一种基于桁架式机械臂的水下目标自主抓取机器人

本技术属于机器人，具体涉及一种基于桁架式机械臂的水下目标自主抓取机器人。

背景技术：

1、随着生活水平的提高，人们对海洋资源的需求也日益增大。人工捕捞海产品（海参、扇贝等）成本高，危险性较大；现有的水下抓取机器人的抓取方式多为串联机械臂式和泵吸式，而串联机械臂式操作困难，泵吸式会对海底生物营养层造成一定程度的破坏，未有能够简化操作难度且同时能够确保捕捞对象完整性的相关措施。

技术实现思路

1、为解决现有的水下抓取机器人的抓取方式多为串联机械臂式和泵吸式，而串联机械臂式操作困难，泵吸式会对海底生物营养层造成一定程度的破坏的问题；本实用新型的目的在于提供一种基于桁架式机械臂的水下目标自主抓取机器人，实现在水下机器人工作区域的xoy平面内任意一点抓取海产品，方便快速。

2、本实用新型的一种基于桁架式机械臂的水下目标自主抓取机器人，包括驱动部分与三维抓取部分，驱动部分的下端与三维抓取部分连接，所述驱动部分包括机架、推进总成、浮力块、探照灯、大摄像头、电子密封仓，推进总成均布在机架四周，浮力块固定在机架的顶端，大摄像头安装在机架的前上端，探照灯分布在机架的两侧，电子密封仓安装在机架的内底部，所述三维抓取部分包括筐、抓取机构、机械爪、异型块、小摄像头、前伸机构；筐的上端通过异型块与机架的底部连接，筐内安装有抓取机构，抓取机构上安装有机械爪，前伸机构安装在抓取机构上，小摄像头垂直向下设置，小摄像头安装在抓取机构的前侧。

3、作为优选，所述机架包括机架上板、机架侧板、机架底板和防护板，两个机架侧板之间的下端连接有机架底板，两个机架侧板之间的上侧与机架上板连接，两个机架侧板的外侧壁上安装有防护板；推进总成为八推结构，其中四个推进器一安装在机架侧板两侧，另四个推进器二呈推进器轴线成40°角分布在两块机架上板上。

4、作为优选，所述筐包括筐前板、筐侧板、筐后板、筐底板、第一限位角件、第二限位角件、异型块支撑角件、长形支撑件、第一铝型材、滑车、前伸机构角件和支撑件；筐前板、两个筐侧板、筐后板、筐底板之间通过螺栓连接固定为矩形框；第一限位角件和第二限位角件分别安装在筐侧板的内外侧壁上，用于给抓取机构的铝型材限位；异型块支撑角件安装在筐侧板的内上侧壁上，两个长形支撑件分别对称的固定安装在两个筐侧板的内侧壁上，第一铝型材安装在长形支撑件的外侧壁上，滑车的滑轮活动连接在第一铝型材的滑槽内，滑车上部分连接抓取机构的第二铝型材；前伸机构角件安装在筐后板的内侧壁上，支撑件固定在两个长形支撑件前侧底部，所述异型块包括第一卡块和第二卡块，第一卡块的上侧与机架的机架底板固定，两个第一卡块与第二卡块分别与两个异型块支撑角件、筐后板的上端连接，第一卡块与第二卡块之间通过榫卯连接固定。

5、作为优选，所述浮力块的设置有空腔，空腔内设置有气囊或低密度浮力块。

6、作为优选，所述大摄像头包括舵机支架、第一铜柱、第一双轴舵机、深水网络摄像头、第一支撑架、第二支撑架；舵机支架的一侧与机架的机架上板中的直槽口固定，舵机支架的另一侧与第一双轴舵机固定，第一双轴舵机的舵盘通过第一铜柱与第二支撑架固定，第一支撑架与第二支撑架将深水网络摄像头夹紧固定。

7、作为优选，所述电子密封仓包括仓体、第一固定环、第二固定环，第一固定环底部与机架的机架底板固定，第二固定环将仓体固定在第一固定环上，前后分成两个固定仓体，仓体内有锂电池和控制板。

