一種自動(dòng)拔出紫菜養(yǎng)殖撐桿的機(jī)械裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種自動(dòng)拔出紫菜養(yǎng)殖撐桿的機(jī)械裝置，包括機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及控制器，機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)由步進(jìn)電機(jī)、機(jī)械臂和機(jī)械手組成，機(jī)械臂包括固定壁和轉(zhuǎn)動(dòng)臂；機(jī)械手由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)組成，機(jī)械手包括一機(jī)械手支架、設(shè)置在所述機(jī)械手支架上的兩個(gè)爪、帶動(dòng)所述爪張合的第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及帶動(dòng)所述機(jī)械手支架旋轉(zhuǎn)的第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；控制器包括CPU單元、輸入單元以及輸出單元。本發(fā)明提供的基于力矩原理的紫菜養(yǎng)殖撐桿高效拔出裝置，通過(guò)可編程邏輯控制器實(shí)現(xiàn)紫菜養(yǎng)殖撐桿在所設(shè)計(jì)的機(jī)械裝置下被自動(dòng)拔出的功能，進(jìn)而達(dá)到有效節(jié)省電機(jī)出力、提高自動(dòng)化程度、減少人力浪費(fèi)、提高生產(chǎn)效率等目的。
【專利說(shuō)明】
一種自動(dòng)拔出紫菜養(yǎng)殖撐桿的機(jī)械裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種基于力矩原理的有效拔出紫菜養(yǎng)殖插桿的機(jī)械裝置，具體涉及的是一種為減少拔出紫菜過(guò)程中電機(jī)出力及提高自動(dòng)化程度而設(shè)計(jì)的自動(dòng)拔桿機(jī)械裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]紫菜插桿浮筏式栽培是指網(wǎng)簾吊掛在深插在海區(qū)的毛竹或木桿上，網(wǎng)簾可隨潮水的漲落而升降的紫菜栽培方法。在漲落潮過(guò)程及潮水漲平時(shí)，網(wǎng)簾始終浮在水面上;干潮時(shí)，網(wǎng)簾借助于綁扎在毛竹或木桿上的吊繩而離水干露。該方法與傳統(tǒng)的半浮動(dòng)式栽培方法相比具有擴(kuò)大養(yǎng)殖海區(qū)、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率、養(yǎng)殖設(shè)施經(jīng)久耐用等優(yōu)點(diǎn)。將粗長(zhǎng)的竹桿從泥下3米中拔出是紫菜插桿養(yǎng)殖工序中勞動(dòng)強(qiáng)度最大的部分。傳統(tǒng)的紫菜撐桿拔出方式是通過(guò)柴油機(jī)拉動(dòng)牽引繩，帶動(dòng)撐桿上的活絡(luò)繩扣從而將其拔出。該方式存在電機(jī)出力大，設(shè)備損耗嚴(yán)重，需要人工調(diào)節(jié)，工作效率低等諸多問(wèn)題。故迫切需求開(kāi)發(fā)能有效節(jié)省電機(jī)出力、自動(dòng)化程度更高、生產(chǎn)效率更好的機(jī)械設(shè)備。
[0003]受生活中普遍存在的杠桿結(jié)構(gòu)的思想啟迪，本發(fā)明將力矩原理和可編程自動(dòng)控制器理論應(yīng)用于紫菜養(yǎng)殖撐桿的拔出裝置設(shè)計(jì)，通過(guò)機(jī)械臂及機(jī)械手的順序控制運(yùn)行實(shí)現(xiàn)將紫菜撐桿從泥下3米中自動(dòng)拔出進(jìn)而達(dá)到有效減少電機(jī)出力，增強(qiáng)自動(dòng)化水平、減輕設(shè)備損耗，提高生產(chǎn)效率等目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]要解決的技術(shù)問(wèn)題
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有的紫菜撐桿拔出裝置的電機(jī)出力過(guò)大、需要人工干預(yù)以及生產(chǎn)效率低的缺點(diǎn)，提出了一種節(jié)省電動(dòng)機(jī)出力、拔出過(guò)程全自動(dòng)控制、并提高紫菜插桿養(yǎng)殖的拔桿效率。
[0005]技術(shù)方案:
