CN108529530B - 一种无人艇采样瓶的瓶盖开合器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无人艇采样瓶的瓶盖开合器，包括力差器和机械手；所述力差器相对固定于无人艇甲板支架上，所述机械手与力差器连接，能够相对力差器上下滑动。本发明的主要作用是为了实现无人艇采样瓶的瓶塞开启和关闭动作，达到自动采集水样的目的。瓶盖开合器选用一维运动机械手，主要实现上下运动与抓取运动。当采样瓶置于浅层海水处时，机械手抓取瓶塞，使采样瓶处于开启状态。通过控制开启瓶塞时间来达到水样定量采集。当时间到达后，机械手将瓶塞重新塞回瓶口完成水样的采集。本发明具有敏捷、紧凑、轻量的特点，控制精度与路径精度俱优，是物料搬运与装配应用的理想选择，且电动控制较为简单，可实现高度的全自动化。
Description
技术领域
本发明涉及环境监测领域，特别是一种无人艇采样瓶的瓶盖开合器。
背景技术
石油和天然气在日常生活中的使用范围增广，对于石油和天然气的运输需求越来越频繁，海洋运输是最为主要的一种方式。在海洋运输的过程中，石油和天然气的泄露事故会污染近水水岸，由于石油对于人体的危害性和人类对于水资源的保护性，所以对水样中的石油含量分析显得尤为重要。然而我国岛屿地形复杂，传统的人工采样方式困难重重，因此无人艇成为最为便捷且高效的工具，实现水样采集的自动化工作。近年来，随着无人艇技术的发展，国内外已经研制出若干用于环境监测的无人艇型号，但是由于海上风浪涌流等环境复杂，导致无人艇在无人操作状态下收集水样和保存水样的过程中遇到困难。
发明内容
本发明的目的在于无人艇在执行水质采样过程中需要自动开闭采集瓶盖，提出一种无人艇采样瓶的瓶盖开合器，能高效完成采集瓶盖打开和关闭的任务。
本发明的主要作用是为了实现无人艇采样瓶的瓶塞开启和关闭动作，达到自动采集水样的目的。瓶盖开合器选用一维运动机械手，主要实现上下运动与抓取运动。当采样瓶置于浅层海水处时，机械手抓取瓶塞，使采样瓶处于开启状态。通过控制开启瓶塞时间来达到水样定量采集。当时间到达后，机械手将瓶塞重新塞回瓶口完成水样的采集。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种无人艇采样瓶的瓶盖开合器，包括力差器和机械手；所述力差器相对固定于无人艇甲板支架上，所述机械手与力差器连接，能够相对力差器上下滑动。
所述力差器包括力差器外体、力差器弹簧、调节螺钉；所述力差器外体相对固定于无人艇甲板支架上，所述力差器弹簧位于力差器外体的凹槽内，在力选择滑块的作用下收缩或伸长，产生反作用力，所述调节螺钉与力差器外体螺纹连接，通过松紧调节螺钉改变力差器弹簧的初始形变量，从而获得不同的弹簧反作用力。
所述机械手包括力选择滑块、机械手箱体、梯形凸轮主动件、凸轮随动轮、总长指定螺丝、夹持臂、机械手弹簧、铰接螺栓；力差器弹簧套接在力选择滑块上，限制其在力差器外体的凹槽内上下滑动；所述机械手箱体与力选择滑块通过螺纹固定连接，所述梯形凸轮主动件安装在机械手箱体上部的凹槽中，通过外部动力源进行直线运动；所述总长指定螺丝固定在机械手箱体上，并贯穿两个夹持臂的上部，所述机械手弹簧串在总长指定螺丝上，位于机械手箱体内侧和两个夹持臂之间，压缩的机械手弹簧为夹持臂的夹紧提供外力，两个夹持臂中部通过铰接螺栓铰接在一起，两个凸轮随动轮分别安装在两个夹持臂的顶端，将梯形凸轮主动件的上下直线运动转换成夹持臂的张开和夹紧。
本发明与现有技术相比，具有如下显而易见的优点：
本发明用力差方式使用一个驱动器完成两个动作，解决了机械设计当中比较难做到的动作分流。正流程（回程运动）中的夹紧工位和拔盖工位通过力差来达到先夹紧后拔盖。逆流程（推程运动）中的塞盖工位和放松工位通过力差达到先塞盖后放松夹持臂。本发明机械结构简单，仅通过弹簧的压缩力提供力差，弹簧采用Tc4(Tc6)具有良好的性能，可靠性得到了保证。
附图说明
图1是本发明的三维结构示意图。
图2是本发明的力差器示意图。
图3是图2中A-A的截面图。
图4是本发明的机械手示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例作进一步的说明。
