CN106178360B - 一种供电所火灾作业特种机器人用四自由度机械手 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种供电所火灾作业特种机器人用四自由度机械手，包括冗余并联机构和灭火装置；所述的冗余并联机构位于灭火装置正下方，且冗余并联机构上端与灭火装置相连接。本发明可对供电所发生火灾时进行消防灭火作业，且自动化程度高、灭火喷射范围大、灭火效率高且安全性高，解决了供电所人工消防灭火危险性大的问题。其冗余并联机构采用2‑UPS‑2‑RPS的并联机构形式，其能实现沿X轴和Z轴移动以及绕X轴和绕Y轴的转动共四个自由度方向的运动，将冗余并联机构应用到本发明中，一方面起到了对灭火装置方位角度的调节，另一方面对灭火装置起到了减震的效果，防止抖动性过大对储放的灭火器造成安全隐患。

Description

一种供电所火灾作业特种机器人用四自由度机械手

技术领域

本发明涉及电力消防器械领域，具体的说是一种供电所火灾作业特种机器人用四自由度机械手。

背景技术

电力是以电能作为动力的能源，发明于19世纪70年代，电力的发明和应用掀起了第二次工业化高潮，成为人类历史18世纪以来，世界发生的三次科技革命之一，从此科技改变了人们的生活，20世纪出现的大规模电力系统是人类工程科学史上最重要的成就之一，是由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电力生产与消费系统，它将自然界的一次能源通过机械能装置转化成电力，再经输电、变电和配电将电力供应到各用户；由于电力从产生、传输和使用过程中最容易产生漏电或者使用环境不当造成火灾，电力易发生火灾的场合主要由发电站、供电所、变电站、配电站、输电线路、架空电网、电力实验室和高低压线路线缆铺设地等等，而且电力火灾发生迅速，火灾现场危险性大且涉及范围广。

目前消防采用的灭火器种类繁多，主要有二氧化碳灭火器、1211灭火器、干粉灭火器、酸碱泡沫灭火器、四氯化碳灭火器、机械泡沫灭火器、水型灭火器和其他灭火器具等；灭火器主要由筒身、喷筒和开关阀组成，从灭火操作步骤及方式上分，一类是只需拔出保险环，将喷筒对准火源直接进行作业，另一类则是先打开梅花轮阀，在将喷筒对准火源作业时需要同时按压鸭嘴式阀门。

对于火灾消防灭火方式多采用人工携带灭火器进入消防现场进行人工消防作业，这样的现有消防方式存在危险性大，对消防人员人身安全造成了极大的威胁，每年都有不少消防员因为现场消防作业而牺牲，殉职人数很多；同时人工现场消防作业灭火效率会随着作业时间的拉长而逐步降低，消防灭火整体效率低、速度慢和灵活性差。鉴于此，本发明提供了一种供电所火灾作业特种机器人用四自由度机械手。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种供电所火灾作业特种机器人用四自由度机械手。

本发明所要解决其技术问题所采用以下技术方案来实现。

一种供电所火灾作业特种机器人用四自由度机械手，包括冗余并联机构和灭火装置；所述的冗余并联机构位于灭火装置正下方，且冗余并联机构上端与灭火装置相连接。

作为本发明的进一步改进，所述的冗余并联机构包括定平台、动平台、第一支链和第二支链；所述的定平台和动平台均为圆盘状结构，且动平台位于定平台正上方；所述的第一支链和第二支链的数量均为二，第一支链和第二支链均位于定平台和动平台之间，第一支链和第二支链的两端均分别与定平台和动平台相连接，且第一支链和第二支链的水平安装角度为90度；所述的第一支链包括第一耳座、虎克铰、第一电动推杆、第一球铰链、第一连接柱和第一减震弹簧；所述的第一耳座固定在定平台上端面上，第一耳座与第一电动推杆下端之间采用虎克铰进行连接，第一电动推杆上端与第一球铰链相连接，第一球铰链通过第一连接柱固定在动平台的下端面上，第一减震弹簧绕套在第一电动推杆上；通过虎克铰可进行两个方向的转动，通过第一球铰链可进行三个方向的转动，通过第一电动推杆可进行上下移动，第一支链采用2-UPS并联机构的形式，且通过第一减震弹簧增加了第一支链运动时的平稳性，提高了本发明的运动性能；所述的第二支链包括第二耳座、转动销、第二电动推杆、第二球铰链、第二连接柱和第二减震弹簧；所述的第二耳座固定在定平台上端面上，第二耳座与第二电动推杆下端之间采用转动销进行连接，第二电动推杆上端与第二球铰链相连接，第二球铰链通过第二连接柱固定在动平台的下端面上，第二减震弹簧绕套在第二电动推杆上；通过转动销可进行一个方向的转动，通过第二球铰链可进行三个方向的转动，通过第二电动推杆可进行上下移动，第二支链采用2-RPS并联机构的形式，且通过第二减震弹簧增加了第二支链运动时的平稳性，提高了本发明的运动性能；冗余并联机构通过定平台、动平台、第一支链和第二支链组成了四自由度对称并联机构，且其采用2-UPS-2-RPS的并联机构形式，其能实现沿X轴和Z轴移动以及绕X轴和绕Y轴的转动共四个自由度方向的运动，且四个自由度均独立，通过四个自由度也可以协调工作，使的动平台轨迹沿预定空间的曲线运动，运动平稳，运动灵活，将冗余并联机构应用到本发明中，一方面起到了对灭火装置方位角度的调节，便于本发明各种姿态全方位灭火作业的进行，另一方面对灭火装置起到了减震的效果，使得灭火装置在本发明行走颠簸状态下始终处于水平平稳状态，防止抖动性过大对储放的灭火器造成安全隐患。