為解決當(dāng)前的紫菜撐桿拔出裝置設(shè)計(jì)上存在的電機(jī)出力大，設(shè)備損耗嚴(yán)重，自動(dòng)化水平低的問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種自動(dòng)拔出紫菜養(yǎng)殖撐桿的機(jī)械裝置，其特征在于:包括機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及控制器，所述機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)由步進(jìn)電機(jī)、機(jī)械臂和機(jī)械手組成，所述機(jī)械臂包括固定壁和轉(zhuǎn)動(dòng)臂，在所述轉(zhuǎn)動(dòng)臂和步進(jìn)電機(jī)的輸出軸之間連接有第一齒輪齒條機(jī)構(gòu)，所述轉(zhuǎn)動(dòng)臂的一端連接所述第一齒輪齒條機(jī)構(gòu)的齒條且其中部繞一固定支架轉(zhuǎn)動(dòng)，所述機(jī)械臂由運(yùn)動(dòng)元件、導(dǎo)向裝置和手臂組成，所述機(jī)械手由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)組成，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過(guò)伸縮連桿連接在所述的機(jī)械臂末端，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)末端為具備伸縮旋轉(zhuǎn)功能的機(jī)械手，所述機(jī)械手包括一機(jī)械手支架、設(shè)置在所述機(jī)械手支架上的兩個(gè)爪、帶動(dòng)所述爪張合的第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及帶動(dòng)所述機(jī)械手支架旋轉(zhuǎn)的第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu);所述控制器包括CPU單元、輸入單元以及輸出單元，所述輸入單元包括輸入端口，所述輸入端口與所述步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)按鈕、所述機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)元件限位繼電器、所述機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)限位繼電器、所述機(jī)械手的夾緊/松開(kāi)限位繼電器和所述機(jī)械手的壓力繼電器相連，所述輸出端口控制所述第一齒輪齒條機(jī)構(gòu)、第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作。
[0006]所述第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括第一氣缸以及由第一氣缸驅(qū)動(dòng)的第二齒輪齒條機(jī)構(gòu)，所述第一齒輪齒條機(jī)構(gòu)的齒條連接在所述第一氣缸的輸出端上，所述第二齒輪齒條機(jī)構(gòu)的齒輪連接在所述爪上;所述爪的一端開(kāi)始有長(zhǎng)條孔并鉸接在所述機(jī)械手支架上。
[0007]所述第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括第二氣缸以及第三齒輪齒條機(jī)構(gòu)，所述第二氣缸的輸出端與所述第一氣缸的殼體連接。
[0008]所述轉(zhuǎn)動(dòng)臂在支點(diǎn)兩側(cè)的長(zhǎng)度之比為3:1，其中長(zhǎng)度短的一側(cè)與所述機(jī)械手連接。
[0009]在本發(fā)明中，所述的自動(dòng)拔出紫菜養(yǎng)殖撐桿的機(jī)械裝置與機(jī)船合一，機(jī)船為平底泡沫5匹馬力機(jī)動(dòng)船，長(zhǎng)10米，寬2米，船頭居中，開(kāi)有長(zhǎng)1.5米，寬30厘米拔桿槽。所述的步進(jìn)電機(jī)可實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)功能，安裝于距槽頂6米處，所述的機(jī)械臂固定支點(diǎn)安裝于距槽頂I米處。需要指出的是，所用的機(jī)械臂與機(jī)械手都是具有相同結(jié)構(gòu)和尺寸的，進(jìn)而有效保證了機(jī)械零部件的規(guī)范性。
[0010]所述的可編程邏輯控制器采用三菱FX2N系列，具備功能性強(qiáng)，性價(jià)比高的特點(diǎn)，所述的可編程邏輯控制器在結(jié)構(gòu)上為整體式結(jié)構(gòu)，具備結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價(jià)格便宜的特點(diǎn)，能夠保證該場(chǎng)合的生產(chǎn)過(guò)程需求的功能性以及經(jīng)濟(jì)性。
