CN205139076U - 一种基于智能机器臂的全自动化水质安全检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于智能机器臂的全自动化水质安全检测装置，包括第一机械臂和第二机械臂，第一机械臂和第二机械臂由模块化机械臂和灵巧手组成，第一量液管和第二量液管顶部通过管件分别与第一蠕动泵输出端口和第二蠕动泵输出端口相连接，第一蠕动泵输入端口连接五通管，五通管上分别设有四根管件，四根管件上均设有电磁阀，四根管件分别接入盛有去离子水、高浓度标准液、待测液以及低浓度标准液的四个盛液罐中，第二蠕动泵输入端口通过管件连接盛有反应添加液的反应罐中。相对现有技术，本实用新型操作简单、测量范围宽、灵敏高、测量结果可靠并且能够自动更换传感器内充液。

Description

一种基于智能机器臂的全自动化水质安全检测装置

技术领域

本实用新型涉及智能自动化控制装置技术领域，具体涉及一种基于智能机器臂的全自动化水质安全检测装置。

背景技术

随着我国经济的快速发展，带来了严重的环境污染和生态环境破坏，严重影响可持续发展，环境保护已成为21世纪世界各国共同关注的主题。水是自然环境中各个元素循环的重要媒质，人类生产与生活产生的污染物通常以水溶液形式排放到自然环境中，据环境部门监测，日常活动产生的大量污水，因不达标排放进入河道湖泊，使水体丧失了自净功能，使水体的化学成分和水质发生变化，严重影响到日常的生产用水和人类生活用水。因此，水质检测的必要性越来越受到人们的重视。

而传统水质安全检测装置因为通常需要对水样进行预处理，检测结果又受到水样的浊度和色度的影响较大，存在的诸多不足已慢慢被社会所淘汰。同样市场上的水质安全检测仪又多以单一检测为主，功能较为单一，并且检测精度低、检测周期长、仪器价格比较昂贵。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种操作简单、测量范围宽、灵敏高、测量结果可靠并且能够自动更换传感器内充液的基于智能机器臂的全自动化水质安全检测装置。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种基于智能机器臂的全自动化水质安全检测装置，包括第一机械臂、第二机械臂、反应池、传感器外壳槽、盖子、清洗棒以及传感器架，第一机械臂由模块化机械臂和灵巧手组成，模块化机械臂包括基座、大臂和小臂，基座通过偏转舵机和俯仰舵机连接大臂，大臂通过俯仰舵机连接小臂，小臂通过偏转舵机、俯仰舵机以及转动舵机连接灵巧手，第一机械臂一侧为第二机械臂，第一机械臂与第二机械臂结构相同，第一机械臂另一侧设有用于放置传感器的传感器外壳槽，传感器外壳槽一侧为传感器架，第一机械臂和第二机械臂之间设有反应池，反应池底部通过废液池管道连接废液池，废液池管道上设有隔膜泵，反应池两侧上部位置分别通过量液管管道连接第一量液管和第二量液管，两个量液管管道上均设有隔膜泵，第一量液管和第二量液管顶部通过管件分别与第一蠕动泵输出端口和第二蠕动泵输出端口相连接，第一蠕动泵输入端口连接五通管，五通管上分别设有四根管件，四根管件上均设有电磁阀，四根管件分别接入盛有去离子水、高浓度标准液、待测液以及低浓度标准液的四个盛液罐中，第二蠕动泵输入端口通过管件连接盛有反应添加液的反应罐中。

作为上述技术的进一步改进，所述传感器架上放置有氨气敏传感器、pH传感器、电导率传感器以及搅拌棒。

作为上述技术的进一步改进，所述氨气敏传感器包括外壳，外壳下方设有透气膜，外壳内设有电极管，电极管为空腔结构，电极管下部可拆卸连接电极头，电极管中部设有氨气敏电极膜，氨气敏电极膜内装有参比溶液，参比溶液中设有参比电极和指示电极，指示电极采用玻璃电极，氨气敏电极膜和电极管之间装有电解质溶液，电解质溶液中同样设有参比电极。

