白宇昊 張子騰 付志宇

沈陽理工大學 遼寧 沈陽 110159

前言

水下爬行機器人是當前社會中應用的重要裝置,其主要應用于水下惡劣環(huán)境相關檢測工作。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的工作能力,在機器人進行主體設計過程中,需要完成水下爬行機器人機械手結構設計,其機械手結構是其主要的功能實施結構,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 總體設計概述

水下爬行機器人機械手結構設計是為了完成機器人的相關功能進行的具體結構設計。另外,其機械手結構設計也是為了模仿人手結構進行具體的設計,確保系統(tǒng)設計更加有效,實現(xiàn)結構的功能發(fā)揮。

在本文對機械手進行具體的設計研究過程中,其機械手設計主要完成腕關節(jié)結構設計、手臂形狀設計、總體安裝方式設計以及主尺度設計等相關設計內容,確保設計展開更加合理,也能夠最大程度上提升機械手的設計效果。①機械手總體結構設計中,腕關節(jié)結構設計主要是為了完成機械手的整體自由度設計控制,確保設計更加合理,也能夠提升設計效果。②機械手結構設計中包括對安裝方式進行合理的設計,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。③機械手整體結構設計過程中,需要完成對手臂形狀設計,其手臂形狀采用直筒圓形結構設計,并且其設計尺寸應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為本次設計過程中的機械手結構設計圖。④在水下機器人整體水過程中,還包括其總體性能指標設計其中包括肩俯仰±90°、肘俯仰±90°、腕回轉±180°、工作水深20m、負載1kg,長度660mm的參數(shù)設計,通過整體參數(shù)設計,確保及機械手實際應用有效。

圖1 水下爬行機器人結構設計圖

2 水下爬行機器人機械手結構組成及選定

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

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

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

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

2.3 關節(jié)結構設計 在水下機器人設計過程中,對其關節(jié)結構設計也非常關鍵,對于整體設計應用而言也有重要的作用。其設計過程中,主要包括O型密封圈、轉動件、密封全壓塊、O型密封圈、基座以及軸承套等裝置。確保設計更有效果。

3 水下爬行機器人機械手結構設計的功能試驗

在本文進行水下爬行機器人機械手結構設計過程中,為了確保機械手結構設計合理,完成了對其功能的結構設計,在其設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。

結語

在水下機器人操作設計過程中,對機械手設計非常關鍵,直接關系到其設計效果。在水下爬行機器人機械手設計過程中,應該注重對機械手的結構、傳動方式以及工作方式進行優(yōu)化設計,確保技術應用更急合理有效,也能夠最大程度水下爬行機器人的使用效果。希望本文能夠對水下爬行機器人的機械手設計有所幫助。