CN105993910A - 一种自动拔出紫菜养殖撑杆的机械装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动拔出紫菜养殖撑杆的机械装置，包括机械执行机构以及控制器，机械执行机构由步进电机、机械臂和机械手组成，机械臂包括固定壁和转动臂；机械手由执行机构、驱动机构和控制系统组成，机械手包括一机械手支架、设置在所述机械手支架上的两个爪、带动所述爪张合的第一驱动机构以及带动所述机械手支架旋转的第二驱动机构；控制器包括CPU单元、输入单元以及输出单元。本发明提供的基于力矩原理的紫菜养殖撑杆高效拔出装置，通过可编程逻辑控制器实现紫菜养殖撑杆在所设计的机械装置下被自动拔出的功能，进而达到有效节省电机出力、提高自动化程度、减少人力浪费、提高生产效率等目的。

Description

一种自动拔出紫菜养殖撑杆的机械装置

技术领域

本发明涉及一种基于力矩原理的有效拔出紫菜养殖插杆的机械装置，具体涉及的是一种为减少拔出紫菜过程中电机出力及提高自动化程度而设计的自动拔杆机械装置。

背景技术

紫菜插杆浮筏式栽培是指网帘吊挂在深插在海区的毛竹或木杆上，网帘可随潮水的涨落而升降的紫菜栽培方法。在涨落潮过程及潮水涨平时，网帘始终浮在水面上；干潮时，网帘借助于绑扎在毛竹或木杆上的吊绳而离水干露。该方法与传统的半浮动式栽培方法相比具有扩大养殖海区、减轻劳动强度、提高劳动生产效率、养殖设施经久耐用等优点。将粗长的竹杆从泥下3米中拔出是紫菜插杆养殖工序中劳动强度最大的部分。传统的紫菜撑杆拔出方式是通过柴油机拉动牵引绳，带动撑杆上的活络绳扣从而将其拔出。该方式存在电机出力大，设备损耗严重，需要人工调节，工作效率低等诸多问题。故迫切需求开发能有效节省电机出力、自动化程度更高、生产效率更好的机械设备。

受生活中普遍存在的杠杆结构的思想启迪，本发明将力矩原理和可编程自动控制器理论应用于紫菜养殖撑杆的拔出装置设计，通过机械臂及机械手的顺序控制运行实现将紫菜撑杆从泥下3米中自动拔出进而达到有效减少电机出力，增强自动化水平、减轻设备损耗，提高生产效率等目的。

发明内容

要解决的技术问题

本发明所要解决的技术问题是针对现有的紫菜撑杆拔出装置的电机出力过大、需要人工干预以及生产效率低的缺点，提出了一种节省电动机出力、拔出过程全自动控制、并提高紫菜插杆养殖的拔杆效率。

技术方案：

为解决当前的紫菜撑杆拔出装置设计上存在的电机出力大，设备损耗严重，自动化水平低的问题，本发明采用的技术方案是：

一种自动拔出紫菜养殖撑杆的机械装置，其特征在于：包括机械执行机构以及控制器，所述机械执行机构由步进电机、机械臂和机械手组成，所述机械臂包括固定壁和转动臂，在所述转动臂和步进电机的输出轴之间连接有第一齿轮齿条机构，所述转动臂的一端连接所述第一齿轮齿条机构的齿条且其中部绕一固定支架转动，所述机械臂由运动元件、导向装置和手臂组成，所述机械手由执行机构、驱动机构和控制系统组成，所述执行机构通过伸缩连杆连接在所述的机械臂末端，所述执行机构末端为具备伸缩旋转功能的机械手,所述机械手包括一机械手支架、设置在所述机械手支架上的两个爪、带动所述爪张合的第一驱动机构以及带动所述机械手支架旋转的第二驱动机构；所述控制器包括CPU单元、输入单元以及输出单元，所述输入单元包括输入端口，所述输入端口与所述步进电机启动按钮、所述机械臂的运动元件限位继电器、所述机械手的旋转限位继电器、所述机械手的夹紧/松开限位继电器和所述机械手的压力继电器相连，所述输出端口控制所述第一齿轮齿条机构、第一驱动机构以及第二驱动机构动作。

所述第一驱动机构包括第一气缸以及由第一气缸驱动的第二齿轮齿条机构，所述第一齿轮齿条机构的齿条连接在所述第一气缸的输出端上，所述第二齿轮齿条机构的齿轮连接在所述爪上；所述爪的一端开始有长条孔并铰接在所述机械手支架上。