作为本发明的进一步改进，所述的灭火装置包括支板、灭火导轨、灭火导块、固定调节装置和提环拉开装置，且灭火导轨、灭火导块、固定调节装置和提环拉开装置的数量均为二；所述的支板中部为水平结构，支板左右两侧为倾斜结构，灭火导轨沿支板的横向中心轴线分别对称固定在支板的前后两侧，灭火导块安装在灭火导轨上，固定调节装置分别固定在支板的左右两侧，提环拉开装置位于固定调节装置内侧，且提环拉开装置下端固定在灭火导块上。

作为本发明的进一步改进，所述的固定调节装置包括固定框、调节转轴、下限位架、上限位架、锁紧块、伸缩连杆、第一转动销和第二转动销；所述的固定框为内侧端开口的框体结构，固定框纵向方向等间距设置有拦板，拦板之间设置有半圆弧形垫块，固定框上端中部位置处设置有横档；所述的下限位架位于固定框内侧上端，且下限位架下端通过调节转轴与固定框相连接，上限位架位于下限位架正上方，且上限位架下端和下限位架上端均分别开设有上限位槽和下限位槽，且上限位槽和下限位槽均为弧形结构，上限位槽和下限位槽分别一一对应，上限位架下端前后两侧和下限位架上端前后两侧均分别设置有上凸座和下凸座，且上凸座和下凸座之间采用锁紧块进行锁紧固定，伸缩连杆一端通过第一转动销与下限位架相连接，伸缩连杆另一端通过第二转动销与固定框上端中部位置处的横档相连接。

作为本发明的进一步改进，所述的提环拉开装置包括移动支座、转动轴承、拉开电动推杆和拉爪；所述的移动支座外侧设置有肋板，转动轴承位于移动支座外侧壁上端位置处，且转动轴承沿移动支座纵向方向等间距均匀布置，拉开电动推杆底端固定在转动轴承上，拉开电动推杆顶端安装有拉爪，且拉开电动推杆顶端与拉爪后端之间采用螺纹配合的方式进行连接，拉爪前端设置有不完全圆环形勾爪。

具体操作时，首先将灭火器放置到固定框内进行固定储放，并将灭火器的喷筒安插在上限位架的上限位槽和下限位架的下限位槽之间，将灭火器的保险环绕套在拉爪上；然后当本发明进入作业区时，通过提环拉开装置将灭火器上的保险环拔出，使得灭火器处于打开状态；再通过伸缩连杆可带动灭火器的喷筒进行以调节转轴为旋转中心进行转动，从而实现了灭火器在灭火时的角度可调功能，灭火喷射范围广，灭火效率高。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明可对供电所发生火灾时进行消防灭火作业，且自动化程度高、灭火时运动平稳灵活、灭火喷射范围大、灭火效率高且安全性高，解决了供电所人工消防灭火危险性大的问题。

(2)本发明的冗余并联机构通过定平台、动平台、第一支链和第二支链组成了四自由度对称并联机构，且其采用2-UPS-2-RPS的并联机构形式，其能实现沿X轴和Z轴移动以及绕X轴和绕Y轴的转动共四个自由度方向的运动，且四个自由度均独立，通过四个自由度也可以协调工作，使的动平台轨迹沿预定空间的曲线运动，运动平稳，运动灵活，将冗余并联机构应用到本发明中，一方面起到了对灭火装置方位角度的调节，便于本发明各种姿态全方位灭火作业的进行，另一方面对灭火装置起到了减震的效果，使得灭火装置在本发明行走颠簸状态下始终处于水平平稳状态，防止抖动性过大对储放的灭火器造成安全隐患。

(3)本发明的灭火装置可实现灭火器储放固定、现灭火器保险环的拔出、灭火器喷筒固定及喷射作业角度可调的功能，且灭火喷射范围广、灭火效率高和安全性好。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的立体结构示意图；

