一种小口径深井救援机械手的制作方法

本发明涉及一种机械手，特别是一种小口径深井救援机械手。

背景技术：

深井掉人事故发生频繁,据有关部门统计全国每年发生此类事故万余起,由此造成的生命财产损失无法估量。机井是农村重要的灌溉和饮用水源,很多机井安置在地头路边,多数机井没有掩盖物,周围也没有提示标志,特别是一些废弃的机井,隐藏较深,难以使人及时发现并引起注意,由此造成的深井掉人事故较多。目前,虽然有些深井救援类的装置,但是这些装置在一些方面存在着的较大缺陷,未能为深井救援带来便利,没有得到广泛的利用。常用的营救方法是施救人员下井施救或者动用挖掘机等大型设备施救。由于井一般较深,施救人员直接下井施救会给施救人员带来缺氧、卡在井中等诸多威胁,而且井的口径过小时施救人员根本无法下井;利用挖掘机等大型设备救援,救援时间过长、安全性差,无法保证井下被困人员的生命安全,如果井的深度超过15m,利用挖掘机也无法实施营救.设计一种高效、高成功率的机械手代替消防队员下井实施救援,能够在很大程度上减少生命财产损失,减少悲剧的发生。

技术实现要素：

本发明提出一种小口径深井救援机械手，该救援机械手的设计具有体积小、动作灵活、操作方便、性能可靠和制造成本低等特点，能代替人在特种环境中工作。对保障人身安全、减轻劳动强度、完成特殊任务具有十分重要的意义，必将在深井、矿难等救援工作中发挥积极作用，产生良好的社会影响和经济效益。

本发明所采用的技术方案是：

所述机械手由机械部分和控制部分构成。机械部分由机体和机械手构成，机体上安装有调向机构和拉伸机构，机械臂控制电机以及相应的机械结构。可以完成远距离悬吊、旋转调向和机械臂拉伸控制等动作。控制部分由安装在救援机械手上的摄像头、旋转调向电机和机械臂控制电机以及安装在地面的显示器和控制器组成，完成深井环境的探视，并通过地面的显示器和控制器实时调控救援机械手位置和机械臂的开度，完成救援任务。考虑到救援机械手一般应用在偏远的地方，同时事故多仓卒发生。不方便布线通电。因此救援机械手的控制系统采用直流蓄电池供电，电机采用直流电机。

所述救援机械手的机械结构总体由机体机构和机械手臂构成。具体包括调向电机、调向齿轮、上臂固定铰链、上臂拉杆、上臂动铰链、下臂拉杆、手部活动铰链、手部拉杆、机械手动铰链、机械手铰链、机械手、机械手拉杆、机体调向机构、调臂电机、调臂齿轮、机体调臂机构、螺纹、调臂支架、机体调向机构、机体和悬吊栓孔等。

所述救援机械手的中机体机构主要包括机体、机体调向机构、机体调臂机构。机体为圆柱形，其上部有悬吊栓孔，可以联接固定绳索，从救援的井面悬吊控制机械手，机体机构外边固定调向电机带调向齿轮，机体机构下部直径稍小．外套调向机构其接触面为螺纹面，调向机构可以在调向电机和调向齿轮驱动下绕机体慢慢旋转，从而实现机械手在平面方向调节位置。由于是通过绕机体机构慢慢旋转，调向最大360°，调向机构旋转一周，机械手的高度虽有变化但影响不大。调向电机安装在机体机构上部，通过齿轮传动驱动调向机构，调向机构为圆筒状。调臂机构内表面也有螺纹，与调向机构通过螺纹副联接。调臂电机通过调臂齿轮带动调臂机构转动，使调臂机构在螺纹副作用下在调向机构外上下移动，从而驱动调臂支架上下移动。带动词臂拉杆上下移动，实现机械臂调节，从而完成机械手的展开和闭合动作。调臂支架内臂光滑，不带螺纹可以在调臂机构驱动下在调向机构外上下运动，另外调臂支架还设有防旋转的机构，限制其只能在上下方向运动。上臂固定铰链连接在调臂支架上，连接上臂拉杆和上臂动铰链，在上下移运动中，带动上臂拉杆、下臂拉杆、手部拉杆，驱动机械手动铰链和机械手铰链、机械手拉杆，实现机械手的伸展、闭合和机械臂的相应运动。