所述第二驱动机构包括第二气缸以及第三齿轮齿条机构，所述第二气缸的输出端与所述第一气缸的壳体连接。

所述转动臂在支点两侧的长度之比为3:1，其中长度短的一侧与所述机械手连接。

在本发明中，所述的自动拔出紫菜养殖撑杆的机械装置与机船合一，机船为平底泡沫5匹马力机动船，长10米，宽2米，船头居中，开有长1.5米，宽30厘米拔杆槽。所述的步进电机可实现正反转功能，安装于距槽顶6米处，所述的机械臂固定支点安装于距槽顶1米处。需要指出的是，所用的机械臂与机械手都是具有相同结构和尺寸的，进而有效保证了机械零部件的规范性。

所述的可编程逻辑控制器采用三菱FX_2N系列，具备功能性强，性价比高的特点，所述的可编程逻辑控制器在结构上为整体式结构，具备结构紧凑、体积小、价格便宜的特点，能够保证该场合的生产过程需求的功能性以及经济性。

使用时，通过可编程逻辑控制器对机械执行机构的顺序控制使紫菜养殖撑杆从泥中自动拔出。启动按钮按下后，所述的可转动机械臂对应的机械手夹紧撑杆，夹紧后对应的压力继电器打开，所述的机械手分别完成顺时针、逆时针各60度旋转，达到旋转限位并完成两次旋转计数后，所述的步进电机开始正转，所述的步进电机带动所述的转动机械臂进行逆时针转动，同时所述的机械手通过伸缩保证撑杆进行垂直运动，当所述的齿条机构达到上限位后，所述的步进电机停止正转，所述的水平固定机械臂对应的机械手夹紧撑杆，夹紧后对应的压力继电器打开，所述的可转动机械臂对应的机械手松开撑杆，撑杆松开后，所述的步进电机开始反转，所述的步进电机带动所述的转动机械臂进行顺时针转动，当所述的齿条机构达到下限位后，所述的步进电机停止反转，所述的可转动机械臂对应的机械手夹紧撑杆，所述的水平固定机械臂对应的机械手松开撑杆，进行循环工作直到紫菜养殖撑杆被从泥中完全拔出。

所述的机械臂、机械手根据工作条件、泥沙性质、电机选取等不同，长度可根据实际情况进行调整，材料可选用不同性质的钢材并进行不同的热处理。

本发明提供的自动拔出紫菜养殖撑杆的机械装置，可以根据撑杆距船体的距离调整机械手在机械臂上的伸缩长度，对撑杆的拔出过程不会产生影响，对所述的撑杆拔出过程的机械装置以及电机受力情况也不会产生影响，不管紫菜养殖撑杆在泥中的位置如何，使用该装置均可将其自动、高效地从泥中拔出。

本发明提供了一种自动拔出紫菜养殖撑杆的机械装置。在该装置使用中，通过可编程控制器自动控制步进电机的正反转，带动可转动机械臂交替完成上行、下行运动，两只机械手通过伸缩、旋转、夹紧、松开等操作完成相互配合，实现对紫菜养殖撑杆的拔取。与传统的电动机直接拉动牵引绳带动撑杆的方式相比，该装置通过支点将机械臂作为拔取杠杆，大大减小了拔取撑杆时的作用力，另外由于机械手的旋转可有效降低撑杆在泥沙中的粘滞阻力进而减小电动机功消耗，实现了紫菜养殖撑杆的高效收取。

有益效果：

本发明将力矩原理应用于紫菜养殖拔杆机设计，构建了一种利用力矩原理的自动拔出紫菜养殖撑杆的机械装置，实现可编程逻辑控制器控制下的步进电机、机械臂、机械手顺序动作，进而达到提高自动化水平、减少人力损耗、提高生产效率等目的。另外，杠杆结构以及可旋转机械手使得整个撑杆拔取机械装置设计合理高效，节省了电动机出力以及减轻了设备损耗，实现了紫菜养殖撑杆的准确、高效拔取。

