本發(fā)明屬于水下作業(yè)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于海底生物無損捕撈的形狀自適應(yīng)機(jī)械手結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的海參、扇貝等海生物的近海捕撈大多依靠潛水員下水作業(yè)完成，作業(yè)成本高、水溫低、潛水員面臨傷病和生命的威脅，尤其當(dāng)作業(yè)深度超過20m，潛水員的工作時(shí)間大大縮短。而采用機(jī)器人代替潛水員可以較大地提高作業(yè)時(shí)間、降低捕撈成本，減少潛水員的傷病，提高捕撈的安全性。

目前，機(jī)器人捕撈海生物主要通過抽吸和抓取兩種方式來完成。專利文獻(xiàn)“海珍品采捕機(jī)器人(cn201410686861.x)”涉及到水下采捕機(jī)器人主要通過抽吸裝置由抽吸管將海珍品吸入收集容器內(nèi)，雖然也可以完成海參等生物的捕撈，但在實(shí)際使用中容易將海底的泥沙、礁石、水草等雜物也吸進(jìn)收集容器，甚至堵塞抽吸管。水下機(jī)械手是機(jī)器人完成水下目標(biāo)抓取和作業(yè)的所常用方式。專利文獻(xiàn)“一種具有開放式結(jié)構(gòu)的深海作業(yè)機(jī)械手(cn200910224334.6)”和“水下作業(yè)機(jī)器人及其工作方法(cn20151035070732.8)”涉及的水下機(jī)械手通過傳動(dòng)軸末端的螺桿帶動(dòng)螺母作直線運(yùn)動(dòng)，完成手指的開合運(yùn)動(dòng)。雖然能夠完成水下的目標(biāo)抓取作業(yè)，但海參為光滑柔軟的長筒形生物，難以完成可靠并且無損的抓取。

本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種用于海參等海底生物無損捕撈的形狀自適應(yīng)機(jī)械手結(jié)構(gòu)，通過一個(gè)電機(jī)結(jié)合蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)多指手指的剛性連桿結(jié)構(gòu)，完成對(duì)海參等復(fù)雜形狀海生物的周邊包絡(luò)、柔性自適應(yīng)抓取。該發(fā)明具有抓取可靠、形狀適應(yīng)性好、包絡(luò)速度快、易于水下密封等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種用于海底生物無損捕撈的形狀自適應(yīng)機(jī)械手結(jié)構(gòu)，主要針對(duì)現(xiàn)有的水下手指在抓取海參等海生物時(shí)形狀適應(yīng)性不強(qiáng)，抓取不可靠或海參易受損壞等缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一個(gè)電機(jī)結(jié)合渦蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的多指手抓結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)各個(gè)手指和手指的連桿結(jié)構(gòu)，通過多指結(jié)構(gòu)對(duì)海參的周邊包絡(luò)進(jìn)行形狀適應(yīng)性抓取運(yùn)動(dòng)，從而完成對(duì)海參等海生物的柔性、無損、可靠抓取。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種用于海底生物無損捕撈的形狀自適應(yīng)機(jī)械手結(jié)構(gòu)，其特征在于：由載體框架、海參捕撈箱、三自由度機(jī)械手臂和形狀自適應(yīng)手指模塊組成；三自由度機(jī)械手臂包括肩關(guān)節(jié)模塊、肘關(guān)節(jié)模塊、可轉(zhuǎn)動(dòng)臂桿模塊、腕關(guān)節(jié)模塊以及兩個(gè)聚丙烯加長臂桿；三自由度機(jī)械手的載體框架搭載在水下機(jī)器人的底部，形狀自適應(yīng)手指利用螺栓固定在三自由度機(jī)械手的前端，海參捕撈箱和三自由度機(jī)械手平行固定在載體框架內(nèi)；機(jī)械手包含肩部和肘部的兩個(gè)俯仰關(guān)節(jié)和大臂的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)。

