CN106114093B - 一种大面积污水净化机器人用多自由度基座 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大面积污水净化机器人用多自由度基座，包括陆地行走装置、水面行走装置、升降装置和delta并联机构；所述的水面行走装置数量为二，且水面行走装置分别位于陆地行走装置的左右两侧，水面行走装置与陆地行走装置相连接，升降装置位于陆地行走装置正上方，且升降装置下端与陆地行走装置上端相连接，delta并联机构位于升降装置正上方，且delta并联机构下端与升降装置相连接。本发明具有陆地行走、水面行走和方位角度调节的功能，且行走快速便捷、方位角度调节方便灵活，解决了现有的污水净化机器人基座运动灵活性差、适应范围窄和稳定性差的问题。

Description

一种大面积污水净化机器人用多自由度基座

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体的说是一种大面积污水净化机器人用多自由度基座。

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***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，本发明提供了一种大面积污水净化机器人用多自由度基座。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种大面积污水净化机器人用多自由度基座。

本发明所要解决其技术问题所采用以下技术方案来实现。

一种大面积污水净化机器人用多自由度基座，包括陆地行走装置、水面行走装置、升降装置和delta并联机构；所述的水面行走装置数量为二，且水面行走装置分别位于陆地行走装置的左右两侧，水面行走装置与陆地行走装置相连接，升降装置位于陆地行走装置正上方，且升降装置下端与陆地行走装置上端相连接，delta并联机构位于升降装置正上方，且delta并联机构下端与升降装置相连接。

作为本发明的进一步改进，所述的陆地行走装置包括底盘、驱动电机、驱动轴、行走带轮、锁紧扣和行走履带，且驱动电机、锁紧扣和行走履带的数量均为二，驱动轴和行走带轮数量为四；所述的底盘呈矩形结构，底盘左右两侧分别开设有U型槽，底盘前后两端分别开设有安装槽，驱动电机分别固定在底盘前后两侧的安装槽内，且驱动电机采用双轴同步输出电机，驱动轴一端与驱动电机输出轴相连接，驱动轴另一端与行走带轮相连接，且驱动轴与行走带轮之间通过锁紧扣进行固定，行走履带两端分别绕套在行走带轮上，且行走履带外侧均匀设置有半圆形防滑条；通过驱动电机的转动带动行走带轮的旋转，从而带动行走履带的运动，陆地行走装置主要用于本发明的行走、移动和转向，且陆地行走装置通过采用履带式结构更加便于坑洼地势地况的行走，使得本发明的适用性更强。

作为本发明的进一步改进，所述的水面行走装置包括行走板、行走铰链、角度调节机构、行走转盘、行走伸缩杆、固定支架、喷气筒、输气管和气压泵；所述的行走板呈条形板状结构，行走板内侧端通过行走铰链与底盘的U型槽内侧壁相连接，角度调节机构数量为二，且角度调节机构沿行走板的横向中心轴线分别对称布置，角度调节机构下端与行走板相固定，行走转盘位于行走板外侧壁中心位置处，行走伸缩杆一端与行走转盘相连接，行走伸缩杆另一端与固定支架相连接，且行走伸缩杆为空心圆柱壳体结构，固定支架后端设置有固定杆，固定支架前端设置有Ω型架，且Ω型架沿固定杆呈直线等间距布置，喷气筒安装在固定支架的Ω型架内，喷气筒前端为圆锥状结构，喷气筒后端开设有喷气口，输气管一端穿过行走伸缩杆与喷气筒相连接，输气管另一端与气压泵相连接，气压泵固定在底盘上端面的中心位置处；所述的角度调节机构包括调节耳座、第一调节轴、调节拉杆、第二调节轴和调节支架；所述的调节耳座呈U型结构，调节耳座固定在行走板上，调节拉杆下端通过第一调节轴与调节耳座相连接，调节拉杆上端与调节支架之间通过第二调节轴相连接，调节拉杆为电动可伸缩式结构，调节支架呈倒立的Y型结构，调节支架下端固定在底盘上。通过行走转盘可带动喷气筒在XZ垂直面上的旋转运动，从而调节喷气筒的水面行走倾角，便于本发明在不同流速的水面上的行走移动；通过行走伸缩杆可以带动喷气筒在XY水平面上的左右运动，从而控制喷气筒在水面上行走移动时的伸出长度；通过角度调节机构可以控制行走板以行走铰链为旋转轴进行转动，从而带动喷气筒在YZ垂直面上的旋转，进而调节喷气筒吃水的倾角，即本发明的吃水量，便于本发明在不同深度的水域中行走移动；通过气压泵可以控制喷气筒喷出气体的流速，从而调节本发明的行进速度；水面行走装置可进行一平移两转动共三自由度的空间运动，其可在不同流速和不同深度的水域中行走移动，且行走速度和吃水量均可调，调节方便快速。

