CN106182021A - 一种智能消防特种作业机器人用回转机械手 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能消防特种作业机器人用回转机械手，包括三自由度并联机构和灭火装置；所述的三自由度并联机构位于灭火装置正下方，且三自由度并联机构上端与灭火装置相连接。本发明具有方位调节和灭火作业等多种功能，可对火灾现场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，解决了人工消防灭火效率低和危险性大的问题；其三自由度并联机构采用3‑RPS的并联机构的形式，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

一种智能消防特种作业机器人用回转机械手

技术领域

本发明涉及消防器械领域，具体的说是一种智能消防特种作业机器人用回转机械手。

背景技术

火灾是指在时间或空间上失去控制的燃烧，在各种灾害中，火灾是最经常、最普遍地威胁公众安全和社会发展的主要灾害之一；很多场合和行业都存在火灾隐患，比如化工厂、家庭住宅、公共商场、加油站、电力公司、冶炼厂等等；造成火灾的原因很多，比如违反电气安全规定、违反安全操作规定、乱扔烟头和自燃等等。

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、酸减泡沫灭火器、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，本发明提供了一种智能消防特种作业机器人用回转机械手。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种智能消防特种作业机器人用回转机械手。

本发明所要解决其技术问题所采用以下技术方案来实现。

一种智能消防特种作业机器人用回转机械手，包括三自由度并联机构和灭火装置；所述的三自由度并联机构位于灭火装置正下方，且三自由度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，所述的三自由度并联机构包括定平台、动平台、耳座、转轴、电动推杆、球铰链、连接座和限位弹簧，且耳座、转轴、电动推杆、球铰链、连接座和限位弹簧的数量均为三；所述的定平台和动平台均呈圆形状结构，且动平台位于定平台正上方，耳座位于定平台的上端面上，且耳座之间的安装中心角度为60度，连接座位于动平台下端面上，且耳座与连接座分别一一对应；所述的电动推杆底端通过转轴安装在耳座上，电动推杆顶端与连接座之间通过球铰链进行连接，限位弹簧绕套在电动推杆上端；具体工作时，通过电动推杆的上下往复运动可带动动平台的运动，且通过限位弹簧降低了三自由度并联机构运动时抖动性，增加了三自由度并联机构运动的平稳性，三自由度并联机构与串联机构相比刚度大，运动灵活，结构稳定，承载能力强且微动精度高，三自由度并联机构采用3-RPS的并联机构的形式，将三自由度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、储放筒、灭火滑轨、锁紧装置、喷筒固定装置、按压装置和拧开装置，且储放筒、灭火滑轨、锁紧装置、喷筒固定装置、按压装置和拧开装置的数量均为二；所述的储放筒沿支板的纵向中心轴线分别对称布置，且储放筒底端与支板上端面相固定，储放筒为前端开口后端封闭的空心圆柱体结构，储放筒前端上部为敞开状态，灭火滑轨分别对称固定在储放筒前端上部，锁紧装置安装在储放筒上端，喷筒固定装置位于锁紧装置与按压装置之间，且喷筒固定装置下端安装在灭火滑轨上，拧开装置位于按压装置正前方，且拧开装置左右两侧分别安装在灭火滑轨上。

作为本发明的进一步改进，所述的锁紧装置包括固定块、锁紧螺杆、锁紧块和转盘；所述的固定块中心位置处开设有与锁紧螺杆上外螺纹相配合的螺纹孔，锁紧螺杆安装在固定块上端的螺纹孔内，锁紧螺杆下端固定有锁紧块，且锁紧块为弧形状结构，锁紧螺杆上端安装有转盘，转盘外侧设置有防滑条纹；通过转动转盘带动锁紧螺杆的旋转，从而带动固定块的上升和下降，实现了对灭火器筒身的固定锁紧。

作为本发明的进一步改进，所述的喷筒固定装置包括支撑板、横杆、固定夹板、伸缩连杆和转杆；所述的支撑板下端安装在储放筒前端左右两侧，横杆左右两端分别固定在支撑板上顶端位置处，固定夹板上端设置有转筒，转筒安装在横杆中部，固定夹板中部开设有圆形固定口，固定夹板下端左右两侧分别对称设置有连接块，伸缩连杆一端与连接块相连接，伸缩连杆另一端与转杆一端相铰接，转杆另一端固定在支撑板内侧壁上；喷筒固定装置主要用于对灭火器喷筒的夹持固定，且通过伸缩连杆的伸长和缩短运动带动固定夹板以横杆为旋转中心进行垂直面上的转动，从而实现了灭火器喷筒喷射作业时喷射角度调节的功能。