8、作为优选，所述抓取机构包括第二铝型材、第三铝型材、第四铝型材、防水步进电机、齿轮、齿条、铝型材滚轮滑块、第一电推杆连接角件、角码、小摄像头连接角件和第二电推杆连接角件；第二铝型材与两第三铝型材之间互成直角且用角码固定，齿条与第四铝型材紧固，齿条与两个第三铝型材之间用角码固定；铝型材滚轮滑块固定在第四铝型材上，第一电推杆连接角件与铝型材滚轮滑块的背部固定，第一电推杆连接角件成“z”字形，第一电推杆连接角件上方与防水步进电机固定，第一电推杆连接角件延伸侧与第二电推杆连接角件连接，小摄像头连接角件与第一电推杆连接角件延伸侧固定，小摄像头安装在小摄像头连接角件的侧壁上。

9、作为优选，所述机械爪包括防水电推杆和机械爪头，所述机械爪头包括u型双轴舵机固定件、第二双轴舵机、曲柄、爪型、第二铜柱，第二双轴舵机固定在u型双轴舵机固定件上，u型双轴舵机固定件与防水电推杆末端固定，两曲柄在第二双轴舵机两侧对称放置，曲柄一端为不完全齿轮，与第二双轴舵机的舵盘固定，曲柄另一端与爪型固定，两个爪型之间通过第二铜柱固定。

10、作为优选，所述前伸机构包括防水单轴舵机、曲柄舵盘、滑块连杆、槽、第一连杆、支撑柱、第二连杆、连接角件；第一连杆两端和中间部分分别与相同的第一连杆铰接，在初始和末尾两端与第二连杆铰接，第一连杆和第二连杆均在中间部分铰接处均有凸起，且凸起置于槽内，曲柄舵盘一端上方设有小立柱凸起，另一端与防水单轴舵机上的舵盘连接；滑块连杆的一端有大直槽口，与曲柄舵盘的小立柱凸起配合，另一端有小直槽口，与第二个中间部分铰接处的立柱配合，中间部分为滑块，与槽滑动连接；两第二连杆的最外端铰接处通过连接角件与抓取机构连接。

11、与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

12、一、采取新的抓取方式，即桁架式机械臂式抓取，这种机构与现有的水下目标识别算法结合，当小摄像头提取到海产品的坐标后，可快速通过桁架式机械臂控制机械爪头整体伸出、抓取、收回等一系列动作，实现在水下机器人工作区域的xoy平面内任意一点抓取海产品，使用方便，反应快速。

13、二、主体水下机器人采用八推结构形式，能够快速控制机器人上升、下降、前进、后退和转弯之间的动作实现以及动作转换，大摄像头的设计也方便作业机器人快速找到海产品，携带筐的设计也可将抓取的海产品一次性带回，形成大口结构形式的稳定捕捞作业方式，结合自主抓取的抓取方式，能够确保捕捞的水下海产品的完整性，本实用新型可用于作业型水下海产品抓取机器人。

技术特征：

1.一种基于桁架式机械臂的水下目标自主抓取机器人，其特征在于：包括驱动部分与三维抓取部分，驱动部分的下端与三维抓取部分连接，所述驱动部分包括机架（1）、推进总成（2）、浮力块（4）、探照灯（6）、大摄像头（5）和电子密封仓（7），推进总成（2）均布在机架（1）四周，浮力块（4）固定在机架（1）的顶端，大摄像头（5）安装在机架（1）的前上端，探照灯（6）分布在机架（1）的两侧，电子密封仓（7）安装在机架（1）的内底部，所述三维抓取部分包括筐（3）、抓取机构（8）、机械爪（9）、异型块（10）、小摄像头（11）、前伸机构（12）；筐（3）的上端通过异型块（10）与机架（1）的底部连接，筐（3）内安装有抓取机构（8），抓取机构（8）上安装有机械爪（9），前伸机构（12）安装在抓取机构（8）上，小摄像头（11）垂直向下设置，小摄像头（11）安装在抓取机构（8）的前侧。

