机通过固定台与安装基座实现定位。

优选的，所述罩壳侧面开有电机及光电编码器引线出口；罩壳与活动杆之间自上而下依次设置上端盖、密封圈、下端盖；罩壳与上端盖、罩壳和下端盖之间采用静密封的方式连接。

优选的，所述柔性夹指采用柔性材料制作，柔性夹指底部设有连接板，连接板的材料为PLA材料；连接板与夹指固定板之间采用螺栓连接。

优选的，所述夹持机构的数量是3个，3个夹持机构绕固定导杆的中心线周向均布，夹持机构的短连杆采用螺钉与固定导杆进行铰接；夹持机构的长连杆采用螺钉与活动杆进行铰接。

优选的，每个夹指固定板与固定导杆之间通过两根平行设置的短连杆相连接，夹指固定板与短连杆连接处设置扭簧。

优选的，所述密封圈与活动杆之间是同轴密封。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

第一，本实用新型控制简单，自动化程度高。一种用于水下文物抓取的柔性夹持装置，包括柔性夹指、夹指固定板、短连杆、长连杆、固定导杆、活动杆、上端盖、连杆、罩壳、密封圈、下端盖、曲柄、圆盘、减速器装置、带轮、固定台与安装基座、直流伺服电机。直流伺服电机通过固定台与安装基座实现定位，由直流伺服电机将动力通过带轮驱动并经由减速器装置减速传递至圆盘，圆盘带动曲柄和连杆转动，连杆推动活动杆在固定导杆上上下移动，活动杆与罩壳之间采用密封圈连接，活动杆通过长连杆与夹指固定板相连，固定导杆通过短连杆与夹指固定板相连，夹指固定板与柔性夹指相连，从而实现柔性夹指的张开和闭合。

第二，本实用新型可实现对表面形状复杂、大小不规则的水下文物的柔性夹持。一方面，将短连杆和夹指固定板连接处的转动副设置为扭簧，该扭簧始终保持一个特定的预紧角，这样整个装置就会以单一刚体的状态不断靠近要抓取物体的表面，在短连杆碰上要抓取的水下文物的表面后，短连杆停止运动，活动杆会带动长连杆克服扭簧的作用力，从而使柔性夹指绕着该转动副旋转直至牢牢包裹住水下文物的表面，适应性强，应用范围广。另一方面，夹指采用柔性材料制作，具有自适应水下物体形状的夹持能力，不会因为对水下文物的夹持不恰当而导致水下文物形状变形或表面损伤。

第三，本实用新型上端盖和下端盖处的密封采用O型密封圈进行密封，罩壳侧面的电机及光电编码器引线出口使用专用的密封接头，罩壳与活动杆之间得密封圈采用同轴密封,这样的密封方式更加安全可靠。

附图说明

图1是本实用新型用于水下文物抓取的柔性夹持装置的主视图。

图2是本实用新型用于水下文物抓取的柔性夹持装置的柔性夹指张开的立体结构示意图。

图3是本实用新型用于水下文物抓取的柔性夹持装置的柔性夹指闭合的立体结构示意图。

图4是本实用新型用于水下文物抓取的柔性夹持装置的扭簧安装位置示意图。

图中：柔性夹指1、夹指固定板2、短连杆3、长连杆4、固定导杆5、活动杆6、上端盖7、连杆8、罩壳9、密封圈10、下端盖11、曲柄12、圆盘13、减速器装置14、带轮15、固定台与安装基座16、直流伺服电机17、扭簧18。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行进一步描述。

如图1、2、3和4所示，一种用于水下文物抓取的柔性夹持装置，包括柔性夹指1、夹指固定板2、短连杆3、长连杆4、固定导杆5、活动杆6、上端盖7、连杆8、罩壳9、密封圈10、下端盖11、曲柄12、圆盘13、减速器装置14、带轮15、固定台与安装基座16、直流伺服电机17。

其中直流伺服电机17通过固定台与安装基座16实现定位，由直流伺服电机17将动力通过带轮15驱动并经由减速器装置14减速传递至圆盘13，圆盘13带动曲柄12和连杆8转动，连杆8推动活动杆6在固定导杆5上上下移动，活动杆6与罩壳9之间采用密封圈10连接，罩壳9侧面开有电机及光电编码器引线出口，并与上端盖7和下端盖11之间采用静密封的方式连接，活动杆6通过长连杆4与夹指固定板2相连，固定导杆5通过短连杆3与夹指固定板2相连，夹指固定板2与柔性夹指1相连。密封圈10由一个轴用阶梯圈和一个异形弹性体组成，制作材料是聚四氟乙烯和聚氨酯PU，采用的密封方式是同轴密封。

自然状态下，柔性夹指1呈张开状态，当需要抓取水下文物时，直流伺服电机17将动力通过带轮15驱动并经由减速器装置14减速传递至圆盘13，圆盘13带动曲柄12和连杆8转动，连杆8推动活动杆6在固定导杆5上向上移动，活动杆6带动夹持机构向中间收拢。若短连杆3碰到了水下文物的表面，则短连杆3停止运动，活动杆6沿着固定导杆5继续向上移动，并带动长连杆4克服扭簧18的作用力使柔性夹指1绕扭簧18转动，直至柔性夹指1完全包裹住水下文物，从而实现柔性夹持，此时柔性夹指1呈闭合状态。工作原理为：为了达到夹持水下文物的目的，由柔性夹指1、夹指固定板2、短连杆3和长连杆4组成的夹持机构有3个，绕固定导杆5的中心线周向均布，夹持机构的短连杆3和长连杆4采用螺钉连接分别与固定导杆5和活动杆6进行铰接。其中柔性夹指1采用柔性材料制作，底部用PLA材料加设一个连接板，与夹指固定板2之间采用螺栓连接，夹指固定2与两根平行的短连杆3相连，连接处的转动副设置为扭簧18。自然状态下，柔性夹指1呈张开状态，当需要抓取水下文物时，直流伺服电机17将动力通过带轮15驱动并经由减速器装置14减速传递至圆盘13，圆盘13带动曲柄12和连杆8转动，连杆8推动活动杆6在固定导杆5上向上移动，活动杆6带动夹持机构向中间收拢。由于扭簧18始终保持一个特定的预紧角，在夹持机构碰到水下文物的表面之前，短连杆3、夹指固定板2和柔性夹指1会以单一刚体的状态不断向内靠拢。若短连杆3碰到了水下文物的表面，则短连杆3停止运动，活动杆6沿着固定导杆5继续向上移动，并带动长连杆4克服扭簧18的作用力，使柔性夹指1绕扭簧18转动，直至柔性夹指1完全包裹住水下文物，从而实现柔性夹持，此时柔性夹指1呈闭合状态。本柔性夹持装置自动化程度高，控制简单，适应性强，应用范围广，而且不会对水下文物的形状和表面造成损伤。