观察级水下机器人使用系列之七机械手臂

本期是观察级水下机器人使用系列的最后一期，主要讲ROV所使用的机械臂。机械臂正式名称为5功能电动机械，型号为BE-500，由法国公司Ocean Innovation System设计的，可代替人工进行水下作业，完成海底样品采集、打捞、设备定位等任务。

机械臂的技术参数如下图，主要参数有抓取力，臂展和大小臂的旋转角度。

机械手的关节一般分为转动环节和移动关节，机械手通过各关节配合运动来完成不同的动作。机械手按驱动方式的不同，可以分为气压驱动方式、电力驱动方式和液压驱动方式。一般中小型ROV使用电驱动，深重型ROV使用液压驱动。

国外水下机械具有代表的公司有美国的Schilling公司、英国的Hydro-Lek公司等。

Schilling公司具有代表性有四自由度机械手Rig Master、六自由度机械手CONA4、是六自由度机械手TITAN4、六自由度机械手Orion7P/7R等。这些机械手都可以根据水下机器人的动力配比和实际作业要求，直接搭载在水下机器人上应用，能够实现伸、缩、转、摆、握、张等功能。

Hydro-Lek公司的HLK-CRA6 为六自由度机械手，最大臂展可达到1500mm，这就使其具有较大的作业范围。腕部最大扭矩为
38N·m，完全伸长状态的抬举力为 32kg。

HLK-RHD5 为四自由度重型机械手，其特点是在满载时最大抬举力可以达到 80kg，这就使其可以完成较大负荷的作业任务。其最大臂展为 943mm，空气中重量为 32kg，腕部最大扭矩为 38N·m。

国内研究水下机械手主要有中国科学院沈阳自动化研究所、华中科技大学、哈尔滨工程大学和浙江大学等单位。

沈阳自动化所水下机器人技术团队研发的7功能液压机械手可执行肩部摆动、肩部俯仰、肘部俯仰、肘部摆动、腕部摆动、腕部转动和夹钳开合7个动作，设计水深是7000米，最大伸长范围为1.9米，全臂展最大持重达65公斤。2015年7月，压机械手搭载“发现”号ROV，在1100米冷泉区完成了9次下潜，执行了样品采集、样品回收及采样器触发等操作，圆满地完成了科学考察任务，这是该机械手首次开展科学考察作业应用。

哈尔滨工程大学近年来开始致力于水下机械手的研究，其研制的SIWR-II型水下机械手具有五个自由度，该机械手采用液压驱动，其特点是在机械手末端的连接端口可以根据作业要求更换作业工具，完成切割、焊剂、打磨等不同作业内容。

浙江大学研制了一款六自由度水下机械手，机械手采用主从式控制方式，其操作手柄是缩小了1/8 的小型手柄。该水下机械手的工作水深可以达到7000m，最大臂展为 2.1m，最大抬举力为 60kg，腕关节最大扭矩为 180N·m

水下机械手是重要的水下作业工具，在海洋开发中发挥着至关重要的作用。操作ROV机械手的人员叫做领航员，为了减少培训成本，国内外都是利用 ROV 模拟器实现对 ROV 领航员进行培训。

参考文献

ROV水下作业培训系统七功能机械手臂的设计与仿真_李学平

基于凸轮曲线理论的机械手对ROV本体位姿影响效果分析_王妍

浅谈水下机器人的机械手_马辰

深海重型ROV双机械手设计与研究_杨明岩

https://www.hydro-international.com/content/news/underwater-manipulator-arm-designed-by-ois

https://www.oceannews.com/news/subsea-and-survey/ocean-innovation-system-s-underwater-manipulator-arm-at-ocean-business

http://www.hydro-lek.com/rotary_actuators.php

https://www.cas.cn/kx/kpwz/201510/t20151023_4444029.shtml