2.根据权利要求1所述的一种基于桁架式机械臂的水下目标自主抓取机器人，其特征在于：所述机架（1）包括机架上板（1-1）、机架侧板（1-2）、机架底板（1-3）和防护板（1-4），两个机架侧板（1-2）之间的下端连接有机架底板（1-3），两个机架侧板（1-2）之间的上侧与机架上板（1-1）连接，两个机架侧板（1-2）的外侧壁上安装有防护板（1-4），推进总成（2）为八推结构，其中四个推进器一（2-1）安装在机架侧板（1-2）两侧，另四个推进器二（2-2）呈推进器轴线成40°角分布在两块机架上板（1-1）上。

3.根据权利要求1所述的一种基于桁架式机械臂的水下目标自主抓取机器人，其特征在于：所述筐（3）包括筐前板（3-1）、筐侧板（3-2）、筐后板（3-3）、筐底板（3-4）、第一限位角件（3-5）、第二限位角件（3-6）、异型块支撑角件（3-7）、长形支撑件（3-8）、第一铝型材（3-9）、滑车（3-10）、前伸机构角件（3-11）、支撑件（3-12）；筐前板（3-1）、两个筐侧板（3-2）、筐后板（3-3）、筐底板（3-4）之间通过螺栓连接固定为矩形框；第一限位角件（3-5）和第二限位角件（3-6）分别安装在筐侧板（3-2）的内外侧壁上，用于给抓取机构（8）的铝型材限位；异型块支撑角件（3-7）安装在筐侧板（3-2）的内上侧壁上，两个长形支撑件（3-8）分别对称的固定安装在两个筐侧板（3-2）的内侧壁上，第一铝型材（3-9）安装在长形支撑件（3-8）的外侧壁上，滑车（3-10）的滑轮活动连接在第一铝型材（3-9）的滑槽内，滑车（3-10）上部分连接抓取机构（8）的第三铝型材（8-2）；前伸机构角件（3-11）安装在筐后板（3-3）的内侧壁上，支撑件（3-12）固定在两个长形支撑件（3-8）前侧底部，所述异型块（10）包括第一卡块（10-1）和第二卡块（10-2），第一卡块（10-1）的上侧与机架（1）的机架底板固定，两个第一卡块（10-1）与第二卡块（10-2）分别与两个异型块支撑角件（3-7）、筐后板（3-3）的上端连接，第一卡块（10-1）与第二卡块（10-2）之间通过榫卯连接固定。

4.根据权利要求1所述的一种基于桁架式机械臂的水下目标自主抓取机器人，其特征在于：所述浮力块（4）的内部设置有空腔，空腔内设置有气囊或低密度浮力块。

5.根据权利要求1所述的一种基于桁架式机械臂的水下目标自主抓取机器人，其特征在于：所述大摄像头（5）包括舵机支架（5-1）、第一铜柱（5-2）、第一双轴舵机（5-3）、深水网络摄像头（5-4）、第一支撑架（5-5）、第二支撑架（5-6）；舵机支架（5-1）的一侧与机架（1）的机架上板中的直槽口固定，舵机支架（5-1）的另一侧与第一双轴舵机（5-3）固定，第一双轴舵机（5-3）的舵盘通过第一铜柱（5-2）与第二支撑架（5-6）固定，第一支撑架（5-5）与第二支撑架（5-6）将深水网络摄像头（5-4）夹紧固定。

6.根据权利要求1所述的一种基于桁架式机械臂的水下目标自主抓取机器人，其特征在于：所述电子密封仓（7）包括仓体（7-1）、第一固定环（7-2）、第二固定环（7-3），第一固定环（7-2）底部与机架（1）的机架底板固定，第二固定环（7-3）将仓体（7-1）固定在第一固定环（7-2）上，前后分成两个固定仓体（7-1），仓体（7-1）内有锂电池和控制板。