作为上述技术的进一步改进，所述反应池底部设有温度传感器和加热棒。

作为上述技术的进一步改进，所述反应池在温度传感器一侧设有压力传感器。

作为上述技术的进一步改进，所述废液池管道上设有夹管阀。

作为上述技术的进一步改进，所述第一量液管和第二量液管在隔膜泵后部位置均设有夹管阀，第一量液管和第二量液管底部均连接有压力传感器。

作为上述技术的进一步改进，所述第二机械臂另一侧为用于盖住反应池的盖子，盖子一侧为清洗棒。

作为上述技术的进一步改进，所述第一机械臂和第二机械臂均通过水平控制器和转动控制器进行控制。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：通过设置第一机械臂和第二机械臂，能够执行灵巧操作，并且能够进行小型化、轻量化、低功耗、高精度以及小范围制动，同时具有时变、强耦合等特点，当某些需要更换内充液的传感器进行内充液更换时，比如氨气敏传感器等，第一机械臂和第二机械臂能够协同作用，第一机械臂将传感器内旧的内充液倒出，并加入新的内充液，同时第二机械臂对传感器进行轻微抖动，防止传感器上产生气泡，从而实现自动更换传感器内充液的目的，达到自动化控制，提高了工作效率，通过电路的硬件设计，对电磁阀的控制、蠕动泵的控制、夹管阀的控制、隔膜泵的控制等开关量的控制，实现对待测液、不同浓度标准液、反应添加液以及清洗液去离子水等不同液路的自动切换、反应液的自动混合和反应废液的及时排出；通过对压力传感器、温度传感器的信号实时精确采集并反馈和加热棒的控制，实现对溶液的精确量取和反应条件的恒温恒压控制；执行模块的精确控制确保了装置水位控制以及电机的启停控制；通过将智能自动化控制领域的无人工厂理念应用于电化学分析领域，实现了一个小型无人化工厂的工艺流程，实现不同液路自动切换和精确量取、溶液自动混合、自动恒温搅拌、自动测量、自动清洗以及自动更换传感器内充液等定位定时的智能操作，并且工作时，检测方法需要的试剂较少，和其他水质安全检测方法相比，具有操作简单、测量范围宽、灵敏高、测量结果可靠等优点，通过利用机器臂的小型化、轻量化、低功耗、高精度以及小范围制动的稳定性和灵活性，将一个小型化工厂的工艺流程智能化，有效的节省了人力资源，并且检测结果精确可靠；在提高了液体抽取精度和抽取效率的基础上，节省了系统的结构资源、硬件资源和软件资源。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为反应池系统的结构示意图。

图3为氨气敏传感器的结构示意图。

图中：1-第一机械臂、2-第二机械臂、3-基座、4-大臂、5-小臂、6-灵巧手、7-俯仰舵机、8-传感器外壳槽、9-传感器架、10-氨气敏传感器、11-外壳、12-透气膜、13-电极管、14-电极头、15-氨气敏电极膜、16-参比电极、17-指示电极、18-pH传感器、19-电导率传感器、20-搅拌棒、21-盖子、22-清洗棒、23-反应池、24-温度传感器、25-加热棒、26-压力传感器、27-废液池、28-夹管阀、29-隔膜泵、30-第一量液管、31-第二量液管、32-第一蠕动泵、33-第二蠕动泵、34-五通管、35-电磁阀、36-盛液罐、37-反应罐。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