所述的一種用于海底生物無損捕撈的形狀自適應(yīng)機(jī)械手機(jī)構(gòu)，所述的肩關(guān)節(jié)模塊，其特征在于肩關(guān)節(jié)模塊包括肩關(guān)節(jié)外殼、肩關(guān)節(jié)端蓋、肩關(guān)節(jié)電機(jī)減速器一體機(jī)、肩關(guān)節(jié)主軸和肩關(guān)節(jié)主軸配合的肩關(guān)節(jié)連接器；肩關(guān)節(jié)外殼主軸配合端面安裝泛塞封，并利用泛塞封蓋和螺栓固定將泛塞封壓緊在肩關(guān)節(jié)外殼上；利用兩個(gè)不銹鋼軸承內(nèi)圈與肩關(guān)節(jié)主軸配合，外圈分別與肩關(guān)節(jié)外殼和泛塞封蓋配合。

所述的一種用于海底生物無損捕撈的形狀自適應(yīng)機(jī)械手機(jī)構(gòu)，所述的肘關(guān)節(jié)模塊，其特征在于肘關(guān)節(jié)模塊肘關(guān)節(jié)外殼、肘關(guān)節(jié)端蓋、裝配固定肘關(guān)節(jié)外殼內(nèi)部的肘關(guān)節(jié)電機(jī)、裝配固定在肘關(guān)節(jié)電機(jī)上的肘關(guān)節(jié)主軸、和肘關(guān)節(jié)主軸配合的肘關(guān)節(jié)連接器，肘部俯仰關(guān)節(jié)與聚丙烯加長臂桿相連。

所述的一種用于海底生物無損捕撈的形狀自適應(yīng)機(jī)械手機(jī)構(gòu)，所述的可轉(zhuǎn)動(dòng)臂桿模塊，其特征在于可轉(zhuǎn)動(dòng)臂桿模塊包括臂桿外殼、臂桿端蓋、固定在臂桿內(nèi)部的臂桿電機(jī)、與臂桿電機(jī)相配合的不銹鋼軸套、和不銹鋼軸套相配合的臂桿連接器，臂桿模塊在臂桿電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。

所述的一種用于海參等海底生物無損捕撈的形狀自適應(yīng)機(jī)械手機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述的腕關(guān)節(jié)模塊具體包括:腕關(guān)節(jié)外殼、腕關(guān)節(jié)端蓋、固定在腕關(guān)節(jié)外殼內(nèi)部的腕關(guān)節(jié)電機(jī)、固定在腕關(guān)節(jié)電機(jī)上的腕關(guān)節(jié)主軸；腕關(guān)節(jié)手抓的運(yùn)動(dòng)由腕關(guān)節(jié)電機(jī)控制，手指基座安裝在腕關(guān)節(jié)外殼一端的平面上，由螺栓固定；腕關(guān)節(jié)電機(jī)固定于腕關(guān)節(jié)外殼內(nèi)部；腕關(guān)節(jié)主軸與腕關(guān)節(jié)電機(jī)相連，腕關(guān)節(jié)電機(jī)帶動(dòng)腕關(guān)節(jié)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)；腕關(guān)節(jié)主軸有一個(gè)平鍵和蝸桿內(nèi)的平鍵形成過渡配合，腕關(guān)節(jié)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)蝸桿同步轉(zhuǎn)動(dòng)；蝸桿在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸輪圓心處的軸孔有一個(gè)平鍵，蝸輪軸孔的平鍵和手指驅(qū)動(dòng)主軸的平鍵為過渡配合，蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)可帶動(dòng)手指驅(qū)動(dòng)主軸跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)。

所述的一種用于海參等海底生物無損捕撈的形狀自適應(yīng)機(jī)械手機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述自適應(yīng)手指系統(tǒng)具體包括:自適應(yīng)抓取手指模塊由手指基座、和手指基座配合手指驅(qū)動(dòng)主軸、渦輪蝸桿組件、手指驅(qū)動(dòng)連桿以及扭簧固定架，扭簧固定架上裝配有定制扭簧、快速包絡(luò)柔性手指組成；扭簧固定架和手指驅(qū)動(dòng)連桿通過過渡配合裝配在手指驅(qū)動(dòng)主軸上，扭簧固定架的軸孔有一個(gè)平鍵與手指驅(qū)動(dòng)主軸的平鍵相配合；迫使手指驅(qū)動(dòng)連桿上的銷軸與扭簧伸出端接觸。