图2是本发明冗余并联机构的立体结构示意图；

图3是本发明灭火装置的立体结构示意图；

图4是本发明固定调节装置的立体结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

如图1至图4所示，一种供电所火灾作业特种机器人用四自由度机械手，包括冗余并联机构4和灭火装置5；所述的冗余并联机构4位于灭火装置5正下方，且冗余并联机构4上端与灭火装置5相连接。

如图1和图2所示，所述的冗余并联机构4包括定平台41、动平台42、第一支链43和第二支链44；所述的定平台41和动平台42均为圆盘状结构，且动平台42位于定平台41正下方；所述的第一支链43和第二支链44的数量均为二，第一支链43和第二支链44均位于定平台41和动平台42之间，第一支链43和第二支链44的两端均分别与定平台41和动平台42相连接，且第一支链43和第二支链44的水平安装角度为90度；所述的第一支链43包括第一耳座431、虎克铰432、第一电动推杆433、第一球铰链434、第一连接柱435和第一减震弹簧436；所述的第一耳座431固定在定平台41上端面上，第一耳座431与第一电动推杆433下端之间采用虎克铰432进行连接，第一电动推杆433上端与第一球铰链434相连接，第一球铰链434通过第一连接柱435固定在动平台42的下端面上，第一减震弹簧436绕套在第一电动推杆433上；通过虎克铰432可进行两个方向的转动，通过第一球铰链434可进行三个方向的转动，通过第一电动推杆433可进行上下移动，第一支链43采用2-UPS并联机构的形式，且通过第一减震弹簧436增加了第一支链43运动时的平稳性，提高了本发明的运动性能；所述的第二支链44包括第二耳座441、转动销442、第二电动推杆443、第二球铰链444、第二连接柱445和第二减震弹簧446；所述的第二耳座441固定在定平台41上端面上，第二耳座441与第二电动推杆443下端之间采用转动销442进行连接，第二电动推杆443上端与第二球铰链444相连接，第二球铰链444通过第二连接柱445固定在动平台42的下端面上，第二减震弹簧446绕套在第二电动推杆443上；通过转动销442可进行一个方向的转动，通过第二球铰链444可进行三个方向的转动，通过第二电动推杆443可进行上下移动，第二支链44采用2-RPS并联机构的形式，且通过第二减震弹簧446增加了第二支链44运动时的平稳性，提高了本发明的运动性能；冗余并联机构4通过定平台41、动平台42、第一支链43和第二支链44组成了四自由度对称并联机构，且其采用2-UPS-2-RPS的并联机构形式，其能实现沿X轴和Z轴移动以及绕X轴和绕Y轴的转动共四个自由度方向的运动，且四个自由度均独立，通过四个自由度也可以协调工作，使的动平台轨迹沿预定空间的曲线运动，运动平稳，运动灵活，将冗余并联机构4应用到本发明中，一方面起到了对灭火装置5方位角度的调节，便于本发明各种姿态全方位灭火作业的进行，另一方面对灭火装置5起到了减震的效果，使得灭火装置5在本发明行走颠簸状态下始终处于水平平稳状态，防止抖动性过大对储放的灭火器造成安全隐患。

如图3和图4所示，所述的灭火装置5包括支板51、灭火导轨52、灭火导块53、固定调节装置54和提环拉开装置55，且灭火导轨52、灭火导块53、固定调节装置54和提环拉开装置55的数量均为二；所述的支板51中部为水平结构，支板51左右两侧为倾斜结构，灭火导轨52沿支板51的横向中心轴线分别对称固定在支板51的前后两侧，灭火导块53安装在灭火导轨52上，固定调节装置54分别固定在支板51的左右两侧，提环拉开装置55位于固定调节装置54内侧，且提环拉开装置55下端固定在灭火导块53上；所述的固定调节装置54包括固定框541、调节转轴542、下限位架543、上限位架544、锁紧块545、伸缩连杆546、第一转动销547和第二转动销548；所述的固定框541为内侧端开口的框体结构，固定框541纵向方向等间距设置有拦板，拦板之间设置有半圆弧形垫块，固定框541上端中部位置处设置有横档；所述的下限位架543位于固定框541内侧上端，且下限位架543下端通过调节转轴542与固定框541相连接，上限位架544位于下限位架543正上方，且上限位架544下端和下限位架543上端均分别开设有上限位槽和下限位槽，且上限位槽和下限位槽均为弧形结构，上限位槽和下限位槽分别一一对应，上限位架544下端前后两侧和下限位架543上端前后两侧均分别设置有上凸座和下凸座，且上凸座和下凸座之间采用锁紧块545进行锁紧固定，伸缩连杆546一端通过第一转动销547与下限位架543相连接，伸缩连杆545另一端通过第二转动销548与固定框541上端中部位置处的横档相连接；所述的提环拉开装置55包括移动支座551、转动轴承552、拉开电动推杆553和拉爪554；所述的移动支座551外侧设置有肋板，转动轴承552位于移动支座551外侧壁上端位置处，且转动轴承552沿移动支座551纵向方向等间距均匀布置，拉开电动推杆553底端固定在转动轴承552上，拉开电动推杆553顶端安装有拉爪554，且拉开电动推杆553顶端与拉爪554后端之间采用螺纹配合的方式进行连接，拉爪554前端设置有不完全圆环形勾爪。具体操作时，首先将灭火器放置到固定框541内进行固定储放，并将灭火器的喷筒安插在上限位架544的上限位槽和下限位架543的下限位槽之间，将灭火器的保险环绕套在拉爪554上；然后当本发明进入作业区时，通过提环拉开装置5将灭火器上的保险环拔出，使得灭火器处于打开状态；再通过伸缩连杆546可带动灭火器的喷筒进行以调节转轴542为旋转中心进行转动，从而实现了灭火器在灭火时的角度可调功能，灭火喷射范围广，灭火效率高。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中的描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种供电所火灾作业特种机器人用四自由度机械手，其特征在于：包括冗余并联机构和灭火装置；所述的冗余并联机构位于灭火装置正下方，且冗余并联机构上端与灭火装置相连接；其中：