作为本发明的进一步改进，所述的拧开装置包括拧开滑块、拧开电动推杆、拧开支架、拧开电机、拧开转轴、拧开转盘和拧杆；所述的拧开滑块安装在灭火滑轨上，拧开电动推杆底端固定在拧开滑块上，拧开支架左右两端分别固定在拧开电动推杆顶端，拧开支架呈圆盘状结构，拧开电机固定在拧开支架外侧壁上，拧开转轴一端与拧开电机输出轴相连接，拧开转轴另一端与拧开转盘之间通过键相连接，拧开转盘内侧端面上沿其中心轴线的周向方向均匀设置有转台座，拧杆底端安装在拧开转盘的转台座上，拧杆顶端设置有拧块，拧块呈扇形状结构；使用时，首先通过拧开滑块在灭火滑轨上的向内侧滑动带动拧开支架的移动，从而实现了将拧杆插入到灭火器梅花轮扇形空隙内的功能，然后通过拧开电动推杆的伸缩运动可调节拧开支架的高度，当拧杆插入到灭火器梅花轮扇形空隙内后，再通过拧开转盘上的转台座的转动带动拧杆的旋转，将拧杆转动180度，防止拧杆的纵向滑脱，最后通过拧开电机的转动带动拧开转盘的旋转，从而带动灭火器梅花轮的转动，进而将灭火器进行开启。

作为本发明的进一步改进，所述的按压装置包括按压滑块、按压电动推杆、按压滑轨、按压电动滑块和按压头；所述的按压滑块安装在灭火滑轨上，按压电动推杆底端固定在按压滑块上，按压滑轨左右两侧分别固定在按压电动推杆顶端，按压电动滑块安装在按压滑轨上，按压头固定在按压滑块下端，且按压头中部开设有半圆形凹槽；按压电动滑块可在按压滑轨上进行左右移动，从而可对灭火器上的鸭嘴阀进行对位，然后通过按压电动推杆的收缩运动带动按压头的下降，从而达到了按压灭火器上的鸭嘴阀的效果。

具体操作时，首先将装有灭火剂的灭火器放置到储放筒内，放置时将灭火器的前头朝外放置，并通过锁紧装置对灭火器进行锁紧固定；然后将灭火器的喷筒放置到喷筒固定装置上进行固定，并调好固定角度；再通过拧开装置将拧杆插入到灭火器的梅花轮内，同时通过按压装置将按压头对准灭火器的鸭嘴阀；作业时，通过拧开装置转动灭火器的梅花轮，通过按压装置按压灭火器的鸭嘴阀，从而实现了灭火器内的灭火剂喷出的效果。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明具有方位调节和灭火作业等多种功能，可对火灾现场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，解决了人工消防灭火效率低和危险性大的问题。

(2)本发明的三自由度并联机构采用3-RPS的并联机构的形式，将三自由度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筒身的储放锁紧、灭火器喷筒的固定调节、灭火器梅花轮的开启和关闭以及灭火器鸭嘴阀的控制等一系列动作执行的功能，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是本发明三自由并联机构的主视图；

图3是本发明灭火装置的整体立体结构示意图；

图4是本发明灭火装置的局部立体结构示意图；

图5是本发明储放筒、喷筒固定装置、拧开装置和按压装置配合时的立体结构示意图；

图6是本发明拧开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6所示，一种智能消防特种作业机器人用回转机械手，包括三自由度并联机构4和灭火装置5；所述的三自由度并联机构4位于灭火装置5正下方，且三自由度并联机构4上端与灭火装置5相连接。