所述的一種用于海參等海底生物無損捕撈的形狀自適應(yīng)機(jī)械手機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述的自適應(yīng)多指手指模塊具體包括：自適應(yīng)多指手指模塊的快速包絡(luò)柔性手指由手指驅(qū)動(dòng)連桿、手指驅(qū)動(dòng)連桿銷軸、兩塊鋁合金材質(zhì)的手指?jìng)?cè)板、手指橡膠前蓋板、手指包絡(luò)連桿、手指遠(yuǎn)指節(jié)、手指遠(yuǎn)指節(jié)橡膠套、手指遠(yuǎn)指節(jié)主軸、手指遠(yuǎn)指節(jié)銷軸、手指近指節(jié)連桿銷軸；每側(cè)的三個(gè)快速包絡(luò)柔性手指共用一根手指驅(qū)動(dòng)主軸，通過手指驅(qū)動(dòng)主軸固定的蝸輪和手抓驅(qū)動(dòng)主軸上固定的蝸桿相嚙合；手指驅(qū)動(dòng)連桿通過手指驅(qū)動(dòng)連桿銷軸一端固定在手指?jìng)?cè)板上，另一端在手指驅(qū)動(dòng)主軸上旋轉(zhuǎn)；手指包絡(luò)連桿的一端通過手指近指節(jié)連桿銷軸固定在手指基座上，另一端通過手指遠(yuǎn)指節(jié)銷軸固定在手指遠(yuǎn)指節(jié)上；手指遠(yuǎn)指節(jié)橡膠套和手指橡膠前蓋板分別固定在手指?jìng)?cè)板和手指遠(yuǎn)指節(jié)上。

所述的一種用于海參等海底生物無損捕撈的形狀自適應(yīng)機(jī)械手機(jī)構(gòu)，所述自適應(yīng)抓取手指模塊，其特征在于：在模型的合攏和張開運(yùn)動(dòng)過程中，近指節(jié)和遠(yuǎn)指節(jié)與水平面的夾角變化是線性關(guān)系的；關(guān)節(jié)處裝配有伺服電機(jī)，各關(guān)節(jié)端蓋處裝配有o型圈，各關(guān)節(jié)主軸處裝配有泛塞封和泛塞封蓋。

所述的一種用于海底生物無損捕撈的形狀自適應(yīng)機(jī)械手機(jī)構(gòu)，其特征在于：肩關(guān)節(jié)模塊中肩關(guān)節(jié)外殼端面、肘關(guān)節(jié)外殼、腕關(guān)節(jié)外殼、可轉(zhuǎn)動(dòng)臂桿外殼肩關(guān)節(jié)外殼端面設(shè)有相應(yīng)的密封圈溝槽并加裝o型密封圈，再利用螺栓螺母和肩關(guān)節(jié)端蓋緊固配合；肘關(guān)節(jié)外殼、腕關(guān)節(jié)外殼、可轉(zhuǎn)動(dòng)臂桿外殼安裝有相應(yīng)的泛塞封和泛塞封蓋。

附圖說明

圖1是無損捕撈形狀自適應(yīng)機(jī)械手結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖；

圖2是纜控水下機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)圖；

圖3是無損捕撈形狀自適應(yīng)機(jī)械手臂結(jié)構(gòu)剖面圖；

圖4是腕關(guān)節(jié)手抓剖面圖；

圖5是形狀自適應(yīng)多指手指結(jié)構(gòu)圖；

圖6是快速包絡(luò)柔性手指內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；

圖7是手指連桿結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)原理曲線圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)的說明：

