CN108247610B - 湖泊污水净化处理智能机器人用机械手 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机械手及其工作方法，包括混联机构和投料装置；所述的混联机构位于投料装置正下方，且混联机构上端与投料装置相连接。本发明具有方位角度调节以及装料投料的功能，在污水处理净化过程中，可实现污水净化自动投料的功能，且智能化程度高、方位角度调节方便灵活、投料速度快距离远，解决了现有的人工乘船投料工作量大、危险性大和效率低等问题，有效的保护了水资源。

Description

湖泊污水净化处理智能机器人用机械手

本申请是申请号为2016104637959，申请日为2016年06月23日，发明创造名称为“一种湖泊污水净化处理智能机器人用机械手”的专利的分案申请。

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体的说是一种湖泊污水净化处理智能机器人用机械手。

背景技术

水污染是由有害化学物质造成水的使用价值降低或丧失，污染环境的水，污水中含有的酸、碱、氧化剂以及铜、镉、汞、砷等化合物和苯、二氯乙烷、乙二醇等有机毒物，会毒死水生生物，影响饮用水源、风景区景观；污水中的有机物被微生物分解时消耗水中的氧，影响水生生物的生命，水中溶解氧耗尽后，有机物进行厌氧分解，产生硫化氢、硫醇等难闻气体，使水质进一步恶化。中国是一个水资源短缺、水灾害频繁的国家，水资源总量居世界第六位，人均占有量只有2500立方米，约为世界人均水量的1/4，在世界排第110位，已被联合国列为13个贫水国家之一；多年来，中国水资源质量不断下降，水环境持续恶化，由于污染所导致的缺水和事故不断发生，不仅使工厂停产、农业减产甚至绝收，而且造成了不良的社会影响和较大的经济损失，严重地威胁了社会的可持续发展，威胁了人类的生存。

目前对于污水治理的方法有物理法、化学法和生物法，其中化学法治理污水就是向污水中投放化学药物，利用化学反应或物理化学作用净化污水，目前对于水库、湖泊、河流、池塘等地的化学法净化污水的方式都是人工乘船向污水中投放化学药物，这样不仅占用了大量的劳动力，投放效率低，而且具有一定的危险性。鉴于此，本发明提供了一种湖泊污水净化处理智能机器人用机械手。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种湖泊污水净化处理智能机器人用机械手。

本发明所要解决其技术问题所采用以下技术方案来实现。

一种湖泊污水净化处理智能机器人用机械手，包括混联机构和投料装置；所述的混联机构位于投料装置正下方，且混联机构上端与投料装置相连接。

作为本发明的进一步改进，所述的混联机构包括移动底架和四自由度并联机构，移动底架位于四自由度并联机构下方，且移动底架与四自由度并联机构固连；所述的移动底架包括底板、移动滑轨、滑块、限位弹簧和锁紧柱，且移动滑轨和滑块的数量均为四，限位弹簧数量为十六，锁紧柱的数量为三十二；所述的底板固定在四自由度并联机构上，移动滑轨沿底板的纵向中心轴线分别对称布置，移动滑轨两端分别设置有挡板，滑块安装在移动滑轨上，限位弹簧位于滑块与移动滑轨的挡板之间，且限位弹簧一端通过锁紧柱与移动滑轨的挡板相连接，限位弹簧另一端通过锁紧柱与滑块相连接，且移动滑轨的挡板内侧面和滑块的前后端面上均开设有安装螺纹孔，锁紧柱一端设置有用于固定限位弹簧的锁紧扣，锁紧柱另一端设置有与安装螺纹孔相配合的外螺纹；移动底架采用一平移的串联结构，移动底架可进行前后移动，通过移动底架可带动四自由度并联机构的前后移动；所述的四自由度并联机构包括定平台、虎克铰、伸缩杆、球铰链和动平台，且虎克铰、伸缩杆和球铰链的数量均为四；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，定平台上端部分和动平台下端部分均分别设置有安装螺纹，伸缩杆底端通过虎克铰与滑块相连接，伸缩杆顶端通过球铰链与动平台相连接；四自由度并联机构采用4-UPS形式的并联机构，可实现一平移三转动共四个自由度方向的运动，运动效果好，运动自由度多，结构紧凑且承载能力强；将混联机构应用到本发明中，一方面起到了对投料装置投料时整体方位角度调节的作用，使得本发明可以处于各种姿态角度下都可以全方位的进行投料作业，投料方便快捷且投料范围广；另一方面通过混联机构提高了本发明的减震性能，即使处于颠簸或者非平衡状态下时，投料装置始终处于水平平稳状态，防止投料装置投料作业时因抖动性或者倾斜性过大导致投料作业无法进行的问题，进一步提高了本发明投料作业时的稳定性和安全性。

