【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于水下機器人，具體涉及一種帶力反饋機械臂的水下航行器。
技術介紹
1、隨著人類對海洋資源的重視以及海洋科學研究的深入，水下環境的探索與開發活動日益頻繁。從海洋資源勘探到海洋生態系統的研究，從海底考古到海上基礎設施的維護,都需要高效、精準且多功能的水下設備。
2、傳統的水下航行器雖然能夠在水下航行并獲取環境數據，但在執行一些需要精確操作的任務時面臨挑戰。例如，在對深海生物樣本采集或者對海底小型設備進行維修時，僅僅依靠航行器自身的簡單機械結構難以完成復雜的抓取、固定等操作。
3、大多數傳統水下航行器在執行操作任務時無法提供操作者關于操作力的反饋信息,操作者難以準確判斷施加的力量是否合適。在水下環境中，這種力的把握尤為重要，過度的力量可能損壞脆弱的海洋生物樣本或者精密的海底設備，而力量不足又可能導致操作失敗，如抓取物體時發生滑落。
4、帶力反饋機械臂的水下航行器有廣泛的應用前景。在海洋生物研究方面，帶力反饋械臂能夠根據力反饋信息輕柔而準確地將其采集，避免對樣本造成破壞。在海洋地質研究中，機械臂可以根據不同地質結構的硬度，通力反饋調整操作力度，從而更好地獲取樣本或探測數據。
5、在海底礦產資源開采時，如錳結核的采集，力反饋機械臂可以根據結核的大小、質地等，合理調整抓取力量，提高采集效率和資源回收率。對于海底電纜的檢修，力反饋功能確保在處理電纜時不會因過度用力而造成電纜的二次損壞。在海洋環境中，很多區域存在高風險、高成本的人工作業難題，如深海熱液區的探測和開發。
【技術保護點】
1.一種帶力反饋機械臂的水下航行器，包括上殼體、主板、下殼體，其特征在于，還包括電子密封艙、多自由度機械臂、涵道式推進器、電流反饋模塊；其中，所述電子密封艙嵌入所述主板內，由所述上殼體和所述下殼體包裹；所述涵道式推進器分別與所述主板和所述下殼體固連；所述多自由度機械臂與所述下殼體固連，所述電流反饋模塊與所述多自由度機械臂的連接件同軸嵌套，所述電子密封艙的內部分層放置傳感模塊、控制模塊、能源與動力模塊，所述傳感模塊包括艙內傳感器與艙外傳感器，所述艙內傳感器包括氣壓、煙霧、溫度、總線電流傳感器；所述艙外傳感器包括機械臂末端夾持裝置檢測電路，以及溫度、壓力、濁度傳感器中的一種或多種；所述控制模塊包括圖像處理與識別控制主板、運動控制主板、六軸姿態傳感器以及磁力計，依靠通訊線纜將從所述傳感模塊采集到的信息實時反饋回上位機，實現艙內、艙外環境智能化監控，并依靠特定的算法對所述涵道式推進器動力進行分配；所述能源與動力模塊包括鋰電池組、啟動電路以及穩壓電路，用于采集外部數據、執行運動動作；所述多自由度機械臂包括底部旋轉裝置、關節旋轉裝置以及末端夾持裝置，用于依靠所述電流反饋模塊反饋的電流檢測實現
2.根據權利要求1所述的帶力反饋機械臂的水下航行器，其特征在于，所述電子密封艙由前視窗、密封艙主體以及底部導線板組成，其整體獨立密封。
3.根據權利要求2所述的帶力反饋機械臂的水下航行器，其特征在于，所述前視窗中設置有雙目攝像頭，用于對目標物體進行識別并利用空間定位算法解算其在所述多自由度機械臂坐標系中的空間位置，為所述多自由度機械臂抓取進行準備工作，并將視頻信息實時回傳。