7.根据权利要求1所述的一种基于桁架式机械臂的水下目标自主抓取机器人，其特征在于：所述抓取机构（8）包括第二铝型材（8-1）、第三铝型材（8-2）、第四铝型材（8-6）、防水步进电机（8-3）、齿轮（8-4）、齿条（8-5）、铝型材滚轮滑块（8-7）、第一电推杆连接角件（8-8）、角码（8-9）、小摄像头连接角件（8-10）和第二电推杆连接角件（8-11）；第二铝型材（8-1）与两第三铝型材（8-2）之间互成直角且用角码（8-9）固定，齿条（8-5）与第四铝型材（8-6）紧固，齿条（8-5）与两个第三铝型材（8-2）之间用角码（8-9）固定；铝型材滚轮滑块（8-7）固定在第四铝型材（8-6）上，第一电推杆连接角件（8-8）与铝型材滚轮滑块（8-7）的背部固定，第一电推杆连接角件（8-8）成“z”字形，第一电推杆连接角件（8-8）上方与防水步进电机（8-3）固定，第一电推杆连接角件（8-8）延伸侧与第二电推杆连接角件（8-11）连接，小摄像头连接角件（8-10）与第一电推杆连接角件（8-8）延伸侧固定，小摄像头（11）安装在小摄像头连接角件（8-10）的侧壁上。

8.根据权利要求1所述的一种基于桁架式机械臂的水下目标自主抓取机器人，其特征在于：所述机械爪（9）包括防水电推杆（9-1）和机械爪头（9-2），所述机械爪头（9-2）包括u型双轴舵机固定件（9-2-1）、第二双轴舵机（9-2-2）、曲柄（9-2-3）、爪型（9-2-4）、第二铜柱（9-2-5），第二双轴舵机（9-2-2）固定在u型双轴舵机固定件（9-2-1）上，u型双轴舵机固定件（9-2-1）与防水电推杆（9-1）末端固定，两曲柄（9-2-3）在第二双轴舵机（9-2-2）两侧对称放置，曲柄（9-2-3）一端为不完全齿轮，与第二双轴舵机（9-2-2）的舵盘固定，曲柄（9-2-3）另一端与爪型（9-2-4）固定，两个爪型（9-2-4）之间通过第二铜柱（9-2-5）固定。

9.根据权利要求8所述的一种基于桁架式机械臂的水下目标自主抓取机器人，其特征在于：所述爪型（9-2-4）为带有内凹性，且带有齿形的爪型。

10.根据权利要求1所述的一种基于桁架式机械臂的水下目标自主抓取机器人，其特征在于：所述前伸机构（12）包括防水单轴舵机（12-1）、曲柄舵盘（12-2）、滑块连杆（12-3）、槽（12-4）、第一连杆（12-5）、支撑柱（12-6）、第二连杆（12-7）、连接角件（12-8）；第一连杆（12-5）两端和中间部分分别与相同的第一连杆（12-5）铰接，在初始和末尾两端与第二连杆（12-7）铰接，第一连杆（12-5）和第二连杆（12-7）均在中间部分铰接处均有凸起，且凸起置于槽（12-4）内，曲柄舵盘（12-2）一端上方设有小立柱凸起，另一端与防水单轴舵机（12-1）上的舵盘连接；滑块连杆（12-3）的一端有大直槽口，与曲柄舵盘（12-2）的小立柱凸起配合，另一端有小直槽口，与第二个中间部分铰接处的立柱配合，中间部分为滑块，与槽（12-4）滑动连接；两第二连杆（12-7）的最外端铰接处通过连接角件（12-8）与抓取机构（8）连接。

技术总结本技术公开了一种基于桁架式机械臂的水下目标自主抓取机器人，涉及机器人技术领域；驱动部分的下端与三维抓取部分连接，推进总成均布在机架四周，电子密封仓安装在机架的内底部，筐的上端通过异型块与机架的底部连接，筐内安装有抓取机构，抓取机构上安装有机械爪，前伸机构安装在抓取机构上；本技术当小摄像头提取到海产品的坐标后，可快速通过桁架式机械臂控制机械爪头整体伸出、抓取、收回等一系列动作，实现在水下机器人工作区域的XOY平面内任意一点抓取海产品，方便快速；主体水下机器人采用八推结构，可将抓取的海产品一次性带回，具有高效率性，抓取方式新颖，并且可自主抓取，可用于作业型水下海产品抓取机器人。技术研发人员：李玉寒,叶实庆,罗婉倩,杨志哲,黄慧受保护的技术使用者：桂林电子科技大学技术研发日：20231018技术公布日：2024/6/11