作为本发明的进一步改进，所述的投料装置包括投料台座、投料机构和储料筒；所述的投料机构数量为四，投料机构沿投料台座的中心轴线分别对称布置，储料筒位于投料台座上端中心位置处；所述的投料机构包括投料耳座、第一转轴、投料支架、第二转轴、铲料支架、投料铲斗、动力机构、第一压缩弹簧和第二压缩弹簧；所述的投料支架下端通过第一转轴与投料耳座相连接，投料支架上端通过第二转轴与铲料支架一端相连接，投料支架呈爬梯状结构，投料支架内侧等间距设置有横杆，铲料支架采用液压伸缩式的矩形框体结构，投料铲斗固定在铲料支架另一端，且投料铲斗的横截断面呈扇形结构，动力机构位于投料支架下方，第一压缩弹簧位于投料台座和投料支架之间，且第一压缩弹簧上端设置有第一转柱，第一转柱铰接在投料支架的横杆上，第一压缩弹簧下端设置有第一连接座，第一连接座固定在投料台座上端面上，第二压缩压簧位于第一压缩弹簧内侧，且第二压缩弹簧上端设置有第二转柱，第二转柱铰接在投料支架的横杆上，第二压缩弹簧下端设置有第二连接座，第二连接座固定在投料台座上端面上。

作为本发明的进一步改进，所述的动力机构包括动力转轴、从动滑轮、钢丝绳、主动滑轮、过渡轴、带座轴承、从动齿轮、主动齿轮、动力电机、移动电机座和电动导轨，且从动滑轮、钢丝绳、主动滑轮、过渡轴和带座轴承的数量为二；所述的动力转轴穿过投料支架上端，从动滑轮分别对称固定在动力转轴两端，钢丝绳一端固定在从动滑轮上，钢丝绳另一端缠绕在主动滑轮上，过渡轴一端与主动滑轮之间采用键相连接，过渡轴另一端安装有主动齿轮，过渡轴中部通过带座轴承固定在投料台座上端面上，主动齿轮固定在动力电机的输出轴上，且主动齿轮与从动齿轮相啮合，动力电机通过移动电机座安装在电动导轨上，且电动导轨的横截断面呈工字型结构，电动导轨固定在投料台座上端面上。

具体投料时，首先通过铲料支架的伸展运动带动投料铲斗倾斜向下运动，当投料铲斗深入到储料筒内储存的化学净化药物粉末或者颗粒时，通过铲料支架的收缩运动带动投料铲斗倾斜向上运动，从而实现了投料铲斗装料的功能；然后通过移动电机座在电动导轨上的往内侧运动带动动力电机的内侧移动，当与动力电机输出轴同轴安装的主动齿轮与从动齿轮相啮合时，通过动力电机的旋转带动主动齿轮的转动，且主动齿轮与从动齿轮相啮合，从动齿轮与主动滑轮同轴固定安装，从而实现了主动滑轮的旋转，达到了收缩钢丝绳的效果，且钢丝绳与从动滑轮连接，从动滑轮与动力转轴相固定，动力转轴固定在投料支架上，从而在钢丝绳的拉力作用下，投料支架以第一转轴为旋转轴做逆时针转动，第一压缩弹簧和第二压缩弹簧被处于高度压缩状态下；再通过移动电机座在电动导轨上的往外侧运动带动动力电机的外侧移动，主动齿轮与从动齿轮处于分离状态，在第一压缩弹簧和第二压缩弹簧的压缩回复力作用下，投料支架迅速以第一转轴为旋转轴做顺时针转动，从而带动投料铲斗向外侧抛出，达到了投料的效果；最后当化学净化药物粉末或者颗粒投出去后，在第一压缩弹簧和第二压缩弹簧的拉伸回复力作用下，投料支架以第一转轴为旋转轴做逆时针转动，实现了收回投料铲斗的功能；投料装置可实现自动装料和投料的功能，且全程智能化程度高，装料简单快速，投料速度快、距离远。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明具有方位角度调节以及装料投料的功能，在污水处理净化过程中，可实现污水净化自动投料的功能，且智能化程度高、方位角度调节方便灵活、投料速度快距离远，解决了现有的人工乘船投料工作量大、危险性大和效率低等问题，有效的保护了水资源。