所述机械手手部结构由机械臂、机械手和拉杆等组成，其中机械手拉杆和机械手为一整体结构，通过铰链连接在机械臂下端。机械手的运动主要由机械臂拉杆、机械手拉杆和手部拉杆以及铰链完成。机械臂拉杆通过铰链连接在调臂支架上。机械臂通过铰链连接在机体调向机构的下部。当机械臂拉杆拉动上升时，带动机械手拉杆和手部拉杆，使机械臂向外展开，机械手由水平闭合向垂直张开变化，且其变化主要在垂直方向，这样方便在狭小地方操作。相反，当机械臂拉杆向下移动时，带动机械手拉杆和手部拉杆，使机械臂向内收缩，机械手由张开向闭合变化，最后闭合，以便托住救援对象。

所述机械手控制系统主要由摄像头、照明设备、语音系统以及电机驱动控制系统等几部分组成。考虑到救援条件恶劣，遥控距离有限，采用有线控制方式，这样控制方式简单可靠。成本低廉：采用单片机为控核心，完成电机驱动、照明设备和语音系统的控制。由平板机、自带照明的摄像头及信号传输电缆线组成监控系统，其中摄像头选用了手创科技的OV51 16P型动态集成CMOS摄像头，该器件信号处理电路板集成了LMl88l视频分离芯片，集成了模拟转化为数字式的电平信号LM393。输出5条信号线，从左到右：1脚接5 V电源正极，2脚接电源负极，5脚接单片机PA0，7脚接单片机PT2，8脚接单片机胛1（3和5脚要上拉电阻2 K ），因此笔记本电脑和OV51 16P型CMOS摄像头直接连接即可使用。摄像头安装在有利于观察机械手运动及与被救对象的位置，根据现场实际情况灵活选择安装位置，照明灯安装在救援装置最上方。由蓄电池供电。提供环境照明，为了节能照明一律选用LED灯。通话器具有双向对讲功能。由风带、直流电机驱动的小型离心风机组成通风系统，其调向和夹持运动控制系统主要由ST89C52单片机为核心构成，调控电机选用12V低速直流伺服电机，电源选用直流5V和12V。直流5V用来驱动单片机和按钮，12V用来供给电机和摄像头、显示器。显示器由平板机代替。

本发明的有益效果是：该救援机械手的设计具有体积小、动作灵活、操作方便、性能可靠和制造成本低等特点，能代替人在特种环境中工作。对保障人身安全、减轻劳动强度、完成特殊任务具有十分重要的意义，必将在深井、矿难等救援工作中发挥积极作用，产生良好的社会影响和经济效益。

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是本发明的救援机械手总体设计示意图。

图2是本发明的救援机械手的机械结构示意图。

图3是本发明的救援机械手手部结构。

图4是本发明的机械手运动控制系统原理图。

图中：1．调向电机；2．调向齿轮；3．上臀固定铰链(1)；4．上臂拉杆；5．上臂动铰链；6．下臂拉杆；7．手部活动铰链；8．手部拉杆；9．机械手动铰链；lO．机械手铰链；11．机械手；12．机械臂；13、19．机体调向机构；14．调臂电机；15．调臂齿轮；16．机体调臂机构；17．螺纹；18．调臂支架；20．机体；21．悬吊栓孔；22．机械臂固定铰链；23．机械手动铰链；24．机械手拉杆；25．手部活动铰链；26．手部拉杆；27．机械手；28．机械手铰链；29．机械臂动铰链；30．机械臂；31．机械臂铰。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1，机械手由机械部分和控制部分构成。机械部分由机体和机械手构成，机体上安装有调向机构和拉伸机构，机械臂控制电机以及相应的机械结构。可以完成远距离悬吊、旋转调向和机械臂拉伸控制等动作。控制部分由安装在救援机械手上的摄像头、旋转调向电机和机械臂控制电机以及安装在地面的显示器和控制器组成，完成深井环境的探视，并通过地面的显示器和控制器实时调控救援机械手位置和机械臂的开度．完成救援任务。考虑到救援机械手一般应用在偏远的地方，同时事故多仓卒发生。不方便布线通电。因此救援机械手的控制系统采用直流蓄电池供电，电机采用直流电机。