如图1和图2所示，所述的三自由度并联机构4包括定平台41、动平台42、耳座43、转轴44、电动推杆45、球铰链46、连接座47和限位弹簧48，且耳座43、转轴44、电动推杆45、球铰链46、连接座47和限位弹簧48的数量均为三；所述的定平台41和动平台42均呈圆形状结构，且动平台42位于定平台41正上方，耳座43位于定平台41的上端面上，且耳座43之间的安装中心角度为60度，连接座47位于动平台42下端面上，且耳座43与连接座47分别一一对应；所述的电动推杆45底端通过转轴44安装在耳座43上，电动推杆45顶端与连接座47之间通过球铰链46进行连接，限位弹簧48绕套在电动推杆45上端；具体工作时，通过电动推杆45的上下往复运动可带动动平台42的运动，且通过限位弹簧48降低了三自由度并联机构4运动时抖动性，增加了三自由度并联机构4运动的平稳性，三自由度并联机构4与串联机构相比刚度大，运动灵活，结构稳定，承载能力强且微动精度高，三自由度并联机构4采用3-RPS的并联机构的形式，将三自由度并联机构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至图6所示，所述的灭火装置5包括支板51、储放筒52、灭火滑轨53、锁紧装置54、喷筒固定装置55、按压装置56和拧开装置57，且储放筒52、灭火滑轨53、锁紧装置54、喷筒固定装置55、按压装置56和拧开装置57的数量均为二；所述的储放筒52沿支板51的纵向中心轴线分别对称布置，且储放筒52底端与支板51上端面相固定，储放筒52为前端开口后端封闭的空心圆柱体结构，储放筒52前端上部为敞开状态，灭火滑轨53分别对称固定在储放筒52前端上部，锁紧装置54安装在储放筒52上端，喷筒固定装置55位于锁紧装置54与按压装置56之间，且喷筒固定装置55下端安装在灭火滑轨53上，拧开装置57位于按压装置56正前方，且拧开装置57左右两侧分别安装在灭火滑轨53上。

如图3和图4所示，所述的锁紧装置54包括固定块541、锁紧螺杆542、锁紧块543和转盘544；所述的固定块541中心位置处开设有与锁紧螺杆542上外螺纹相配合的螺纹孔，锁紧螺杆542安装在固定块541上端的螺纹孔内，锁紧螺杆542下端固定有锁紧块543，且锁紧块543为弧形状结构，锁紧螺杆542上端安装有转盘544，转盘544外侧设置有防滑条纹；通过转动转盘544带动锁紧螺杆542的旋转，从而带动固定块543的上升和下降，实现了对灭火器筒身的固定锁紧。

如图5所示，所述的喷筒固定装置55包括支撑板551、横杆552、固定夹板553、伸缩连杆554和转杆555；所述的支撑板551下端安装在储放筒52前端左右两侧，横杆552左右两端分别固定在支撑板551上顶端位置处，固定夹板553上端设置有转筒，转筒安装在横杆552中部，固定夹板553中部开设有圆形固定口，固定夹板553下端左右两侧分别对称设置有连接块，伸缩连杆554一端与连接块相连接，伸缩连杆554另一端与转杆555一端相铰接，转杆555另一端固定在支撑板551内侧壁上；喷筒固定装置55主要用于对灭火器喷筒的夹持固定，且通过伸缩连杆554的伸长和缩短运动带动固定夹板553以横杆552为旋转中心进行垂直面上的转动，从而实现了灭火器喷筒喷射作业时喷射角度调节的功能。

如图5和图6所示，所述的拧开装置57包括拧开滑块571、拧开电动推杆572、拧开支架573、拧开电机574、拧开转轴575、拧开转盘576和拧杆577；所述的拧开滑块571安装在灭火滑轨上，拧开电动推杆572底端固定在拧开滑块571上，拧开支架573左右两端分别固定在拧开电动推杆572顶端，拧开支架573呈圆盘状结构，拧开电机574固定在拧开支架573外侧壁上，拧开转轴575一端与拧开电机574输出轴相连接，拧开转轴575另一端与拧开转盘576之间通过键相连接，拧开转盘576内侧端面上沿其中心轴线的周向方向均匀设置有转台座，拧杆577底端安装在拧开转盘576的转台座上，拧杆577顶端设置有拧块，拧块呈扇形状结构；使用时，首先通过拧开滑块571在灭火滑轨53上的向内侧滑动带动拧开支架573的移动，从而实现了将拧杆577插入到灭火器梅花轮扇形空隙内的功能，然后通过拧开电动推杆572的伸缩运动可调节拧开支架573的高度，当拧杆577插入到灭火器梅花轮扇形空隙内后，再通过拧开转盘576上的转台座的转动带动拧杆577的旋转，将拧杆577转动180度，防止拧杆577的纵向滑脱，最后通过拧开电机574的转动带动拧开转盘576的旋转，从而带动灭火器梅花轮的转动，进而将灭火器进行开启。