[0011 ]使用時(shí)，通過(guò)可編程邏輯控制器對(duì)機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)的順序控制使紫菜養(yǎng)殖撐桿從泥中自動(dòng)拔出。啟動(dòng)按鈕按下后，所述的可轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械臂對(duì)應(yīng)的機(jī)械手夾緊撐桿，夾緊后對(duì)應(yīng)的壓力繼電器打開(kāi)，所述的機(jī)械手分別完成順時(shí)針、逆時(shí)針各60度旋轉(zhuǎn)，達(dá)到旋轉(zhuǎn)限位并完成兩次旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)后，所述的步進(jìn)電機(jī)開(kāi)始正轉(zhuǎn)，所述的步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)所述的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械臂進(jìn)行逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)所述的機(jī)械手通過(guò)伸縮保證撐桿進(jìn)行垂直運(yùn)動(dòng)，當(dāng)所述的齒條機(jī)構(gòu)達(dá)到上限位后，所述的步進(jìn)電機(jī)停止正轉(zhuǎn)，所述的水平固定機(jī)械臂對(duì)應(yīng)的機(jī)械手夾緊撐桿，夾緊后對(duì)應(yīng)的壓力繼電器打開(kāi)，所述的可轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械臂對(duì)應(yīng)的機(jī)械手松開(kāi)撐桿，撐桿松開(kāi)后，所述的步進(jìn)電機(jī)開(kāi)始反轉(zhuǎn)，所述的步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)所述的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械臂進(jìn)行順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)所述的齒條機(jī)構(gòu)達(dá)到下限位后，所述的步進(jìn)電機(jī)停止反轉(zhuǎn)，所述的可轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械臂對(duì)應(yīng)的機(jī)械手夾緊撐桿，所述的水平固定機(jī)械臂對(duì)應(yīng)的機(jī)械手松開(kāi)撐桿，進(jìn)行循環(huán)工作直到紫菜養(yǎng)殖撐桿被從泥中完全拔出。
[0012]所述的機(jī)械臂、機(jī)械手根據(jù)工作條件、泥沙性質(zhì)、電機(jī)選取等不同，長(zhǎng)度可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，材料可選用不同性質(zhì)的鋼材并進(jìn)行不同的熱處理。
[0013]本發(fā)明提供的自動(dòng)拔出紫菜養(yǎng)殖撐桿的機(jī)械裝置，可以根據(jù)撐桿距船體的距離調(diào)整機(jī)械手在機(jī)械臂上的伸縮長(zhǎng)度，對(duì)撐桿的拔出過(guò)程不會(huì)產(chǎn)生影響，對(duì)所述的撐桿拔出過(guò)程的機(jī)械裝置以及電機(jī)受力情況也不會(huì)產(chǎn)生影響，不管紫菜養(yǎng)殖撐桿在泥中的位置如何，使用該裝置均可將其自動(dòng)、高效地從泥中拔出。
[0014]本發(fā)明提供了一種自動(dòng)拔出紫菜養(yǎng)殖撐桿的機(jī)械裝置。在該裝置使用中，通過(guò)可編程控制器自動(dòng)控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)可轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械臂交替完成上行、下行運(yùn)動(dòng)，兩只機(jī)械手通過(guò)伸縮、旋轉(zhuǎn)、夾緊、松開(kāi)等操作完成相互配合，實(shí)現(xiàn)對(duì)紫菜養(yǎng)殖撐桿的拔取。與傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)直接拉動(dòng)牽引繩帶動(dòng)撐桿的方式相比，該裝置通過(guò)支點(diǎn)將機(jī)械臂作為拔取杠桿，大大減小了拔取撐桿時(shí)的作用力，另外由于機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)可有效降低撐桿在泥沙中的粘滯阻力進(jìn)而減小電動(dòng)機(jī)功消耗，實(shí)現(xiàn)了紫菜養(yǎng)殖撐桿的高效收取。
[0015]有益效果:
本發(fā)明將力矩原理應(yīng)用于紫菜養(yǎng)殖拔桿機(jī)設(shè)計(jì)，構(gòu)建了一種利用力矩原理的自動(dòng)拔出紫菜養(yǎng)殖撐桿的機(jī)械裝置，實(shí)現(xiàn)可編程邏輯控制器控制下的步進(jìn)電機(jī)、機(jī)械臂、機(jī)械手順序動(dòng)作，進(jìn)而達(dá)到提高自動(dòng)化水平、減少人力損耗、提高生產(chǎn)效率等目的。另外，杠桿結(jié)構(gòu)以及可旋轉(zhuǎn)機(jī)械手使得整個(gè)撐桿拔取機(jī)械裝置設(shè)計(jì)合理高效，節(jié)省了電動(dòng)機(jī)出力以及減輕了設(shè)備損耗，實(shí)現(xiàn)了紫菜養(yǎng)殖撐桿的準(zhǔn)確、高效拔取。
[0016]【附圖說(shuō)明】:
圖1紫菜拔桿船體機(jī)械布置示意圖。
[0017]圖2紫菜拔桿船體機(jī)械正視圖。
[0018]圖3機(jī)械手示意圖。
[0019]圖中:1.船體柴油機(jī);2.齒輪齒條機(jī)構(gòu);3.機(jī)械臂;4.固定支點(diǎn)；5.機(jī)械手滑動(dòng)連桿;6.機(jī)械手;7.步進(jìn)電機(jī);8.下桿槽;9.1號(hào)機(jī)械手；10.1號(hào)機(jī)械臂(活動(dòng)臂)；11.2號(hào)機(jī)械手；12.2號(hào)機(jī)械臂(固定臂)；13.抓取時(shí)緩沖彈簧;14.小齒輪;15.齒條;16.齒輪齒條;17.第一氣缸;18.第二氣缸;19.支點(diǎn);20.長(zhǎng)孔；21.爪;22.撐桿；
【具體實(shí)施方式】:
下面結(jié)合附圖進(jìn)行更進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明:
圖1給出了紫菜拔桿船體機(jī)械布置示意圖。船體由柴油機(jī)I驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，直到使紫菜養(yǎng)殖撐桿位于下桿槽8中合適位置，啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)7開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，在機(jī)械手6夾緊紫菜養(yǎng)殖撐桿后，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)齒輪齒條機(jī)構(gòu)2運(yùn)動(dòng)，使得機(jī)械臂3繞固定支點(diǎn)4完成轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過(guò)機(jī)械手滑動(dòng)連桿5伸縮機(jī)械手，使得紫菜養(yǎng)殖撐桿完成上行及下行運(yùn)動(dòng)，并最終將養(yǎng)殖撐桿從泥中拔出。
[0020]圖2給出了紫菜拔桿船體機(jī)械軸測(cè)圖。I號(hào)機(jī)械臂9為可轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械臂，I號(hào)機(jī)械手10為其對(duì)應(yīng)機(jī)械手，可根據(jù)機(jī)械臂的轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)整伸縮長(zhǎng)度，2號(hào)機(jī)械臂10為固定機(jī)械臂，貼近船體表面，其對(duì)應(yīng)的2號(hào)機(jī)械手可根據(jù)撐桿在下桿槽中的位置調(diào)整伸縮長(zhǎng)度。
[0021]圖3給出了機(jī)械手的示意圖。第一氣缸17通過(guò)充氣控制小齒輪14沿齒條15前進(jìn)，帶動(dòng)機(jī)械爪的長(zhǎng)孔20沿支點(diǎn)19運(yùn)動(dòng)，完成夾持功能夾持并通過(guò)彈簧13完成緩沖，使得爪21夾緊撐桿22。需要旋轉(zhuǎn)時(shí)通過(guò)齒輪齒條16主動(dòng)旋轉(zhuǎn)及氣缸18控制鉸接連桿主動(dòng)伸縮完成撐桿繞桿軸心的旋轉(zhuǎn)。
[0022]本發(fā)明機(jī)械裝置的工作原理是:在初始化完成后，當(dāng)自動(dòng)控制系統(tǒng)檢測(cè)到啟動(dòng)信號(hào)后，控制機(jī)械手I夾緊撐桿，當(dāng)機(jī)械手I壓力感受器感受夾緊，機(jī)械手2壓力感受器感受松開(kāi)后，機(jī)械手I旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)器加I，當(dāng)旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)滿時(shí)，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，帶動(dòng)機(jī)械臂上升，當(dāng)齒條達(dá)到上限位，機(jī)械手2夾緊撐桿，當(dāng)機(jī)械手2壓力感受器感受夾緊后，機(jī)械手I松開(kāi)，當(dāng)機(jī)械手I壓力感受器感受松開(kāi)后，步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)機(jī)械臂下降，當(dāng)齒條達(dá)到下限位，重復(fù)循環(huán)之前步驟直到完成所需的工作行程。