一种冰层取心作业固定平台机构的制作方法

本发明涉及柔性仿生机器人领域，特别涉及一种基于仿生原理的冰层取心作业固定平台机构。

背景技术：

1、柔性机器人具有高灵活性、可变形性和能量吸收特性等特点,对环境具有较强的适应性，在极端工作条件下,具有重要的应用价值。

2、冰川地貌是一片神秘的大陆，不论是极地还是高海拔冰原地区都是科学探索所需的知识宝库，冰心就像是打开宝库的钥匙，对于冰川学、气候学、生物学等具有很高的研究价值。为了获得冰心，各国科学家们进行了大量的科学钻探，相继开发了各种冰层取心钻具。针对于不同环境下的冰川地貌，进行冰层取心时所面临的冰层厚度不同，在工作时应用的钻具尺寸也不相同，在面临这种问题时，传统夹具往往是一对一的模式，一种夹具只能对应一个特定的尺寸，这就造成在进行勘测任务时，不仅要准备不同尺寸的钻具还要准备其尺寸相对应的钻具。另外在开发冰层取心钻具之上有一个更加棘手的问题，普通的夹具与固定机构往往每根机械臂的旋转角度都为相同，不能在四周为大小高低不同的冰石、冰盖等冰川地貌上维持整个装置的重心始终垂直指向地心，进而无法使钻具正常开展冰层取心任务。

技术实现思路

1、本发明针对运动模式单一的夹具难以固定在雪波纹、冰裂隙、露岩、海冰等复杂地形的技术难题，提供一种冰层取心作业固定平台机构。

2、为实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案。

3、提供一种冰层取心作业固定平台机构，包括：钻具固定单元、平衡固定单元、控制单元和上层保护罩；

4、所述钻具固定单元包括固定机架、钻具夹具和夹具支架；

5、所述固定机架呈中空环状，所述夹具支架的一端连接固定机架的内壁；所述夹具支架的另一端与钻具夹具连接；

6、所述平衡固定单元包括机械臂；

7、所述控制单元包括处理模块、电机、陀螺仪和控制单元保护壳，所述处理模块、电机与陀螺仪安装在控制单元保护壳的内部，控制单元保护壳连接在固定机架的内壁；

8、所述陀螺仪，用于通过校准重心将信号反馈给处理模块，处理模块连接电机传输指令确定旋转角度，电机输出轴通过联轴器连接机械臂与控制单元外壳的连接轴，控制机械臂的转动；

9、所述上层保护罩与所述固定机架适配连接。

10、进一步地，所述平衡固定单元包括六条完全相同的机械臂，六条机械臂分别连接各自的控制单元。

11、进一步地，固定机架呈中空圆环状，固定机架上端设置环形沟槽用于固定上层保护罩。

12、进一步地，所述固定机架的内侧设置夹具卡槽，所述夹具支架外侧面与所述夹具卡槽配合，所述夹具支架的外侧面以及固定机架均设置螺纹孔，通过螺栓穿过夹具支架的外侧面螺纹孔和固定机架上的螺纹孔将夹具支架外侧面连接固定在固定机架内侧。

13、进一步地，所述夹具支架的中心连接凸出的中心连接板，所述钻具夹具包括相互连接的连接侧面和外侧夹具固定面；所述中心连接板的前端面开槽用于插入钻具夹具的连接侧面；在中心连接板的两侧开有螺纹孔，所述连接侧面设置多个距前端距离不同的螺纹孔，通过将螺栓穿过中心连接板上的螺纹孔和连接侧面上的螺纹孔将钻具夹具与夹具支架连接起来。

14、进一步地，所述外侧夹具固定面为弧形面。

15、进一步地，所述机械臂包括半球体，所述半球体的端面呈平面结构。

16、再进一步地，所述平面结构外侧设置倒钩。

17、本发明所取得的有益技术效果：

18、本发明提供的机构能通过各机械臂的控制单元控制每条机械臂的旋转角度，使机构与钻具在四周为大小高低不同的冰石、冰盖等冰川地貌上始终维持垂直于地心，保证整个工作可以在冰川地貌下开展；