(2)本发明的移动底架采用一平移的串联结构，四自由度并联机构采用 4-UPS形式的并联机构，可实现一平移三转动共四个自由度方向的运动，运动效果好，运动自由度多，结构紧凑且承载能力强；将混联机构应用到本发明中，一方面起到了对投料装置投料时整体方位角度调节的作用，使得本发明可以处于各种姿态角度下都可以全方位的进行投料作业，投料方便快捷且投料范围广；另一方面通过混联机构提高了本发明的减震性能，即使处于颠簸或者非平衡状态下时，投料装置始终处于水平平稳状态，防止投料装置投料作业时因抖动性或者倾斜性过大导致投料作业无法进行的问题，进一步提高了本发明投料作业时的稳定性和安全性。

(3)本发明的投料装置可实现自动装料和投料的功能，且全程智能化程度高，装料简单快速，投料速度快、距离远。

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是本发明混联机构的立体结构示意图；

图3是本发明投料装置的立体结构示意图；

图4是本发明投料机构的立体结构示意图。

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，一种湖泊污水净化处理智能机器人用机械手，包括混联机构4和投料装置5；所述的混联机构4位于投料装置5正下方，且混联机构 4上端与投料装置5相连接。

如图1和图2所示，所述的混联机构4包括移动底架41和四自由度并联机构42，移动底架41位于四自由度并联机构42下方，且移动底架41与四自由度并联机构42固连；所述的移动底架41包括底板411、移动滑轨412、滑块413、限位弹簧414和锁紧柱415，且移动滑轨412和滑块413的数量均为四，限位弹簧414数量为十六，锁紧柱415的数量为三十二；所述的底板411固定在四自由度并联机构42上，移动滑轨412沿底板411的纵向中心轴线分别对称布置，移动滑轨412两端分别设置有挡板，滑块413安装在移动滑轨412上，限位弹簧414位于滑块413与移动滑轨412的挡板之间，且限位弹簧414一端通过锁紧柱415与移动滑轨412的挡板相连接，限位弹簧414另一端通过锁紧柱415 与滑块413相连接，且移动滑轨412的挡板内侧面和滑块413的前后端面上均开设有安装螺纹孔，锁紧柱415一端设置有用于固定限位弹簧414的锁紧扣，锁紧柱415另一端设置有与安装螺纹孔相配合的外螺纹；移动底架41采用一平移的串联结构，移动底架41可进行前后移动，通过移动底架41可带动四自由度并联机构42的前后移动；所述的四自由度并联机构42包括定平台421、虎克铰422、伸缩杆423、球铰链424和动平台425，且虎克铰422、伸缩杆423和球铰链424的数量均为四；所述的定平台424和动平台425均为圆盘状结构，且动平台425位于定平台425正上方，定平台421上端部分和动平台425下端部分均分别设置有安装螺纹，伸缩杆423底端通过虎克铰422与滑块413相连接，伸缩杆423顶端通过球铰链424与动平台425相连接；四自由度并联机构 42采用4-UPS形式的并联机构，可实现一平移三转动共四个自由度方向的运动，运动效果好，运动自由度多，结构紧凑且承载能力强；将混联机构4应用到本发明中，一方面起到了对投料装置5投料时整体方位角度调节的作用，使得本发明可以处于各种姿态角度下都可以全方位的进行投料作业，投料方便快捷且投料范围广；另一方面通过混联机构4提高了本发明的减震性能，即使处于颠簸或者非平衡状态下时，投料装置5始终处于水平平稳状态，防止投料装置5 投料作业时因抖动性或者倾斜性过大导致投料作业无法进行的问题，进一步提高了本发明投料作业时的稳定性和安全性。

如图3和图4所示，所述的投料装置5包括投料台座51、投料机构52和储料筒53；所述的投料机构52数量为四，投料机构52沿投料台座51的中心轴线分别对称布置，储料筒53位于投料台座51上端中心位置处；所述的投料机构 52包括投料耳座521、第一转轴522、投料支架523、第二转轴524、铲料支架 525、投料铲斗526、动力机构527、第一压缩弹簧528和第二压缩弹簧529；所述的投料支架523下端通过第一转轴522与投料耳座521相连接，投料支架523 上端通过第二转轴524与铲料支架525一端相连接，投料支架523呈爬梯状结构，投料支架523内侧等间距设置有横杆，铲料支架525采用液压伸缩式的矩形框体结构，投料铲斗526固定在铲料支架525另一端，且投料铲斗526的横截断面呈扇形结构，动力机构527位于投料支架523下方，第一压缩弹簧528 位于投料台座521和投料支架523之间，且第一压缩弹簧528上端设置有第一转柱，第一转柱铰接在投料支架523的横杆上，第一压缩弹簧528下端设置有第一连接座，第一连接座固定在投料台座51上端面上，第二压缩压簧529位于第一压缩弹簧528内侧，且第二压缩弹簧529上端设置有第二转柱，第二转柱铰接在投料支架523的横杆上，第二压缩弹簧529下端设置有第二连接座，第二连接座固定在投料台座51上端面上。