本發(fā)明由載體框架、海參捕撈箱、三自由度機(jī)械手臂和形狀自適應(yīng)多指手指組成。其中三自由度機(jī)械手臂包括肩關(guān)節(jié)模塊1、肘關(guān)節(jié)模塊2、可轉(zhuǎn)動(dòng)臂桿模塊3、腕關(guān)節(jié)模塊4以及兩個(gè)聚丙烯加長臂桿6。安裝三自由度機(jī)械手的載體框架可以搭載在水下機(jī)器人的底部，形狀自適應(yīng)多指手指5利用螺栓固定在三自由度機(jī)械手的前端，海參捕撈箱和三自由度機(jī)械手平行固定在載體框架內(nèi)。機(jī)械手包含肩部和肘部的兩個(gè)俯仰關(guān)節(jié)和大臂的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)；捕撈過程中通過兩個(gè)俯仰關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手向前下方展開，在轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的協(xié)助下完成海生物的捕撈；捕撈完成后由轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)為主實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的折疊，將捕獲到的海生物釋放到捕撈箱，捕撈箱蓋由壓簧實(shí)現(xiàn)釋放后的自動(dòng)關(guān)閉。

形狀自適應(yīng)多指手指由電機(jī)減速器一體1-3、手指電機(jī)密封外殼、手指驅(qū)動(dòng)主軸5-1、泛塞封1-7、泛塞封蓋1-8、泛塞封軸承、手指基座5-2、蝸輪5-3、蝸桿5-4、蝸桿軸承、六個(gè)快速包絡(luò)柔性手指、手指驅(qū)動(dòng)主軸5-1，扭簧固定架5-6、扭簧5-7、扭簧定位銷軸等組成。其中手指驅(qū)動(dòng)主軸固定在電機(jī)減速器一體機(jī)上，泛塞封蓋1-8固定在手指電機(jī)密封外殼上，通過泛塞封1-7實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)減速器一體機(jī)的動(dòng)密封；在手指驅(qū)動(dòng)主軸5-1的泛塞封蓋1-8一端和手指驅(qū)動(dòng)主軸的末端分別通過泛塞封軸承和蝸桿軸承實(shí)現(xiàn)手指驅(qū)動(dòng)主軸的軸向位置固定，從而確保泛塞封的動(dòng)密封有效；六個(gè)快速包絡(luò)柔性手指通過手指基座5-2固定在手指電機(jī)密封外殼的兩側(cè)，形成對(duì)目標(biāo)的周邊包絡(luò)；每側(cè)的三個(gè)快速包絡(luò)柔性手指共用一根手指驅(qū)動(dòng)主軸5-1，通過手指驅(qū)動(dòng)主軸5-1固定的蝸輪5-3和蝸桿5-4與手指基座5-2相嚙合；其中手指基座蝸桿和兩側(cè)蝸輪的可靠嚙合由手指基座5-1確保實(shí)現(xiàn)；每根手指驅(qū)動(dòng)主軸5-1上固定有三個(gè)扭簧固定架5-6，分別對(duì)應(yīng)三個(gè)手指的運(yùn)動(dòng)；每個(gè)扭簧固定架5-6通過扭簧和扭簧定位銷軸驅(qū)動(dòng)手指驅(qū)動(dòng)連桿5-5運(yùn)動(dòng),每個(gè)快速包絡(luò)柔性手指由手指驅(qū)動(dòng)連桿5-5作為主動(dòng)連桿驅(qū)動(dòng)其運(yùn)動(dòng)。這樣手指驅(qū)動(dòng)主軸通過蝸輪5-3蝸桿5-4驅(qū)動(dòng)手指驅(qū)動(dòng)主軸，手指驅(qū)動(dòng)主軸帶動(dòng)扭簧固定架5-6同步運(yùn)動(dòng),當(dāng)六個(gè)快速包絡(luò)柔性手指中的任何一個(gè)手指受到阻礙時(shí),其他手指將繼續(xù)包絡(luò)物體,從而對(duì)復(fù)雜形狀的海生物實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的自適應(yīng)周邊包絡(luò)。