作为本发明的进一步改进，所述的升降装置包括升降推杆、升降圆台和电动转盘；所述的升降推杆数量为四，升降推杆位于升降圆台下方，且升降推杆上端与升降圆台下端面相连接，电动转盘固定在升降圆台上端面中心位置处。

作为本发明的进一步改进，所述的delta并联机构包括定平台、动平台、电机座、并联电机、第一转轴、第一连杆、转动销、第二连杆、第二转轴、旋转基座和限位弹簧；所述的定平台和动平台均呈圆形状结构，动平台位于定平台正上方，电机座和旋转基座的数量均为三，电机座以定平台的圆心为中心呈正三角形状固定在定平台上端面上，旋转基座以动平台的圆心为中心呈正三角形状布置在动平台下端面上，且电机座安装位置和旋转基座安装位置分别一一对应，并联电机通过电机座进行固定安装，且并联电机采用可调速双轴输出电机，第一转轴一端与并联电机主轴相连接，第一转轴另一端与第一连杆上端相连接，第一连杆下端与第二连杆上端之间采用转动销进行连接，第二连杆下端与第二转轴一端相连接，第二转轴另一端安装在旋转基座上，旋转基座下端设置有旋转轴承，且旋转轴承与动平台上端面相固定，旋转基座上端设置有与第二转轴相配合的双头套筒，第一连杆内侧中部和第二连杆内侧中部均分别设置有第一安装座和第二安装座，限位弹簧位于第一安装座和第二安装座之间，且限位弹簧上端与第一安装座相连接，限位弹簧下端与第二安装座相连接；具体工作时，通过并联电机的转动带动第一转轴的旋转，且第一连杆与第一转轴同轴相连接，从而通过第一连杆的转动带动第二连杆的转动，进而带动动平台的运动，且通过限位弹簧降低了delta并联机构运动时抖动性，增加了delta并联机构运动的平稳性，delta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，delta并联机构在空间内可进行三平移三转动共六个自由度方向的运动，且运动空间小、运动速度快、运动灵活性好，将delta并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delta并联机构提高了本发明的减震性能，本发明在陆地上或者水中行走时，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。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明具有陆地行走、水面行走和方位角度调节的功能，且行走快速便捷、方位角度调节方便灵活，解决了现有的污水净化机器人基座运动灵活性差、适应范围窄和稳定性差的问题。

(2)本发明的陆地行走装置和水面行走装置配合转换使用，且转换方便快捷，可适应于陆地行走和水面行走，达到了两栖行走的效果，且水面行走装置可进行一平移两转动共三自由度的空间运动，其可在不同流速和不同深度的水域中行走移动，且行走速度和吃水量均可调，调节方便快速。

(3)本发明的delta并联机构在空间内可进行三平移三转动共六个自由度方向的运动，且运动空间小、运动速度快、运动灵活性好，将delta并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delta并联机构提高了本发明的减震性能，本发明在陆地上或者水中行走时，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。

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是本发明陆地行走装置、水面行走装置和升降装置配合时的立体结构示意图；

图3是本发明陆地行走装置和水面行走装置配合时的立体结构示意图；

图4是本发明delta并联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，一种大面积污水净化机器人用多自由度基座，包括陆地行走装置1、水面行走装置2、升降装置3和delta并联机构4；所述的水面行走装置2数量为二，且水面行走装置2分别位于陆地行走装置1的左右两侧，水面行走装置2与陆地行走装置1相连接，升降装置3位于陆地行走装置1正上方，且升降装置3下端与陆地行走装置1上端相连接，delta并联机构4位于升降装置3正上方，且delta并联机构4下端与升降装置3相连接。

如图2和图3所示，所述的陆地行走装置1包括底盘11、驱动电机12、驱动轴13、行走带轮14、锁紧扣15和行走履带16，且驱动电机12、锁紧扣15和行走履带16的数量均为二，驱动轴13和行走带轮14数量为四；所述的底盘11呈矩形结构，底盘11前后两端分别开设有安装槽，驱动电机12分别固定在底盘11前后两侧的安装槽内，且驱动电机12采用双轴同步输出电机，驱动轴13一端与驱动电机12输出轴相连接，驱动轴13另一端与行走带轮14相连接，且驱动轴13与行走带轮14之间通过锁紧扣15进行固定，行走履带16两端分别绕套在行走带轮14上，且行走履带16外侧均匀设置有半圆形防滑条；通过驱动电机12的转动带动行走带轮14的旋转，从而带动行走履带16的运动，陆地行走装置1主要用于本发明的行走、移动和转向，且陆地行走装置1通过采用履带式结构更加便于坑洼地势地况的行走，使得本发明的适用性更强。