如图3和图4所示，所述的动力机构527包括动力转轴5271、从动滑轮5272、钢丝绳5273、主动滑轮5274、过渡轴5275、带座轴承5276、从动齿轮5277、主动齿轮5278、动力电机5279、移动电机座527a和电动导轨527b，且从动滑轮5272、钢丝绳5273、主动滑轮5274、过渡轴5275和带座轴承5276的数量为二；所述的动力转轴5271穿过投料支架523上端，从动滑轮5272分别对称固定在动力转轴5271两端，钢丝绳5273一端固定在从动滑轮5272上，钢丝绳5273 另一端缠绕在主动滑轮5274上，过渡轴5275一端与主动滑轮5274之间采用键相连接，过渡轴5275另一端安装有主动齿轮5278，过渡轴5275中部通过带座轴承5276固定在投料台座51上端面上，主动齿轮5278固定在动力电机5279 的输出轴上，且主动齿轮5278与从动齿轮5277相啮合，动力电机5279通过移动电机座527a安装在电动导轨527b上，且电动导轨527b的横截断面呈工字型结构，电动导轨527b固定在投料台座51上端面上。

如图3和图4所示，具体投料时，首先通过铲料支架525的伸展运动带动投料铲斗526倾斜向下运动，当投料铲斗526深入到储料筒53内储存的化学净化药物粉末或者颗粒时，通过铲料支架525的收缩运动带动投料铲斗526倾斜向上运动，从而实现了投料铲斗526装料的功能；然后通过移动电机座527a在电动导轨527b上的往内侧运动带动动力电机5279的内侧移动，当与动力电机 5279输出轴同轴安装的主动齿轮5278与从动齿轮5277相啮合时，通过动力电机5279的旋转带动主动齿轮5278的转动，且主动齿轮5278与从动齿轮5277相啮合，从动齿轮5277与主动滑轮5274同轴固定安装，从而实现了主动滑轮 5274的旋转，达到了收缩钢丝绳5273的效果，且钢丝绳5273与从动滑轮5272 连接，从动滑轮5272与动力转轴5271相固定，动力转轴5271固定在投料支架 523上，从而在钢丝绳5273的拉力作用下，投料支架523以第一转轴522为旋转轴做逆时针转动，第一压缩弹簧528和第二压缩弹簧529被处于高度压缩状态下；再通过移动电机座527a在电动导轨527b上的往外侧运动带动动力电机 5279的外侧移动，主动齿轮5278与从动齿轮5277处于分离状态，在第一压缩弹簧528和第二压缩弹簧529的压缩回复力作用下，投料支架523迅速以第一转轴522为旋转轴做顺时针转动，从而带动投料铲斗526向外侧抛出，达到了投料的效果；最后当化学净化药物粉末或者颗粒投出去后，在第一压缩弹簧528 和第二压缩弹簧529的拉伸回复力作用下，投料支架523以第一转轴522为旋转轴做逆时针转动，实现了收回投料铲斗526的功能；投料装置5可实现自动装料和投料的功能，且全程智能化程度高，装料简单快速，投料速度快、距离远。

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 (5)

1.一种湖泊污水净化处理智能机器人用机械手，其特征在于：包括混联机构和投料装置；所述的混联机构位于投料装置正下方，且混联机构上端与投料装置相连接；所述混联机构用于调节投料装置投料时的整体方位角度，所述投料装置可实现自动装料和投料的功能；

所述的投料装置包括投料台座、投料机构和储料筒；所述的投料机构数量为四，投料机构沿投料台座的中心轴线分别对称布置，储料筒位于投料台座上端中心位置处；所述的投料机构包括投料耳座、第一转轴、投料支架、第二转轴、铲料支架、投料铲斗、动力机构、第一压缩弹簧和第二压缩弹簧；所述的投料支架下端通过第一转轴与投料耳座相连接，投料支架上端通过第二转轴与铲料支架一端相连接，投料支架呈爬梯状结构，投料支架内侧等间距设置有横杆，铲料支架采用液压伸缩式的矩形框体结构，投料铲斗固定在铲料支架另一端，且投料铲斗的横截断面呈扇形结构，动力机构位于投料支架下方，第一压缩弹簧位于投料台座和投料支架之间，且第一压缩弹簧上端设置有第一转柱，第一转柱铰接在投料支架的横杆上，第一压缩弹簧下端设置有第一连接座，第一连接座固定在投料台座上端面上，第二压缩压簧位于第一压缩弹簧内侧，且第二压缩弹簧上端设置有第二转柱，第二转柱铰接在投料支架的横杆上，第二压缩弹簧下端设置有第二连接座，第二连接座固定在投料台座上；

