水下爬行機(jī)器人機(jī)械手設(shè)計(jì)要點(diǎn)探究

白宇昊 張子騰 付志宇

沈陽(yáng)理工大學(xué) 遼寧 沈陽(yáng) 110159

前言

水下爬行機(jī)器人是當(dāng)前社會(huì)中應(yīng)用的重要裝置,其主要應(yīng)用于水下惡劣環(huán)境相關(guān)檢測(cè)工作。如,在核電站水下檢測(cè)過(guò)程中或者水下切割作業(yè)過(guò)程中,就要使用到水下爬行機(jī)器人裝置,完成相關(guān)工作,確保核電站水下檢測(cè)工作合理。而為了確保水下爬行機(jī)器人具有相應(yīng)的工作能力,在機(jī)器人進(jìn)行主體設(shè)計(jì)過(guò)程中,需要完成水下爬行機(jī)器人機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),其機(jī)械手結(jié)構(gòu)是其主要的功能實(shí)施結(jié)構(gòu),能夠確保機(jī)器人各項(xiàng)工作實(shí)施合理,也能夠最大程度上提升機(jī)器人的施工效果。

1 總體設(shè)計(jì)概述

水下爬行機(jī)器人機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是為了完成機(jī)器人的相關(guān)功能進(jìn)行的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。另外,其機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是為了模仿人手結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體的設(shè)計(jì),確保系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加有效,實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的功能發(fā)揮。

在本文對(duì)機(jī)械手進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)研究過(guò)程中,其機(jī)械手設(shè)計(jì)主要完成腕關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、手臂形狀設(shè)計(jì)、總體安裝方式設(shè)計(jì)以及主尺度設(shè)計(jì)等相關(guān)設(shè)計(jì)內(nèi)容,確保設(shè)計(jì)展開(kāi)更加合理,也能夠最大程度上提升機(jī)械手的設(shè)計(jì)效果。①機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,腕關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是為了完成機(jī)械手的整體自由度設(shè)計(jì)控制,確保設(shè)計(jì)更加合理,也能夠提升設(shè)計(jì)效果。②機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中包括對(duì)安裝方式進(jìn)行合理的設(shè)計(jì),其安裝方式要遵循效率性原則,確保其作業(yè)安裝能夠在合理范圍之內(nèi)。③機(jī)械手整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中,需要完成對(duì)手臂形狀設(shè)計(jì),其手臂形狀采用直筒圓形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),并且其設(shè)計(jì)尺寸應(yīng)該考慮到其空間性的特點(diǎn),對(duì)于水下整體操作展開(kāi)有效。以下圖1為本次設(shè)計(jì)過(guò)程中的機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖。④在水下機(jī)器人整體水過(guò)程中,還包括其總體性能指標(biāo)設(shè)計(jì)其中包括肩俯仰±90°、肘俯仰±90°、腕回轉(zhuǎn)±180°、工作水深20m、負(fù)載1kg,長(zhǎng)度660mm的參數(shù)設(shè)計(jì),通過(guò)整體參數(shù)設(shè)計(jì),確保及機(jī)械手實(shí)際應(yīng)用有效。

圖1 水下爬行機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

2 水下爬行機(jī)器人機(jī)械手結(jié)構(gòu)組成及選定

2.1 驅(qū)動(dòng)方式選擇 驅(qū)動(dòng)方式選擇對(duì)于機(jī)械手裝置應(yīng)用有重要的作用,其驅(qū)動(dòng)方式設(shè)計(jì),主要是完成電力驅(qū)動(dòng)方式設(shè)計(jì),應(yīng)用電氣驅(qū)動(dòng)方式,能夠在最大程度上提升機(jī)械手結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)應(yīng)用效果。另外,電氣驅(qū)動(dòng)方式也適用于水下工作。在其驅(qū)動(dòng)方式選擇過(guò)程中,主要是應(yīng)用電氣驅(qū)動(dòng)元件有步進(jìn)電機(jī)、直流力矩電機(jī)以及直流伺服電機(jī),通過(guò)相關(guān)裝置的選型,確保驅(qū)動(dòng)方式設(shè)計(jì)應(yīng)用更有效果,在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中,電機(jī)能夠控制機(jī)器人機(jī)械手的工作速度。

2.2 傳動(dòng)方式設(shè)計(jì) 傳動(dòng)方式設(shè)計(jì)也是水下爬行機(jī)器人設(shè)計(jì)過(guò)程中的重要設(shè)計(jì)方向,對(duì)于整體的機(jī)器人驅(qū)動(dòng)方式設(shè)計(jì)也有重要的作用。在其傳動(dòng)方式設(shè)計(jì)過(guò)程中,主要完成關(guān)節(jié)力矩估算以及電機(jī)減速裝置選型設(shè)計(jì)。在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中,通過(guò)傳動(dòng)方式設(shè)計(jì)能夠確保機(jī)器人機(jī)械手裝置應(yīng)用良好。

①合理的設(shè)計(jì)電機(jī)參數(shù),設(shè)計(jì)電機(jī)型號(hào)為A-max26 110943、設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)矩為17.6m·Nm、設(shè)計(jì)電功率為11w、電流為0.365A、估算其力矩為10.65.轉(zhuǎn)速為5770r/min,通過(guò)合理的參數(shù)設(shè)計(jì),確保設(shè)計(jì)更有效果,也能夠最大程度上提升設(shè)計(jì)效果。

②針對(duì)減速器裝置進(jìn)行合理的設(shè)計(jì),在實(shí)際的減速器參數(shù)設(shè)計(jì)過(guò)程中,主要完成減速比設(shè)計(jì)以及最大連續(xù)輸出轉(zhuǎn)矩設(shè)計(jì)。如其中減速比設(shè)計(jì)為53i,而最大連續(xù)輸出轉(zhuǎn)矩為1.3通過(guò)合理的參數(shù)設(shè)計(jì),確保技術(shù)應(yīng)用更加合理,也能夠最大程度上提升傳動(dòng)技術(shù)效果。

2.3 關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 在水下機(jī)器人設(shè)計(jì)過(guò)程中,對(duì)其關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也非常關(guān)鍵,對(duì)于整體設(shè)計(jì)應(yīng)用而言也有重要的作用。其設(shè)計(jì)過(guò)程中,主要包括O型密封圈、轉(zhuǎn)動(dòng)件、密封全壓塊、O型密封圈、基座以及軸承套等裝置。確保設(shè)計(jì)更有效果。

3 水下爬行機(jī)器人機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的功能試驗(yàn)

在本文進(jìn)行水下爬行機(jī)器人機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中,為了確保機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理,完成了對(duì)其功能的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),在其設(shè)計(jì)中利用壓力罐進(jìn)行水下操作試驗(yàn),其操作試驗(yàn)深度為1m以上,同時(shí)試驗(yàn)中模擬25m水下運(yùn)行環(huán)境,控制水下機(jī)器人在10h工作時(shí)間,檢測(cè)水下機(jī)器人的密封性和工作性能,其操作性能良好。

結(jié)語(yǔ)

在水下機(jī)器人操作設(shè)計(jì)過(guò)程中,對(duì)機(jī)械手設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵,直接關(guān)系到其設(shè)計(jì)效果。在水下爬行機(jī)器人機(jī)械手設(shè)計(jì)過(guò)程中,應(yīng)該注重對(duì)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)方式以及工作方式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),確保技術(shù)應(yīng)用更急合理有效,也能夠最大程度水下爬行機(jī)器人的使用效果。希望本文能夠?qū)λ屡佬袡C(jī)器人的機(jī)械手設(shè)計(jì)有所幫助。