如图2，救援机械手的机械结构总体由机体机构和机械手臂构成。具体包括调向电机、调向齿轮、上臂固定铰链、上臂拉杆、上臂动铰链、下臂拉杆、手部活动铰链、手部拉杆、机械手动铰链、机械手铰链、机械手、机械手拉杆、机体调向机构、调臂电机、调臂齿轮、机体调臂机构、螺纹、调臂支架、机体调向机构、机体和悬吊栓孔等。

救援机械手的中机体机构主要包括机体、机体调向机构、机体调臂机构。机体为圆柱形，其上部有悬吊栓孔，可以联接固定绳索．从救援的井面悬吊控制机械手，机体机构外边固定调向电机带调向齿轮，机体机构下部直径稍小．外套调向机构其接触面为螺纹面，调向机构可以在调向电机和调向齿轮驱动下绕机体慢慢旋转，从而实现机械手在平面方向调节位置。由于是通过绕机体机构慢慢旋转，调向最大360°，调向机构旋转一周，机械手的高度虽有变化但影响不大。调向电机安装在机体机构上部，通过齿轮传动驱动调向机构，调向机构为圆筒状。图中13和19都是指机体调向机构，与中间的螺纹部分为一整体．其上部19内壁通过螺纹副联接在机体下端。外表面有轮齿和调向齿轮相连。其下部13安装有调臂电机．调向机构中部即13和19之间表面有螺纹，外套调臂机构和调臂支架16。调臂机构内表面也有螺纹，与调向机构通过螺纹副联接。调臂电机通过调臂齿轮带动调臂机构转动．使调臂机构在螺纹副作用下在调向机构外上下移动，从而驱动调臂支架上下移动。带动词臂拉杆上下移动，实现机械臂调节，从而完成机械手的展开和闭合动作。调臂支架内臂光滑，不带螺纹可以在调臂机构驱动下在调向机构外上下运动，另外调臂支架还设有防旋转的机构，限制其只能在上下方向运动。上臂固定铰链连接在调臂支架上，连接上臂拉杆和上臂动铰链，在上下移运动中，带动上臂拉杆、下臂拉杆、手部拉杆，驱动机械手动铰链和机械手铰链、机械手拉杆，实现机械手的伸展、闭合和机械臂的相应运动。

如图3，机械手手部结构由机械臂、机械手和拉杆等组成．其中机械手拉杆和机械手为一整体结构，通过铰链连接在机械臂下端。机械手的运动主要由机械臂拉杆、机械手拉杆和手部拉杆以及铰链完成。机械臂拉杆通过铰链连接在调臂支架上。机械臂通过铰链连接在机体调向机构的下部。当机械臂拉杆拉动上升时，带动机械手拉杆和手部拉杆，使机械臂向外展开，机械手由水平闭合向垂直张开变化，且其变化主要在垂直方向，这样方便在狭小地方操作。相反，当机械臂拉杆向下移动时，带动机械手拉杆和手部拉杆．使机械臂向内收缩，机械手由张开向闭合变化，最后闭合，以便托住救援对象。

如图4，机械手控制系统主要由摄像头、照明设备、语音系统以及电机驱动控制系统等几部分组成。考虑到救援条件恶劣，遥控距离有限，采用有线控制方式，这样控制方式简单可靠。成本低廉：采用单片机为控核心，完成电机驱动、照明设备和语音系统的控制。由平板机、自带照明的摄像头及信号传输电缆线组成监控系统，其中摄像头选用了手创科技的OV51 16P型动态集成CMOS摄像头，该器件信号处理电路板集成了LMl88l视频分离芯片，集成了模拟转化为数字式的电平信号LM393。输出5条信号线，从左到右：1脚接5 V电源正极，2脚接电源负极，5脚接单片机PA0，7脚接单片机PT2，8脚接单片机胛1（3和5脚要上拉电阻2 K ），因此笔记本电脑和OV51 16P型CMOS摄像头直接连接即可使用。摄像头安装在有利于观察机械手运动及与被救对象的位置，根据现场实际情况灵活选择安装位置，照明灯安装在救援装置最上方。由蓄电池供电。提供环境照明，为了节能照明一律选用LED灯。通话器具有双向对讲功能。由风带、直流电机驱动的小型离心风机组成通风系统，其调向和夹持运动控制系统主要由ST89C52单片机为核心构成，调控电机选用12V低速直流伺服电机，电源选用直流5V和12V。直流5V用来驱动单片机和按钮，12V用来供给电机和摄像头、显示器。显示器由平板机代替。