一种基于智能机器臂的全自动化水质安全检测装置，第一机械臂1、第二机械臂2、反应池23、传感器外壳槽8、盖子21、清洗棒22以及传感器架9，第一机械臂1与第二机械臂2结构相同，第一机械臂1和第二机械臂2主要用于实现部件抓取和反应液搅拌等操作，第一机械臂1由模块化机械臂和灵巧手6组成，模块化机械臂包括基座3、大臂4和小臂5，基座3通过偏转舵机和俯仰舵机连接大臂4，大臂4通过俯仰舵机7连接小臂5，小臂5通过偏转舵机、俯仰舵机7以及转动舵机连接灵巧手6，第一机械臂1一侧为第二机械臂2，第一机械臂1和第二机械臂2均通过水平控制器和转动控制器进行控制，水平控制器和转动控制器分别控制3个自由度，第一机械臂1另一侧设有用于放置传感器的传感器外壳槽8，传感器外壳槽8用于放置传感器(实现自动更换传感器内充液)，传感器外壳槽8一侧为传感器架9，传感器架9用于放置待用的传感器，传感器架9上放置有氨气敏传感器10、pH传感器18、电导率传感器19以及搅拌棒20，氨气敏传感器10、pH传感器18、电导率传感器19分别用于测量水质氨氮含量、水质中pH，电导率等指标，其中，氨气敏传感器10包括外壳11，外壳11下方设有透气膜12，外壳11内设有电极管13，电极管13为空腔结构，电极管13下部可拆卸连接电极头14，电极管13中部设有氨气敏电极膜15，氨气敏电极膜15内装有参比溶液，参比溶液中设有参比电极16和指示电极17，指示电极17采用玻璃电极，氨气敏电极膜15和电极管13之间装有电解质溶液，本实用新型电解质溶液选用氯化铵溶液，电解质溶液中同样设有参比电极16，第二机械臂2另一侧为用于盖住反应池的盖子21，盖子21一侧为清洗棒22，清洗棒22用于清洗反应池，第一机械臂1和第二机械臂2之间设有反应池23，反应池23底部设有温度传感器24和加热棒25，加热棒25起到加热作用，反应池23在温度传感器24一侧设有压力传感器26，压力传感器26能够测量反应池23底部的液体压力，用于控制反应液的反应条件、反应废液排放，反应池23底部通过废液池管道连接废液池27，废液池管道上设有夹管阀28，废液池管道在夹管阀28后部设有隔膜泵29，反应池23两侧上部位置分别通过量液管管道连接第一量液管30和第二量液管31，两个量液管管道上均设有隔膜泵29，两个量液管在隔膜泵29后部位置均设有夹管阀28，第一量液管30和第二量液管31底部均连接有压力传感器26，第一量液管30和第二量液管31顶部通过管件分别与第一蠕动泵32输出端口和第二蠕动泵33输出端口相连接，其中，第一蠕动泵32输入端口连接五通管34，五通管34上分别设有四根管件，四根管件上均设有电磁阀35，四根管件分别接入盛有去离子水、高浓度标准液、待测液以及低浓度标准液的四个盛液罐36中，第二蠕动泵32输入端口通过管件连接盛有反应添加液的反应罐37中。

