水下爬行機器人機械手設(shè)計要點探究

白宇昊 張子騰 付志宇

沈陽理工大學(xué) 遼寧 沈陽 110159

前言

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

1 總體設(shè)計概述

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

在本文對機械手進行具體的設(shè)計研究過程中,其機械手設(shè)計主要完成腕關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計、手臂形狀設(shè)計、總體安裝方式設(shè)計以及主尺度設(shè)計等相關(guān)設(shè)計內(nèi)容,確保設(shè)計展開更加合理,也能夠最大程度上提升機械手的設(shè)計效果。①機械手總體結(jié)構(gòu)設(shè)計中,腕關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是為了完成機械手的整體自由度設(shè)計控制,確保設(shè)計更加合理,也能夠提升設(shè)計效果。②機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計中包括對安裝方式進行合理的設(shè)計,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機械手整體結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中,需要完成對手臂形狀設(shè)計,其手臂形狀采用直筒圓形結(jié)構(gòu)設(shè)計,并且其設(shè)計尺寸應(yīng)該考慮到其空間性的特點,對于水下整體操作展開有效。以下圖1為本次設(shè)計過程中的機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計圖。④在水下機器人整體水過程中,還包括其總體性能指標(biāo)設(shè)計其中包括肩俯仰±90°、肘俯仰±90°、腕回轉(zhuǎn)±180°、工作水深20m、負載1kg,長度660mm的參數(shù)設(shè)計,通過整體參數(shù)設(shè)計,確保及機械手實際應(yīng)用有效。

圖1 水下爬行機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計圖

2 水下爬行機器人機械手結(jié)構(gòu)組成及選定

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

2.2 傳動方式設(shè)計 傳動方式設(shè)計也是水下爬行機器人設(shè)計過程中的重要設(shè)計方向,對于整體的機器人驅(qū)動方式設(shè)計也有重要的作用。在其傳動方式設(shè)計過程中,主要完成關(guān)節(jié)力矩估算以及電機減速裝置選型設(shè)計。在實際的設(shè)計過程中,通過傳動方式設(shè)計能夠確保機器人機械手裝置應(yīng)用良好。

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

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

2.3 關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計 在水下機器人設(shè)計過程中,對其關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計也非常關(guān)鍵,對于整體設(shè)計應(yīng)用而言也有重要的作用。其設(shè)計過程中,主要包括O型密封圈、轉(zhuǎn)動件、密封全壓塊、O型密封圈、基座以及軸承套等裝置。確保設(shè)計更有效果。

3 水下爬行機器人機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計的功能試驗

在本文進行水下爬行機器人機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中,為了確保機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計合理,完成了對其功能的結(jié)構(gòu)設(shè)計,在其設(shè)計中利用壓力罐進行水下操作試驗,其操作試驗深度為1m以上,同時試驗中模擬25m水下運行環(huán)境,控制水下機器人在10h工作時間,檢測水下機器人的密封性和工作性能,其操作性能良好。

結(jié)語

在水下機器人操作設(shè)計過程中,對機械手設(shè)計非常關(guān)鍵,直接關(guān)系到其設(shè)計效果。在水下爬行機器人機械手設(shè)計過程中,應(yīng)該注重對機械手的結(jié)構(gòu)、傳動方式以及工作方式進行優(yōu)化設(shè)計,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器人的使用效果。希望本文能夠?qū)λ屡佬袡C器人的機械手設(shè)計有所幫助。