快速包絡(luò)柔性手指由扭簧固定架5-6，手指驅(qū)動(dòng)連桿5-5、手指驅(qū)動(dòng)連桿銷軸5-8、手指?jìng)?cè)板5-9、手指橡膠前蓋板5-10、手指包絡(luò)連桿5-11、手指遠(yuǎn)指節(jié)5-12、手指遠(yuǎn)指節(jié)橡膠套5-13、手指遠(yuǎn)指節(jié)主軸5-14、手指遠(yuǎn)指節(jié)銷軸5-15、手指近指節(jié)連桿銷軸5-16組成。其中,扭簧固定架5-6通過扭簧5-7帶動(dòng)手指驅(qū)動(dòng)連桿5-5實(shí)現(xiàn)每一側(cè)的三個(gè)快速包絡(luò)柔性手指的同步包絡(luò)運(yùn)動(dòng)，手指驅(qū)動(dòng)連桿5-5通過手指驅(qū)動(dòng)連桿銷軸5-8一端固定在手指?jìng)?cè)板5-9上，另一端在手指驅(qū)動(dòng)主軸5-1上旋轉(zhuǎn)；手指近指節(jié)連桿的一端通過手指近指節(jié)連桿銷軸5-16固定在手指基座5-1上，另一端通過手指遠(yuǎn)指節(jié)銷軸5-15固定在手指遠(yuǎn)指節(jié)上；手指遠(yuǎn)指節(jié)橡膠套5-13和手指橡膠前蓋板5-10分別固定在手指?jìng)?cè)板5-9和手指遠(yuǎn)指節(jié)上。這樣快速包絡(luò)柔性手指將通過手指驅(qū)動(dòng)連桿5-5帶動(dòng)由手指驅(qū)動(dòng)連桿5-5、手指包絡(luò)連桿5-11、手指?jìng)?cè)板5-9和手指遠(yuǎn)指節(jié)5-12組成的四連桿結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)近指節(jié)和遠(yuǎn)指節(jié)對(duì)目標(biāo)的同時(shí)包絡(luò)；并且，參照電機(jī)減速器一體機(jī)的電流反饋，將實(shí)現(xiàn)手指遠(yuǎn)指節(jié)橡膠套5-13和手指橡膠前蓋板5-10對(duì)目標(biāo)柔性抓取力的控制。

結(jié)合圖1至圖2說明本實(shí)施方式。如圖1所示，纜控水下機(jī)器人為一個(gè)開架式的rov，其中底層結(jié)構(gòu)為作業(yè)層，主要裝配有多自由度水下機(jī)械手和海參捕撈箱。水下機(jī)械手利用螺栓裝配固定在水下機(jī)器人下層框架前底板的中部位置上，前底板中間位置設(shè)有開口可讓水密線纜穿過前底板與水下機(jī)器人的控制艙連通。海參捕撈箱利用螺栓固定在整個(gè)底板的右側(cè)位置，其位置與收回的機(jī)械手抓端平行可以使水下機(jī)械手抓到海參后正好能放到海參捕撈箱內(nèi)。