本实用新型工作时，初始化状态为盖子21放置于反应池23上方，其他组件暂时处于闲置状态，主控机向隔膜泵29、蠕动泵和电磁阀35等组件发送指令，使其位于打开状态，则装有去离子水的盛液罐36向通过管件经过量液管向反应池23中注入清洗液去离子水，注入一定容积去离子水后，由于反应池23下方设有压力传感器26，则反应池23下方的压力传感器26将反馈信号送达至第一机械臂1和第二机械臂2，控制第二机械臂2执行去盖操作，同时第一机械臂1执行抓取清洗棒22并插入反应池23中，不断擦拭搅拌进行彻底清洗，第一机械臂1和第二机械臂2协调工作，完成去盖操作和清洗反应池的任务，反应池23清洗完成后，主控机控制排液夹管阀28和隔膜泵29打开，从而实现排出反应池23中清洗废液的操作，反应池23清洗工作完成后，主控机控制待测液和反应添加液等溶液通过量液管定量精确抽取到反应池23中，并使反应条件处于一个恒温恒压状态，当反应添加液抽取时，第一机械臂1将根据工作情况选择性抓取传感器，将传感器进行定位并准确放入传感器外壳槽8中，同时对于需要更换内充液的传感器进行内充液更换操作，第一机械臂1在实现传感器放置后，第二机械臂2协助第一机械臂1将传感器进行轻微晃动，确保插入内充液的传感器下方没有气泡依附，当传感器放置完成后，第二机械臂2执行抓取搅拌棒20并充分搅拌混合液，使得反应液能够进行充分反应，当第二机械臂2将反应液搅拌完成后，第一机械臂1抓取传感器插入混合液中，则传感器对反应液进行精确测量，传感器包括氨气敏传感器10、pH传感器18以及电导率传感器19等，能够测量水质氨氮含量、水质中pH，电导率等指标，获取检测数据反馈到主控机中，并进行数据记录，以供分析得出真实结论，当反应液检测完成后，反应池底部的压力传感器控制反应废液排出，并通入去离子水，再一次进行清洗工作，之后，第二机械臂2将盖子21放置于反应池23上进行加盖操作，本实用新型第一机械臂1包括基座3，基座3通过偏转舵机和俯仰舵机连接大臂4，则基座3和大臂4之间类似人体肩部2个关节，能够进行偏转和俯仰动作，大臂4通过俯仰舵机7连接小臂5，大臂4和小臂5之间类似人体肘部1个关节，能够进行俯仰动作，小臂5通过偏转舵机、俯仰舵机和转动舵机连接灵巧手6，小臂5和灵巧手6之间类似人体腕部关节，能够进行偏转、俯仰和360度转动，灵巧手6作为机械臂的捕获机构能够进行抓取目标物操作，第一机械臂1和第二机械臂2结构相同，第一机械臂1和第二机械臂2共通过6个舵机进行控制，实现6个自由度，第一机械臂1和第二机械臂2均通过水平控制器和转动控制器进行控制，水平控制器和转动控制器分别控制第一机械臂1和第二机械臂2的三个自由度，水平控制器和转动控制器通过一些主控机预设的程序对第一机械臂1和第二机械臂2进行自动控制，从而获得目标抓取点的三维信息，规定机械臂的运动最佳轨迹和末端灵巧手抓取任务的位姿轨迹，然后对目标物施以一定的动作，完成任务，控制模式采用单点/定点控制以及消息触发，事件管理的控制模式，这更进一步提高了机械臂在空间运动的灵活性和可控性，使得机械臂的定位精度大大提高，在电化学分析领域，化学反应的复杂性以及危险的不确定性，造成关于电化学反应的测量任务的繁重和复杂，而机械臂能够执行灵巧操作，并且小型化、轻量化、低功耗、高精度以及小范围制动也是机械臂的一大特色，同时机械臂具有时变、强耦合等特点，本实用新型中第一机械臂1主要用于完成对不同功能传感器的选择、需要更换传感器内充液的更换任务以及自动清洗反应池等工作，第二机械臂2主要用于每次水质安全监测完成后，为了防止反应池被杂物、灰尘的污染，要通过第二机械臂2，为反应池23盖上盖子21，当反应池23中的反应液自动混合后，第二机械臂2通过末端的灵巧手6实现搅拌棒20抓取动作，并且搅拌反应液，以加速反应液的充分反应，同时协助第一机械臂1完成传感器内充液更换任务，即当第一机械臂1完成倒掉传感器内旧的内充液，加入新的内充液后，第二机械臂2进行轻微小幅度抖动传感器来确保浸泡在内充液的传感器没有气泡产生，对传感器内充液进行自动更换操作，从而达到机械臂的自动清洗、搅拌、测量、加盖功能的实现目的，由于氨气敏传感器10的电极内充液的更换经过大量测量数据的分析，氨气敏电极外壳下的透气膜12的使用寿命长，对实验数据影响较小；但内充液由于溶液蒸发，扩散等作用，长时间放置后的氨气敏电极测量出的数据会有很大的偏差，并且测量数据也不稳定，故不可靠，因此，每次水质氨氮检测时应更换传感器内充液，机械臂就可以稳定可靠地完成这个任务，节省大量的人力和时间，本实用新型通过电路的硬件设计，对电磁阀35的控制、蠕动泵32的控制、夹管阀28的控制、隔膜泵29的控制等开关量的控制，以此实现对待测液、不同浓度标准液、反应添加液以及清洗液去离子水等不同液路的自动切换、反应液的自动混合和反应废液的及时排出；通过对压力传感器26、温度传感器24的信号实时精确采集并反馈和加热棒25的控制，以此实现对溶液的精确量取和反应条件的恒温恒压控制；执行模块的精确控制确保了装置水位控制以及电机的启停控制；通过将智能自动化控制领域的无人工厂理念应用于电化学分析领域，实现了一个小型无人化工厂的工艺流程，实现不同液路自动切换和精确量取、溶液自动混合、自动恒温搅拌、自动测量、自动清洗以及自动更换传感器内充液等定位定时的智能操作，并且工作时，检测方法需要的试剂较少，和其他水质安全检测方法相比，具有操作简单、测量范围宽、灵敏高、测量结果可靠等优点，通过利用机器臂的小型化、轻量化、低功耗、高精度以及小范围制动的稳定性和灵活性，将一个小型化工厂的工艺流程智能化，有效的节省了人力资源，并且检测结果精确可靠；在提高了液体抽取精度和抽取效率的基础上，节省了系统的结构资源、硬件资源和软件资源。