如图2和图3所示，所述的水面行走装置2包括行走板21、行走铰链22、角度调节机构23、行走转盘24、行走伸缩杆25、固定支架26、喷气筒27、输气管28和气压泵29；所述的行走板21呈条形板状结构，行走板21内侧端通过行走铰链22与底盘11的U型槽内侧壁相连接，角度调节机构23数量为二，且角度调节机构23沿行走板21的横向中心轴线分别对称布置，角度调节机构23下端与行走板21相固定，行走转盘24位于行走板21外侧壁中心位置处，行走伸缩杆25一端与行走转盘24相连接，行走伸缩杆25另一端与固定支架26相连接，且行走伸缩杆25为空心圆柱壳体结构，固定支架26后端设置有固定杆，固定支架26前端设置有Ω型架，且Ω型架沿固定杆呈直线等间距布置，喷气筒27安装在固定支架26的Ω型架内，喷气筒27前端为圆锥状结构，喷气筒27后端开设有喷气口，输气管28一端穿过行走伸缩杆25与喷气筒27相连接，输气管28另一端与气压泵29相连接，气压泵29固定在底盘11上端面的中心位置处；所述的角度调节机构23包括调节耳座231、第一调节轴232、调节拉杆233、第二调节轴234和调节支架235；所述的调节耳座231呈U型结构，调节耳座231固定在行走板21上，调节拉杆233下端通过第一调节轴232与调节耳座231相连接，调节拉杆233上端与调节支架235之间通过第二调节轴234相连接，调节拉杆233为电动可伸缩式结构，调节支架235呈倒立的Y型结构，调节支架235下端固定在底盘11上。通过行走转盘24可带动喷气筒27在XZ垂直面上的旋转运动，从而调节喷气筒27的水面行走倾角，便于本发明在不同流速的水面上的行走移动；通过行走伸缩杆25可以带动喷气筒27在XY水平面上的左右运动，从而控制喷气筒27在水面上行走移动时的伸出长度；通过角度调节机构23可以控制行走板21以行走铰链22为旋转轴进行转动，从而带动喷气筒27在YZ垂直面上的旋转，进而调节喷气筒27吃水的倾角，即本发明的吃水量，便于本发明在不同深度的水域中行走移动；通过气压泵29可以控制喷气筒27喷出气体的流速，从而调节本发明的行进速度；水面行走装置2可进行一平移两转动共三自由度的空间运动，其可在不同流速和不同深度的水域中行走移动，且行走速度和吃水量均可调，调节方便快速。

如图3所示，所述的升降装置3包括升降推杆31、升降圆台32和电动转盘33；所述的升降推杆31数量为四，升降推杆31位于升降圆台32下方，且升降推杆31上端与升降圆台32下端面相连接，电动转盘33固定在升降圆台32上端面中心位置处。

如图1和图4所示，所述的delta并联机构4包括定平台41、动平台42、电机座43、并联电机44、第一转轴45、第一连杆46、转动销47、第二连杆48、第二转轴49、旋转基座410和限位弹簧411；所述的定平台41和动平台42均呈圆形状结构，动平台42位于定平台41正上方，电机座43和旋转基座410的数量均为三，电机座43以定平台41的圆心为中心呈正三角形状固定在定平台41上端面上，旋转基座410以动平台42的圆心为中心呈正三角形状布置在动平台42下端面上，且电机座43安装位置和旋转基座410安装位置分别一一对应，并联电机44通过电机座43进行固定安装，且并联电机44采用可调速双轴输出电机，第一转轴45一端与并联电机44主轴相连接，第一转轴45另一端与第一连杆46上端相连接，第一连杆46下端与第二连杆48上端之间采用转动销47进行连接，第二连杆48下端与第二转轴49一端相连接，第二转轴49另一端安装在旋转基座410上，旋转基座410下端设置有旋转轴承，且旋转轴承与动平台42上端面相固定，旋转基座410上端设置有与第二转轴49相配合的双头套筒，第一连杆46内侧中部和第二连杆48内侧中部均分别设置有第一安装座和第二安装座，限位弹簧411位于第一安装座和第二安装座之间，且限位弹簧411上端与第一安装座相连接，限位弹簧411下端与第二安装座相连接；具体工作时，通过并联电机44的转动带动第一转轴45的旋转，且第一连杆46与第一转轴45同轴相连接，从而通过第一连杆46的转动带动第二连杆48的转动，进而带动动平台42的运动，且通过限位弹簧411降低了delta并联机构4运动时抖动性，增加了delta并联机构4运动的平稳性，delta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，delta并联机构4在空间内可进行三平移三转动共六个自由度方向的运动，且运动空间小、运动速度快、运动灵活性好；将delta并联机构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delta并联机构4提高了本发明的减震性能，本发明在陆地上或者水中行走时，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。