4.根據權利要求3所述的帶力反饋機械臂的水下航行器，其特征在于，所述多自由度機械臂利用所述空間位置信息進行逆運動學解算，得到每個舵機的角度分配，從而對目標物體實現自動抓取。
5.根據權利要求1所述的帶力反饋機械臂的水下航行器，其特征在于，所述多自由度機械臂的末端夾持裝置連接所述電流反饋模塊，基于輸出電流判定夾合力度大小，進而實現對目標物體的柔性夾持。
6.根據權利要求1所述的帶力反饋機械臂的水下航行器，其特征在于，所述上殼體和所述下殼體的頭部跡線分別采用格蘭韋爾線性方程設計，以實現高效減阻，且開設有導流孔，進一步確保航行器航行穩定。
7.根據權利要求1所述的帶力反饋機械臂的水下航行器，其特征在于，所述涵道式推進器包括兩個水平推進器、三個豎直推進器、一個側推進器，用以控制所述水下航行器在水下進行前后、左右、上下全自由度的運動及橫滾、俯仰、側傾復雜運動。
8.根據權利要求1所述的帶力反饋機械臂的水下航行器，其特征在于，所述電子密封艙的底部設置有防水旋鈕開關，所述電子密封艙具備軟啟動與硬啟動兩種模式，其中，硬啟動通過所述防水旋鈕開關實現，軟啟動通過地面站發送控制與解除控制信號實現。
9.根據權利要求1所述的帶力反饋機械臂的水下航行器，其特征在于，所述帶力反饋機械臂的水下航行器依靠所述能源與動力模塊中的鋰電池組提供動力，并依靠繼電器設計啟動回路，以控制并保護主回路。
10.根據權利要求1所述的帶力反饋機械臂的水下航行器，其特征在于，所述關節旋轉裝置通過三個防水舵機實現。
...【技術特征摘要】
1.一種帶力反饋機械臂的水下航行器，包括上殼體、主板、下殼體，其特征在于，還包括電子密封艙、多自由度機械臂、涵道式推進器、電流反饋模塊；其中，所述電子密封艙嵌入所述主板內，由所述上殼體和所述下殼體包裹；所述涵道式推進器分別與所述主板和所述下殼體固連；所述多自由度機械臂與所述下殼體固連，所述電流反饋模塊與所述多自由度機械臂的連接件同軸嵌套，所述電子密封艙的內部分層放置傳感模塊、控制模塊、能源與動力模塊，所述傳感模塊包括艙內傳感器與艙外傳感器，所述艙內傳感器包括氣壓、煙霧、溫度、總線電流傳感器；所述艙外傳感器包括機械臂末端夾持裝置檢測電路，以及溫度、壓力、濁度傳感器中的一種或多種；所述控制模塊包括圖像處理與識別控制主板、運動控制主板、六軸姿態傳感器以及磁力計，依靠通訊線纜將從所述傳感模塊采集到的信息實時反饋回上位機，實現艙內、艙外環境智能化監控，并依靠特定的算法對所述涵道式推進器動力進行分配；所述能源與動力模塊包括鋰電池組、啟動電路以及穩壓電路，用于采集外部數據、執行運動動作；所述多自由度機械臂包括底部旋轉裝置、關節旋轉裝置以及末端夾持裝置，用于依靠所述電流反饋模塊反饋的電流檢測實現力反饋。
2.根據權利要求1所述的帶力反饋機械臂的水下航行器，其特征在于，所述電子密封艙由前視窗、密封艙主體以及底部導線板組成，其整體獨立密封。
3.根據權利要求2所述的帶力反饋機械臂的水下航行器，其特征在于，所述前視窗中設置有雙目攝像頭，用于對目標物體進行識別并利用空間定位算法解算其在所述多自由度機械臂坐標系中的空間位置，為所述多自由度機械臂抓取進行準備工作，并將...
【專利技術屬性】
技術研發人員：吳沐陽，李碩，楊項，韓一娜，李道江，呂瑞，袁晟喆，
申請(專利權)人：西北工業大學，
類型：發明
國別省市：
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