所述的动力机构包括动力转轴、从动滑轮、钢丝绳、主动滑轮、过渡轴、带座轴承、从动齿轮、主动齿轮、动力电机、移动电机座和电动导轨，且从动滑轮、钢丝绳、主动滑轮、过渡轴和带座轴承的数量为二；所述的动力转轴穿过投料支架上端，从动滑轮分别对称固定在动力转轴两端，钢丝绳一端固定在从动滑轮上，钢丝绳另一端缠绕在主动滑轮上，过渡轴一端与主动滑轮之间采用键相连接，过渡轴另一端安装有主动齿轮，过渡轴中部通过带座轴承固定在投料台座上端面上，主动齿轮固定在动力电机的输出轴上，且主动齿轮与从动齿轮相啮合，动力电机通过移动电机座安装在电动导轨上，且电动导轨的横截断面呈工字型结构，电动导轨固定在投料台座上端面上。

2.根据权利要求1所述的一种湖泊污水净化处理智能机器人用机械手，其特征在于：所述的混联机构包括移动底架和四自由度并联机构，移动底架位于四自由度并联机构下方，且移动底架与四自由度并联机构固连。

3.根据权利要求2所述的一种湖泊污水净化处理智能机器人用机械手，其特征在于：所述的移动底架包括底板、移动滑轨、滑块、限位弹簧和锁紧柱，且移动滑轨和滑块的数量均为四，限位弹簧数量为十六，锁紧柱的数量为三十二；所述的底板固定在四自由度并联机构上，移动滑轨沿底板的纵向中心轴线分别对称布置，移动滑轨两端分别设置有挡板，滑块安装在移动滑轨上，限位弹簧位于滑块与移动滑轨的挡板之间，且限位弹簧一端通过锁紧柱与移动滑轨的挡板相连接，限位弹簧另一端通过锁紧柱与滑块相连接，且移动滑轨的挡板内侧面和滑块的前后端面上均开设有安装螺纹孔，锁紧柱一端设置有用于固定限位弹簧的锁紧扣，锁紧柱另一端设置有与安装螺纹孔相配合的外螺纹。

4.根据权利要求2或3所述的一种湖泊污水净化处理智能机器人用机械手，其特征在于：所述的四自由度并联机构包括定平台、虎克铰、伸缩杆、球铰链和动平台，且虎克铰、伸缩杆和球铰链的数量均为四；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，定平台上端部分和动平台下端部分均分别设置有安装螺纹，伸缩杆底端通过虎克铰与滑块相连接，伸缩杆顶端通过球铰链与动平台相连接。

5.一种湖泊污水净化处理智能机器人用机械手的工作方法，其特征在于，所述工作方法包括：

具体投料时，首先通过铲料支架的伸展运动带动投料铲斗倾斜向下运动，当投料铲斗深入到储料筒内储存的化学净化药物粉末或者颗粒时，通过铲料支架的收缩运动带动投料铲斗倾斜向上运动，实现投料铲斗装料；

然后通过移动电机座在电动导轨上的往内侧运动带动动力电机的内侧移动，当与动力电机输出轴同轴安装的主动齿轮与从动齿轮相啮合时，通过动力电机的旋转带动主动齿轮的转动，且主动齿轮与从动齿轮相啮合，从动齿轮与主动滑轮同轴固定安装，从而主动滑轮旋转，钢丝绳收缩，且钢丝绳与从动滑轮连接，从动滑轮与动力转轴相固定，动力转轴固定在投料支架上，从而在钢丝绳的拉力作用下，投料支架以第一转轴为旋转轴做逆时针转动，第一压缩弹簧和第二压缩弹簧被处于高度压缩状态下；

再通过移动电机座在电动导轨上的往外侧运动带动动力电机的外侧移动，主动齿轮与从动齿轮处于分离状态，在第一压缩弹簧和第二压缩弹簧的压缩回复力作用下，投料支架迅速以第一转轴为旋转轴做顺时针转动，从而带动投料铲斗向外侧抛出，达到了投料的效果；

最后当化学净化药物粉末或者颗粒投出去后，在第一压缩弹簧和第二压缩弹簧的拉伸回复力作用下，投料支架以第一转轴为旋转轴做逆时针转动，实现了收回投料铲斗的功能。

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