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 (3)

1.一种大面积污水净化机器人用多自由度基座，包括陆地行走装置、水面行走装置、升降装置和delta并联机构；其特征在于：所述的水面行走装置数量为二，且水面行走装置分别位于陆地行走装置的左右两侧，水面行走装置与陆地行走装置相连接，升降装置位于陆地行走装置正上方，且升降装置下端与陆地行走装置上端相连接，delta并联机构位于升降装置正上方，且delta并联机构下端与升降装置相连接；其中：

所述的陆地行走装置包括底盘、驱动电机、驱动轴、行走带轮、锁紧扣和行走履带，且驱动电机、锁紧扣和行走履带的数量均为二，驱动轴和行走带轮数量为四；所述的底盘呈矩形结构，底盘左右两侧分别开设有U型槽，底盘前后两端分别开设有安装槽，驱动电机分别固定在底盘前后两侧的安装槽内，且驱动电机采用双轴同步输出电机，驱动轴一端与驱动电机输出轴相连接，驱动轴另一端与行走带轮相连接，且驱动轴与行走带轮之间通过锁紧扣进行固定，行走履带两端分别绕套在行走带轮上，且行走履带外侧均匀设置有半圆形防滑条；

所述的水面行走装置包括行走板、行走铰链、角度调节机构、行走转盘、行走伸缩杆、固定支架、喷气筒、输气管和气压泵；所述的行走板呈条形板状结构，行走板内侧端通过行走铰链与底盘的U型槽内侧壁相连接，角度调节机构数量为二，且角度调节机构沿行走板的横向中心轴线分别对称布置，角度调节机构下端与行走板相固定，行走转盘位于行走板外侧壁中心位置处，行走伸缩杆一端与行走转盘相连接，行走伸缩杆另一端与固定支架相连接，且行走伸缩杆为空心圆柱壳体结构，固定支架后端设置有固定杆，固定支架前端设置有Ω型架，且Ω型架沿固定杆呈直线等间距布置，喷气筒安装在固定支架的Ω型架内，喷气筒前端为圆锥状结构，喷气筒后端开设有喷气口，输气管一端穿过行走伸缩杆与喷气筒相连接，输气管另一端与气压泵相连接，气压泵固定在底盘上端面的中心位置处；

所述的delta并联机构包括定平台、动平台、电机座、并联电机、第一转轴、第一连杆、转动销、第二连杆、第二转轴、旋转基座和限位弹簧；所述的定平台和动平台均呈圆形状结构，动平台位于定平台正上方，电机座和旋转基座的数量均为三，电机座以定平台的圆心为中心呈正三角形状固定在定平台上端面上，旋转基座以动平台的圆心为中心呈正三角形状布置在动平台下端面上，且电机座安装位置和旋转基座安装位置分别一一对应，并联电机通过电机座进行固定安装，且并联电机采用可调速双轴输出电机，第一转轴一端与并联电机主轴相连接，第一转轴另一端与第一连杆上端相连接，第一连杆下端与第二连杆上端之间采用转动销进行连接，第二连杆下端与第二转轴一端相连接，第二转轴另一端安装在旋转基座上，旋转基座下端设置有旋转轴承，且旋转轴承与动平台上端面相固定，旋转基座上端设置有与第二转轴相配合的双头套筒，第一连杆内侧中部和第二连杆内侧中部均分别设置有第一安装座和第二安装座，限位弹簧位于第一安装座和第二安装座之间，且限位弹簧上端与第一安装座相连接，限位弹簧下端与第二安装座相连接。

2.根据权利要求1所述的一种大面积污水净化机器人用多自由度基座，其特征在于：所述的升降装置包括升降推杆、升降圆台和电动转盘；所述的升降推杆数量为四，升降推杆位于升降圆台下方，且升降推杆上端与升降圆台下端面相连接，电动转盘固定在升降圆台上端面中心位置处。

3.根据权利要求1所述的一种大面积污水净化机器人用多自由度基座，其特征在于：所述的角度调节机构包括调节耳座、第一调节轴、调节拉杆、第二调节轴和调节支架；所述的调节耳座呈U型结构，调节耳座固定在行走板上，调节拉杆下端通过第一调节轴与调节耳座相连接，调节拉杆上端与调节支架之间通过第二调节轴相连接，调节拉杆为电动可伸缩式结构，调节支架呈倒立的Y型结构，调节支架下端固定在底盘上。