如图1所示，一种无人艇采样瓶的瓶盖开合器，包括力差器和机械手；所述力差器相对固定于无人艇甲板支架上，所述机械手与力差器连接，能够相对力差器上下滑动。
如图2和图3所示，所述力差器包括力差器外体1、力差器弹簧11、调节螺钉2；所述力差器外体1相对固定于无人艇甲板支架上，所述力差器弹簧11位于力差器外体1的凹槽内，在力选择滑块3的作用下收缩或伸长，产生反作用力，所述调节螺钉2与力差器外体1螺纹连接，通过松紧调节螺钉2改变力差器弹簧11的初始形变量，从而获得不同的弹簧反作用力。
如图4所示，所述机械手包括力选择滑块3、机械手箱体4、梯形凸轮主动件5、凸轮随动轮6、总长指定螺丝10、夹持臂9、机械手弹簧7、铰接螺栓8；力差器弹簧11套接在力选择滑块3上，限制其在力差器外体1的凹槽内上下滑动；所述机械手箱体4与力选择滑块3通过螺纹固定连接，所述梯形凸轮主动件5安装在机械手箱体4上部的凹槽中，通过外部动力源进行直线运动；所述总长指定螺丝10固定在机械手箱体4上，并贯穿两个夹持臂9的上部，所述机械手弹簧7串在总长指定螺丝10上，位于机械手箱体4内侧和两个夹持臂9之间，压缩的机械手弹簧7为夹持臂9的夹紧提供外力，两个夹持臂9中部通过铰接螺栓8铰接在一起，两个凸轮随动轮6分别安装在两个夹持臂9的顶端，将梯形凸轮主动件5的上下直线运动转换成夹持臂9的张开和夹紧。
本发明的工作过程如下：
工作过程分两部分，一是正流程，二是逆流程。
正流程（回程运动）中，梯形凸轮主动件5在系统动力源直线推杆作用下向上运动，梯形凸轮主动件5逐渐退出凸轮随动轮6，直至推杆向上运动10mm时，此时力差器弹簧11的长度为 =15.5mm，夹紧工位全部完成，此时夹持臂9的夹持力最大，此后，直线推杆还会继续上升，此时梯形凸轮主动件5前端的后部将会与机械手箱体4接触，带动整个机械手上升来达到拔取瓶盖的目的，拔取瓶盖所需的外力来自于直线推杆提供的力，整个上升工位的行程为25mm，执行了夹紧和拔盖动作。
逆流程（推程运动）中，直线推杆行程达到最小，力差器弹簧11的压缩力也最大，当直线推杆的行程增大时，弹簧力会促进直线推杆的运动，从而达到一个工进的目的，实现一个慢上——快下的工作动作，当直线推杆行程增大到使瓶盖塞紧后，直线推杆继续推出带动梯形凸轮主动件5向下运动，梯形面会沿着凸轮随动轮6运动，使夹持臂9张开，直至直线推杆行程最大处，此时力差器弹簧11的长度 =11.5mm，此时机械手处于夹持臂9张开最大的位置。
Claims (2)
1.一种无人艇采样瓶的瓶盖开合器，其特征在于，包括力差器和机械手；所述力差器相对固定于无人艇甲板支架上，所述机械手与力差器连接，能够相对力差器上下滑动；所述机械手包括力选择滑块（3）、机械手箱体（4）、梯形凸轮主动件（5）、凸轮随动轮（6）、总长指定螺丝（10）、夹持臂（9）、机械手弹簧（7）、铰接螺栓（8）；力差器弹簧（11）套接在力选择滑块（3）上，限制其在力差器外体（1）的凹槽内上下滑动；所述机械手箱体（4）与力选择滑块（3）通过螺纹固定连接，所述梯形凸轮主动件（5）安装在机械手箱体（4）上部的凹槽中，通过外部动力源进行直线运动；所述总长指定螺丝（10）固定在机械手箱体（4）上，并贯穿两个夹持臂（9）的上部，所述机械手弹簧（7）串在总长指定螺丝（10）上，位于机械手箱体（4）内侧和两个夹持臂（9）之间，压缩的机械手弹簧（7）为夹持臂（9）的夹紧提供外力，两个夹持臂（9）中部通过铰接螺栓（8）铰接在一起，两个凸轮随动轮（6）分别安装在两个夹持臂（9）的顶端，将梯形凸轮主动件（5）的上下直线运动转换成夹持臂（9）的张开和夹紧。
2.根据权利要求1所述的一种无人艇采样瓶的瓶盖开合器，其特征在于，所述力差器包括力差器外体（1）、力差器弹簧（11）、调节螺钉（2）；所述力差器外体（1）相对固定于无人艇甲板支架上，所述力差器弹簧（11）位于力差器外体（1）的凹槽内，在力选择滑块（3）的作用下收缩或伸长，产生反作用力，所述调节螺钉（2）与力差器外体（1）螺纹连接，通过松紧调节螺钉（2）改变力差器弹簧（11）的初始形变量，从而获得不同的弹簧反作用力。
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