如圖2所示，本發(fā)明的水下機(jī)械手擁有4個(gè)自由度，包括肩關(guān)節(jié)1的俯仰運(yùn)動(dòng)、可轉(zhuǎn)動(dòng)臂桿3的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)、肘關(guān)節(jié)2的俯仰運(yùn)動(dòng)、手指的抓取運(yùn)動(dòng)。兩個(gè)聚丙烯的加長臂桿6則可顯著加大水下機(jī)械手手指端的可伸達(dá)范圍。按照海參捕撈作業(yè)的要求，通過水下機(jī)器人的視覺感知系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)并定位目標(biāo)海參位置，然后控制水下機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)海參附近。此時(shí)機(jī)械手開始工作，肩關(guān)節(jié)模塊在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行俯仰運(yùn)動(dòng)使臂桿模塊下移，對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)海參，臂桿模塊在臂桿電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)肘關(guān)節(jié)模塊在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行俯仰運(yùn)動(dòng)，機(jī)械手的腕關(guān)節(jié)由收攏姿態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)到伸開姿態(tài)，并使手抓模塊到達(dá)并對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)海參，然后水下機(jī)械手手抓模塊在腕關(guān)節(jié)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下自適應(yīng)無損抓取目標(biāo)海參。如圖1所示，抓取過程完成后，肩關(guān)節(jié)模塊繼續(xù)進(jìn)行俯仰運(yùn)動(dòng)至臂桿模塊上移至指定位置，然后臂桿模塊在臂桿電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)肘關(guān)節(jié)模塊在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行俯仰運(yùn)動(dòng)，使水下機(jī)械手由伸開狀態(tài)回到收攏狀態(tài)，且腕關(guān)節(jié)處在離海參捕撈箱平行位置，手指模塊在腕關(guān)節(jié)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下由自適應(yīng)包絡(luò)的抓取姿態(tài)轉(zhuǎn)換成手抓模塊自適應(yīng)張開姿態(tài)，將海參投放到海參捕撈箱內(nèi)。然后肩關(guān)節(jié)模塊、肘關(guān)節(jié)模塊進(jìn)行俯仰運(yùn)動(dòng)，分別上移至指定位置，海參捕撈箱蓋在彈簧伸長力作用下自動(dòng)合攏，一個(gè)海參捕撈抓取、投放的完整過程進(jìn)行完畢。

結(jié)合圖3至圖4說明本實(shí)施方式。如圖3的機(jī)械手臂剖面圖所示，一種適用于水下海參無損捕撈的自適應(yīng)多自由度機(jī)械手，其裝配有伺服電機(jī)的關(guān)節(jié)模塊都需要保證靜密封和動(dòng)密封能力，各關(guān)節(jié)端蓋處裝配有o型圈1-6保證靜密封，各關(guān)節(jié)主軸處裝配有泛塞封1-7和泛塞封蓋1-8保證各關(guān)節(jié)的動(dòng)密封能力。各關(guān)節(jié)電機(jī)由水密插頭和水密線纜與水下機(jī)器人的水密控制艙連接，用來傳送電能和控制信號(hào)。

如圖4的腕關(guān)節(jié)手抓剖面圖所示，手抓模塊的張開和自適應(yīng)包絡(luò)主要由腕關(guān)節(jié)電機(jī)控制。每側(cè)的三個(gè)快速包絡(luò)柔性手指共用一根手指驅(qū)動(dòng)主軸，通過手指驅(qū)動(dòng)主軸固定的蝸輪5-3和手指驅(qū)動(dòng)主軸5-1上固定的蝸桿5-4相嚙合；其中手指基座蝸桿和兩側(cè)蝸輪的可靠嚙合由手指基座5-1確保實(shí)現(xiàn)；每根手指驅(qū)動(dòng)主軸上固定有三個(gè)扭簧固定架，分別對(duì)應(yīng)三個(gè)手指的運(yùn)動(dòng)；每個(gè)扭簧固定架5-6通過扭簧5-7和扭簧定位銷軸驅(qū)動(dòng)手指驅(qū)動(dòng)連桿銷軸5-8運(yùn)動(dòng),每個(gè)快速包絡(luò)柔性手指由手指驅(qū)動(dòng)連桿5-6作為主動(dòng)連桿驅(qū)動(dòng)其運(yùn)動(dòng)。這樣手指驅(qū)動(dòng)主軸通過蝸輪5-3蝸桿5-4驅(qū)動(dòng)手指驅(qū)動(dòng)主軸，手指驅(qū)動(dòng)主軸4-4帶動(dòng)扭簧固定架5-6同步運(yùn)動(dòng),扭簧固定架5-6通過扭簧帶動(dòng)手指驅(qū)動(dòng)連桿實(shí)現(xiàn)每一側(cè)的三個(gè)快速包絡(luò)柔性手指的同步包絡(luò)運(yùn)動(dòng),當(dāng)六個(gè)快速包絡(luò)柔性手指中的任何一個(gè)手指受到阻礙時(shí),其他手指將繼續(xù)包絡(luò)物體,從而對(duì)復(fù)雜形狀的海生物實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的自適應(yīng)周邊包絡(luò)。