所述的冗余并联机构包括定平台、动平台、第一支链和第二支链；所述的定平台和动平台均为圆盘状结构，且动平台位于定平台正上方；所述的第一支链和第二支链的数量均为二，第一支链和第二支链均位于定平台和动平台之间，第一支链和第二支链的两端均分别与定平台和动平台相连接，且第一支链和第二支链的水平安装角度为90度；

所述的第一支链包括第一耳座、虎克铰、第一电动推杆、第一球铰链、第一连接柱和第一减震弹簧；所述的第一耳座固定在定平台上端面上，第一耳座与第一电动推杆下端之间采用虎克铰进行连接，第一电动推杆上端与第一球铰链相连接，第一球铰链通过第一连接柱固定在动平台的下端面上，第一减震弹簧绕套在第一电动推杆上；

所述的第二支链包括第二耳座、转动销、第二电动推杆、第二球铰链、第二连接柱和第二减震弹簧；所述的第二耳座固定在定平台上端面上，第二耳座与第二电动推杆下端之间采用转动销进行连接，第二电动推杆上端与第二球铰链相连接，第二球铰链通过第二连接柱固定在动平台的下端面上，第二减震弹簧绕套在第二电动推杆上；

所述的灭火装置包括支板、灭火导轨、灭火导块、固定调节装置和提环拉开装置，且灭火导轨、灭火导块、固定调节装置和提环拉开装置的数量均为二；所述的支板中部为水平结构，支板左右两侧为倾斜结构，灭火导轨沿支板的横向中心轴线分别对称固定在支板的前后两侧，灭火导块安装在灭火导轨上，固定调节装置分别固定在支板的左右两侧，提环拉开装置位于固定调节装置内侧，且提环拉开装置下端固定在灭火导块上；

所述的固定调节装置包括固定框、调节转轴、下限位架、上限位架、锁紧块、伸缩连杆、第一转动销和第二转动销；所述的固定框为内侧端开口的框体结构，固定框纵向方向等间距设置有拦板，拦板之间设置有半圆弧形垫块，固定框上端中部位置处设置有横档；所述的下限位架位于固定框内侧上端，且下限位架下端通过调节转轴与固定框相连接，上限位架位于下限位架正上方，且上限位架下端和下限位架上端均分别开设有上限位槽和下限位槽，且上限位槽和下限位槽均为弧形结构，上限位槽和下限位槽分别一一对应，上限位架下端前后两侧和下限位架上端前后两侧均分别设置有上凸座和下凸座，且上凸座和下凸座之间采用锁紧块进行锁紧固定，伸缩连杆一端通过第一转动销与下限位架相连接，伸缩连杆另一端通过第二转动销与固定框上端中部位置处的横档相连接。

2.根据权利要求1所述的一种供电所火灾作业特种机器人用四自由度机械手，其特征在于：所述的提环拉开装置包括移动支座、转动轴承、拉开电动推杆和拉爪；所述的移动支座外侧设置有肋板，转动轴承位于移动支座外侧壁上端位置处，且转动轴承沿移动支座纵向方向等间距均匀布置，拉开电动推杆底端固定在转动轴承上，拉开电动推杆顶端安装有拉爪，且拉开电动推杆顶端与拉爪后端之间采用螺纹配合的方式进行连接，拉爪前端设置有不完全圆环形勾爪。