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種自動(dòng)拔出紫菜養(yǎng)殖撐桿的機(jī)械裝置，其特征在于:包括機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及控制器，所述機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)由步進(jìn)電機(jī)、機(jī)械臂和機(jī)械手組成，所述機(jī)械臂包括固定壁和轉(zhuǎn)動(dòng)臂，在所述轉(zhuǎn)動(dòng)臂和步進(jìn)電機(jī)的輸出軸之間連接有第一齒輪齒條機(jī)構(gòu)，所述轉(zhuǎn)動(dòng)臂的一端連接所述第一齒輪齒條機(jī)構(gòu)的齒條且其中部繞一固定支架轉(zhuǎn)動(dòng)，所述機(jī)械臂由運(yùn)動(dòng)元件、導(dǎo)向裝置和手臂組成，所述機(jī)械手由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)組成，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過(guò)伸縮連桿連接在所述的機(jī)械臂末端，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)末端為具備伸縮旋轉(zhuǎn)功能的機(jī)械手，所述機(jī)械手包括一機(jī)械手支架、設(shè)置在所述機(jī)械手支架上的兩個(gè)爪、帶動(dòng)所述爪張合的第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及帶動(dòng)所述機(jī)械手支架旋轉(zhuǎn)的第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu);所述控制器包括CPU單元、輸入單元以及輸出單元，所述輸入單元包括輸入端口，所述輸入端口與所述步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)按鈕、所述機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)元件限位繼電器、所述機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)限位繼電器、所述機(jī)械手的夾緊/松開(kāi)限位繼電器和所述機(jī)械手的壓力繼電器相連，所述輸出端口控制所述第一齒輪齒條機(jī)構(gòu)、第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)拔出紫菜養(yǎng)殖撐桿的機(jī)械裝置，其特征在于:所述第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括第一氣缸以及由第一氣缸驅(qū)動(dòng)的第二齒輪齒條機(jī)構(gòu)，所述第一齒輪齒條機(jī)構(gòu)的齒條連接在所述第一氣缸的輸出端上，所述第二齒輪齒條機(jī)構(gòu)的齒輪連接在所述爪上;所述爪的一端開(kāi)始有長(zhǎng)條孔并鉸接在所述機(jī)械手支架上。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)拔出紫菜養(yǎng)殖撐桿的機(jī)械裝置，其特征在于:所述第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括第二氣缸以及第三齒輪齒條機(jī)構(gòu)，所述第二氣缸的輸出端與所述第一氣缸的殼體連接。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)拔出紫菜養(yǎng)殖撐桿的機(jī)械裝置，其特征在于:所述轉(zhuǎn)動(dòng)臂在支點(diǎn)兩側(cè)的長(zhǎng)度之比為3:1，其中長(zhǎng)度短的一側(cè)與所述機(jī)械手連接。
【文檔編號(hào)】A01G33/02GK105993910SQ201610394845
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年6月6日
【發(fā)明人】李 浩, 張程賓
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)