19、本发明提供的平衡固定单元即六条机械臂分别通过连接轴配合连接在控制单元保护壳外侧；钻具固定单元上层有保护罩保护内部结构，结构简单，易于实现，适用于冰面作业环境；

20、传统夹具机构内部零件繁多冗杂，携带不便，本机构在未工作时为了应对复杂地形，既方便于运动又能保护内部控制单元，整个平台机构在未工作时呈球形，可在冰川表面滚动便于移动与携带；

21、传统夹具只能适用于一种尺寸的钻具，本机构在钻具夹具刻有多个螺纹孔用于实现夹持不同尺寸档位的钻具工作；传统的夹具机构支撑结构不能在冰川表面上牢固的定位，这就造成了其无法在复杂的极地环境下使用。

技术特征：

1.一种冰层取心作业固定平台机构，其特征在于，包括：钻具固定单元、平衡固定单元、控制单元和上层保护罩(1)；

2.根据权利要求1所述的一种冰层取心作业固定平台机构，其特征在于，所述平衡固定单元包括六条完全相同的机械臂(7)，六条机械臂(7)分别连接各自的控制单元。

3.根据权利要求1所述的一种冰层取心作业固定平台机构，其特征在于，所述固定机架(8)的上端设置环形沟槽用于固定上层保护罩(1)。

4.根据权利要求1所述的一种冰层取心作业固定平台机构，其特征在于，所述固定机架(8)的内壁设置夹具卡槽(4)，所述夹具支架(3)的外侧面与所述夹具卡槽(4)配合，所述夹具支架(3)的外侧面以及固定机架(8)均设置螺纹孔，通过螺栓穿过螺纹孔将夹具支架(3)的外侧面连接固定在固定机架(8)的内壁。

5.根据权利要求1所述的一种冰层取心作业固定平台机构，其特征在于，所述夹具支架(3)的中心连接凸出的中心连接板(10)，所述钻具夹具(2)包括相互连接的连接侧面(13)和外侧夹具固定面；所述中心连接板(10)的前端面开槽用于插入钻具夹具(2)的连接侧面(13)；在中心连接板(10)的两侧开有第一连接孔，所述连接侧面(13)设置多个距前端距离不同的第二连接孔(12)，螺栓穿过中心连接板(10)的第一连接孔和连接侧面(13)的其中一个第二连接孔将钻具夹具(2)与夹具支架(3)连接起来。

6.根据权利要求5所述的一种冰层取心作业固定平台机构，其特征在于，所述外侧夹具固定面为弧形面(11)。

7.根据权利要求1所述的一种冰层取心作业固定平台机构，其特征在于，所述机械臂(7)一端为自由端，另一端设置机械臂连接板(15)，机械臂连接板(15)通过连接轴(16)与电机的输出轴传动连接，连接轴(16)与控制单元保护壳(5)铰接。

8.根据权利要求7所述的一种冰层取心作业固定平台机构，其特征在于，所述机械臂(7)的自由端设置倒钩。

技术总结
本发明公开了一种冰层取心作业固定平台机构，钻具固定单元包括固定机架、钻具夹具和夹具支架；固定机架呈中空环状，夹具支架的一端连接固定机架的内侧；夹具支架的另一端与钻具夹具连接；平衡固定单元包括机械臂；控制单元包括处理模块、电机、陀螺仪和控制单元保护壳，电机与陀螺仪安装在控制单元保护壳的内部，控制单元保护壳连接在固定机架的内壁；陀螺仪，用于通过校准重心将信号反馈给处理模块，处理模块连接电机传输指令确定旋转角度，电机输出轴连接用于连接机械臂与控制单元外壳的连接轴，控制机械臂转动；上层保护罩与固定机架适配连接。本发明使机构与钻具在复杂冰川地貌上始终维持垂直于地心。

技术研发人员：张忠海,谢少荣,孙波,郭井学,孔庆华,孙余,岳涛
受保护的技术使用者：徐州徐工基础工程机械有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14