以上所述仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本实用新型说明书及图示内容作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于智能机器臂的全自动化水质安全检测装置，包括第一机械臂、第二机械臂、反应池、传感器外壳槽、盖子、清洗棒以及传感器架，其特征在于，第一机械臂由模块化机械臂和灵巧手组成，模块化机械臂包括基座、大臂和小臂，基座通过偏转舵机和俯仰舵机连接大臂，大臂通过俯仰舵机连接小臂，小臂通过偏转舵机、俯仰舵机以及转动舵机连接灵巧手，第一机械臂一侧为第二机械臂，第一机械臂与第二机械臂结构相同，第一机械臂另一侧设有用于放置传感器的传感器外壳槽，传感器外壳槽一侧为传感器架，第一机械臂和第二机械臂之间设有反应池，反应池底部通过废液池管道连接废液池，废液池管道上设有隔膜泵，反应池两侧上部位置分别通过量液管管道连接第一量液管和第二量液管，两个量液管管道上均设有隔膜泵，第一量液管和第二量液管顶部通过管件分别与第一蠕动泵输出端口和第二蠕动泵输出端口相连接，第一蠕动泵输入端口连接五通管，五通管上分别设有四根管件，四根管件上均设有电磁阀，四根管件分别接入盛有去离子水、高浓度标准液、待测液以及低浓度标准液的四个盛液罐中，第二蠕动泵输入端口通过管件连接盛有反应添加液的反应罐中。

2.根据权利要求1所述的基于智能机器臂的全自动化水质安全检测装置，其特征在于，所述传感器架上放置有氨气敏传感器、pH传感器、电导率传感器以及搅拌棒。

3.根据权利要求2所述的基于智能机器臂的全自动化水质安全检测装置，其特征在于，所述氨气敏传感器包括外壳，外壳下方设有透气膜，外壳内设有电极管，电极管为空腔结构，电极管下部可拆卸连接电极头，电极管中部设有氨气敏电极膜，氨气敏电极膜内装有参比溶液，参比溶液中设有参比电极和指示电极，指示电极采用玻璃电极，氨气敏电极膜和电极管之间装有电解质溶液，电解质溶液中同样设有参比电极。

4.根据权利要求1所述的基于智能机器臂的全自动化水质安全检测装置，其特征在于，所述反应池底部设有温度传感器和加热棒。

5.根据权利要求4所述的基于智能机器臂的全自动化水质安全检测装置，其特征在于，所述反应池在温度传感器一侧设有压力传感器。

6.根据权利要求1所述的基于智能机器臂的全自动化水质安全检测装置，其特征在于，所述废液池管道上设有夹管阀。

7.根据权利要求1所述的基于智能机器臂的全自动化水质安全检测装置，其特征在于，所述第一量液管和第二量液管在隔膜泵后部位置均设有夹管阀，第一量液管和第二量液管底部均连接有压力传感器。

8.根据权利要求1所述的基于智能机器臂的全自动化水质安全检测装置，其特征在于，所述第二机械臂另一侧为用于盖住反应池的盖子，盖子一侧为清洗棒。

9.根据权利要求1所述的基于智能机器臂的全自动化水质安全检测装置，其特征在于，所述第一机械臂和第二机械臂均通过水平控制器和转动控制器进行控制。