如图5所示，所述的按压装置56包括按压滑块561、按压电动推杆562、按压滑轨563、按压电动滑块564和按压头565；所述的按压滑块561安装在灭火滑轨53上，按压电动推杆562底端固定在按压滑块561上，按压滑轨563左右两侧分别固定在按压电动推杆562顶端，按压电动滑块564安装在按压滑轨5633上，按压头565固定在按压滑块561下端，且按压头565中部开设有半圆形凹槽；按压电动滑块564可在按压滑轨563上进行左右移动，从而可对灭火器上的鸭嘴阀进行对位，然后通过按压电动推杆562的收缩运动带动按压头565的下降，从而达到了按压灭火器上的鸭嘴阀的效果。

如图3至图6所示，具体操作时，首先将装有灭火剂的灭火器放置到储放筒52内，放置时将灭火器的前头朝外放置，并通过锁紧装置54对灭火器进行锁紧固定；然后将灭火器的喷筒放置到喷筒固定装置55上进行固定，并调好固定角度；再通过拧开装置57将拧杆577插入到灭火器的梅花轮内，同时通过按压装置56将按压头565对准灭火器的鸭嘴阀；作业时，通过拧开装置57转动灭火器的梅花轮，通过按压装置56按压灭火器的鸭嘴阀，从而实现了灭火器内的灭火剂喷出的效果。

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 (1)

1.一种智能消防特种作业机器人用回转机械手，其特征在于：包括三自由度并联机构和灭火装置；所述的三自由度并联机构位于灭火装置正下方，且三自由度并联机构上端与灭火装置相连接；其中：

所述的三自由度并联机构包括定平台、动平台、耳座、转轴、电动推杆、球铰链、连接座和限位弹簧，且耳座、转轴、电动推杆、球铰链、连接座和限位弹簧的数量均为三；所述的定平台和动平台均呈圆形状结构，且动平台位于定平台正上方，耳座位于定平台的上端面上，且耳座之间的安装中心角度为60度，连接座位于动平台下端面上，且耳座与连接座分别一一对应；所述的电动推杆底端通过转轴安装在耳座上，电动推杆顶端与连接座之间通过球铰链进行连接，限位弹簧绕套在电动推杆上端；

所述的灭火装置包括支板、储放筒、灭火滑轨、锁紧装置、喷筒固定装置、按压装置和拧开装置，且储放筒、灭火滑轨、锁紧装置、喷筒固定装置、按压装置和拧开装置的数量均为二；所述的储放筒沿支板的纵向中心轴线分别对称布置，且储放筒底端与支板上端面相固定，储放筒为前端开口后端封闭的空心圆柱体结构，储放筒前端上部为敞开状态，灭火滑轨分别对称固定在储放筒前端上部，锁紧装置安装在储放筒上端，喷筒固定装置位于锁紧装置与按压装置之间，且喷筒固定装置下端安装在灭火滑轨上，拧开装置位于按压装置正前方，且拧开装置左右两侧分别安装在灭火滑轨上；

所述的喷筒固定装置包括支撑板、横杆、固定夹板、伸缩连杆和转杆；所述的支撑板下端安装在储放筒前端左右两侧，横杆左右两端分别固定在支撑板上顶端位置处，固定夹板上端设置有转筒，转筒安装在横杆中部，固定夹板中部开设有圆形固定口，固定夹板下端左右两侧分别对称设置有连接块，伸缩连杆一端与连接块相连接，伸缩连杆另一端与转杆一端相铰接，转杆另一端固定在支撑板内侧壁上；

所述的拧开装置包括拧开滑块、拧开电动推杆、拧开支架、拧开电机、拧开转轴、拧开转盘和拧杆；所述的拧开滑块安装在灭火滑轨上，拧开电动推杆底端固定在拧开滑块上，拧开支架左右两端分别固定在拧开电动推杆顶端，拧开支架呈圆盘状结构，拧开电机固定在拧开支架外侧壁上，拧开转轴一端与拧开电机输出轴相连接，拧开转轴另一端与拧开转盘之间通过键相连接，拧开转盘内侧端面上沿其中心轴线的周向方向均匀设置有转台座，拧杆底端安装在拧开转盘的转台座上，拧杆顶端设置有拧块，拧块呈扇形状结构；

所述的按压装置包括按压滑块、按压电动推杆、按压滑轨、按压电动滑块和按压头；所述的按压滑块安装在灭火滑轨上，按压电动推杆底端固定在按压滑块上，按压滑轨左右两侧分别固定在按压电动推杆顶端，按压电动滑块安装在按压滑轨上，按压头固定在按压滑块下端，且按压头中部开设有半圆形凹槽。