當(dāng)水下機(jī)械手準(zhǔn)備海參抓取作業(yè)時(shí)，手抓模塊處于張開狀態(tài)且靠近目標(biāo)海參，腕關(guān)節(jié)電機(jī)4-3轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)腕關(guān)節(jié)主軸4-4同步轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸桿5-4跟隨腕關(guān)節(jié)主軸4-4同步轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸桿5-4轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)蝸輪5-3跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)手指驅(qū)動(dòng)主軸5-1與蝸輪5-3保持同步轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)六根手指模塊實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)包絡(luò)運(yùn)動(dòng)，抓取海參。并且，參照電機(jī)減速器一體機(jī)的電流反饋，將實(shí)現(xiàn)手指遠(yuǎn)指節(jié)橡膠套5-13和手指橡膠前蓋板5-10對(duì)目標(biāo)柔性抓取力的控制。在準(zhǔn)備將海參投放到海參捕撈箱的作業(yè)過程中，腕關(guān)節(jié)電機(jī)反轉(zhuǎn)，使腕關(guān)節(jié)主軸4-4、蝸輪5-3蝸桿5-4、手指驅(qū)動(dòng)主軸5-1依次反向轉(zhuǎn)動(dòng)，手指模塊自適應(yīng)張開，海參自動(dòng)落入海參捕撈箱內(nèi)，海參投放作業(yè)完成。

結(jié)合圖5至圖6說明本實(shí)施方式。如圖5所示，手指模塊主要由左右對(duì)稱的6根手指來實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)包絡(luò)運(yùn)動(dòng)，完成抓取動(dòng)作。手指模塊裝配有手指驅(qū)動(dòng)連桿5-5和手指包絡(luò)連桿以及扭簧固定架5-6，扭簧固定架5-6上裝配有定制扭簧5-7。扭簧固定架5-7和手指驅(qū)動(dòng)連桿5-5都裝配在手指驅(qū)動(dòng)主軸5-1上，且為過渡配合，扭簧固定架5-6的軸孔有一個(gè)平鍵與手指驅(qū)動(dòng)主軸的平鍵相配合，使扭簧固定架5-6可跟隨手指驅(qū)動(dòng)主軸5-1同步轉(zhuǎn)動(dòng)。

如圖6所示，手指模塊自適應(yīng)包絡(luò)運(yùn)動(dòng)實(shí)施過程如下：手指驅(qū)動(dòng)主軸5-1轉(zhuǎn)動(dòng)可帶動(dòng)扭簧固定架5-6同步轉(zhuǎn)動(dòng)，扭簧固定架5-6轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，扭簧固定架5-6上的擋銷推動(dòng)定制扭簧5-7受力，扭簧壓縮變形，使扭簧另一個(gè)伸出端推動(dòng)手指驅(qū)動(dòng)連桿上的擋銷，手指驅(qū)動(dòng)連桿5-5跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)與手指近指節(jié)銷軸5-16固定裝配的近指節(jié)部分向手抓系統(tǒng)中心平面進(jìn)行自適應(yīng)合攏運(yùn)動(dòng)。近指節(jié)的合攏運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)手指包絡(luò)連桿運(yùn)動(dòng)推動(dòng)遠(yuǎn)指節(jié)實(shí)現(xiàn)跟隨包絡(luò)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)六個(gè)快速包絡(luò)柔性手指中的任何一個(gè)手指受到阻礙時(shí),其他手指將繼續(xù)包絡(luò)物體,從而對(duì)復(fù)雜形狀的海生物實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的自適應(yīng)周邊包絡(luò)。手抓模塊兩側(cè)各三根手指同時(shí)進(jìn)行對(duì)稱的手指自適應(yīng)包絡(luò)運(yùn)動(dòng)就能實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物體的抓取作業(yè)。由于手指系統(tǒng)的前蓋板為聚丙烯材質(zhì)，手指尖為天然橡膠材質(zhì)，質(zhì)地相對(duì)較軟，故可以實(shí)現(xiàn)手抓系統(tǒng)的自適應(yīng)無損抓取。