附图说明：

图1 紫菜拔杆船体机械布置示意图。

图2 紫菜拔杆船体机械正视图。

图3机械手示意图。

图中:1. 船体柴油机；2. 齿轮齿条机构；3. 机械臂；4. 固定支点；5. 机械手滑动连杆；6. 机械手；7. 步进电机；8. 下杆槽；9. 1号机械手；10. 1号机械臂（活动臂）；11.2号机械手；12. 2号机械臂（固定臂）；13. 抓取时缓冲弹簧；14. 小齿轮；15. 齿条；16. 齿轮齿条；17. 第一气缸；18. 第二气缸；19. 支点；20. 长孔； 21. 爪；22. 撑杆；

具体实施方式：

下面结合附图进行更进一步的详细说明：

图1给出了紫菜拔杆船体机械布置示意图。船体由柴油机1驱动运动，直到使紫菜养殖撑杆位于下杆槽8中合适位置，启动步进电机7开始运动，在机械手6夹紧紫菜养殖撑杆后，电动机转轴带动齿轮齿条机构2运动，使得机械臂3绕固定支点4完成转动，并通过机械手滑动连杆5伸缩机械手，使得紫菜养殖撑杆完成上行及下行运动，并最终将养殖撑杆从泥中拔出。

图2给出了紫菜拔杆船体机械轴测图。1号机械臂9为可转动机械臂，1号机械手10为其对应机械手，可根据机械臂的转动调整伸缩长度，2号机械臂10为固定机械臂，贴近船体表面，其对应的2号机械手可根据撑杆在下杆槽中的位置调整伸缩长度。

图3给出了机械手的示意图。第一气缸17通过充气控制小齿轮14沿齿条15前进，带动机械爪的长孔20沿支点19运动，完成夹持功能夹持并通过弹簧13完成缓冲，使得爪21夹紧撑杆22。需要旋转时通过齿轮齿条16主动旋转及气缸18控制铰接连杆主动伸缩完成撑杆绕杆轴心的旋转。

本发明机械装置的工作原理是：在初始化完成后，当自动控制系统检测到启动信号后，控制机械手1夹紧撑杆，当机械手1压力感受器感受夹紧，机械手2压力感受器感受松开后，机械手1旋转，旋转计数器加1，当旋转计数器计数满时，步进电机正转，带动机械臂上升，当齿条达到上限位，机械手2夹紧撑杆，当机械手2压力感受器感受夹紧后，机械手1松开，当机械手1压力感受器感受松开后，步进电机反转，带动机械臂下降，当齿条达到下限位，重复循环之前步骤直到完成所需的工作行程。

Claims (4)

1.一种自动拔出紫菜养殖撑杆的机械装置，其特征在于：包括机械执行机构以及控制器，所述机械执行机构由步进电机、机械臂和机械手组成，所述机械臂包括固定壁和转动臂，在所述转动臂和步进电机的输出轴之间连接有第一齿轮齿条机构，所述转动臂的一端连接所述第一齿轮齿条机构的齿条且其中部绕一固定支架转动，所述机械臂由运动元件、导向装置和手臂组成，所述机械手由执行机构、驱动机构和控制系统组成，所述执行机构通过伸缩连杆连接在所述的机械臂末端，所述执行机构末端为具备伸缩旋转功能的机械手,所述机械手包括一机械手支架、设置在所述机械手支架上的两个爪、带动所述爪张合的第一驱动机构以及带动所述机械手支架旋转的第二驱动机构；所述控制器包括CPU单元、输入单元以及输出单元，所述输入单元包括输入端口，所述输入端口与所述步进电机启动按钮、所述机械臂的运动元件限位继电器、所述机械手的旋转限位继电器、所述机械手的夹紧/松开限位继电器和所述机械手的压力继电器相连，所述输出端口控制所述第一齿轮齿条机构、第一驱动机构以及第二驱动机构动作。

2.根据权利要求1所述的自动拔出紫菜养殖撑杆的机械装置，其特征在于：所述第一驱动机构包括第一气缸以及由第一气缸驱动的第二齿轮齿条机构，所述第一齿轮齿条机构的齿条连接在所述第一气缸的输出端上，所述第二齿轮齿条机构的齿轮连接在所述爪上；所述爪的一端开始有长条孔并铰接在所述机械手支架上。

3.根据权利要求1所述的自动拔出紫菜养殖撑杆的机械装置，其特征在于：所述第二驱动机构包括第二气缸以及第三齿轮齿条机构，所述第二气缸的输出端与所述第一气缸的壳体连接。

4.根据权利要求1所述的自动拔出紫菜养殖撑杆的机械装置，其特征在于： 所述转动臂在支点两侧的长度之比为3:1，其中长度短的一侧与所述机械手连接。