當(dāng)水下機(jī)械手需要進(jìn)行海參投放作業(yè)時(shí)，手指驅(qū)動(dòng)主軸由具體實(shí)施方式二敘述中腕關(guān)節(jié)電機(jī)反轉(zhuǎn)一直帶動(dòng)手指驅(qū)動(dòng)主軸5-1反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)扭簧固定架5-6同步反向轉(zhuǎn)動(dòng)，扭簧固定架5-6反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，扭簧固定架5-6上的擋銷推動(dòng)定制扭簧5-7受力，扭簧受力變形，使扭簧另一個(gè)伸出端推動(dòng)手指驅(qū)動(dòng)連桿5-5上的擋銷，手指驅(qū)動(dòng)連桿5-5跟隨反向轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)與手指近指節(jié)銷軸5-16固定裝配的近指節(jié)部分進(jìn)行自適應(yīng)張開運(yùn)動(dòng)。近指節(jié)的張開運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)手指包絡(luò)連桿運(yùn)動(dòng)推動(dòng)遠(yuǎn)指節(jié)實(shí)現(xiàn)跟隨張開運(yùn)動(dòng)。手抓模塊兩側(cè)各三根手指同時(shí)進(jìn)行對(duì)稱的手指自適應(yīng)張開運(yùn)動(dòng)就能實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)海參的投放作業(yè)。至此一次完整的海參抓取、投放作業(yè)過程完成。

結(jié)合圖7說明本實(shí)施方式。近指節(jié)和遠(yuǎn)指節(jié)的聯(lián)動(dòng)過程由實(shí)施方式三中敘述的手指驅(qū)動(dòng)連桿5-5跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)與手指近指節(jié)銷軸5-16固定裝配的近指節(jié)部分向手抓系統(tǒng)中心平面進(jìn)行自適應(yīng)合攏運(yùn)動(dòng)。近指節(jié)的合攏運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)手指包絡(luò)連桿5-11運(yùn)動(dòng)推動(dòng)遠(yuǎn)指節(jié)實(shí)現(xiàn)跟隨包絡(luò)運(yùn)動(dòng)。如圖7所示的手指連桿驅(qū)動(dòng)原理曲線圖，橫坐標(biāo)為近指節(jié)與手指基座水平面夾角，縱坐標(biāo)為遠(yuǎn)指節(jié)與手指基座水平面夾角，通過公式計(jì)算得到圖7的近指節(jié)和遠(yuǎn)指節(jié)聯(lián)動(dòng)過程的夾角變化關(guān)系。當(dāng)近指節(jié)和手指基座水平面呈110°夾角時(shí)，遠(yuǎn)指節(jié)和手指基座水平面呈60°夾角，手指模型呈包絡(luò)合攏狀態(tài)；當(dāng)近指節(jié)和水平面呈160°夾角時(shí)，遠(yuǎn)指節(jié)和水平面呈15°夾角，手指模型呈自適應(yīng)張開狀態(tài)。在手指模型的合攏和張開運(yùn)動(dòng)過程中，近指節(jié)和遠(yuǎn)指節(jié)與水平面的夾角變化是線性關(guān)系的，可以保證手指在進(jìn)行抓取動(dòng)作時(shí)近指節(jié)和遠(yuǎn)指節(jié)配合的包絡(luò)運(yùn)動(dòng)是迅速而連貫的，進(jìn)而保證整個(gè)海參抓取的過程的快速、穩(wěn)定、可靠。

本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應(yīng)被理解為本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。