本發(fā)明涉及一種機械手，特別是一種小口徑深井救援機械手。

背景技術：

深井掉人事故發(fā)生頻繁,據(jù)有關部門統(tǒng)計全國每年發(fā)生此類事故萬余起,由此造成的生命財產(chǎn)損失無法估量。機井是農(nóng)村重要的灌溉和飲用水源,很多機井安置在地頭路邊,多數(shù)機井沒有掩蓋物,周圍也沒有提示標志,特別是一些廢棄的機井,隱藏較深,難以使人及時發(fā)現(xiàn)并引起注意,由此造成的深井掉人事故較多。目前,雖然有些深井救援類的裝置,但是這些裝置在一些方面存在著的較大缺陷,未能為深井救援帶來便利,沒有得到廣泛的利用。常用的營救方法是施救人員下井施救或者動用挖掘機等大型設備施救。由于井一般較深,施救人員直接下井施救會給施救人員帶來缺氧、卡在井中等諸多威脅,而且井的口徑過小時施救人員根本無法下井;利用挖掘機等大型設備救援,救援時間過長、安全性差,無法保證井下被困人員的生命安全,如果井的深度超過15m,利用挖掘機也無法實施營救.設計一種高效、高成功率的機械手代替消防隊員下井實施救援,能夠在很大程度上減少生命財產(chǎn)損失,減少悲劇的發(fā)生。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種小口徑深井救援機械手，該救援機械手的設計具有體積小、動作靈活、操作方便、性能可靠和制造成本低等特點，能代替人在特種環(huán)境中工作。對保障人身安全、減輕勞動強度、完成特殊任務具有十分重要的意義，必將在深井、礦難等救援工作中發(fā)揮積極作用，產(chǎn)生良好的社會影響和經(jīng)濟效益。

本發(fā)明所采用的技術方案是：

所述機械手由機械部分和控制部分構成。機械部分由機體和機械手構成，機體上安裝有調向機構和拉伸機構，機械臂控制電機以及相應的機械結構?？梢酝瓿蛇h距離懸吊、旋轉調向和機械臂拉伸控制等動作。控制部分由安裝在救援機械手上的攝像頭、旋轉調向電機和機械臂控制電機以及安裝在地面的顯示器和控制器組成，完成深井環(huán)境的探視，并通過地面的顯示器和控制器實時調控救援機械手位置和機械臂的開度，完成救援任務。考慮到救援機械手一般應用在偏遠的地方，同時事故多倉卒發(fā)生。不方便布線通電。因此救援機械手的控制系統(tǒng)采用直流蓄電池供電，電機采用直流電機。

所述救援機械手的機械結構總體由機體機構和機械手臂構成。具體包括調向電機、調向齒輪、上臂固定鉸鏈、上臂拉桿、上臂動鉸鏈、下臂拉桿、手部活動鉸鏈、手部拉桿、機械手動鉸鏈、機械手鉸鏈、機械手、機械手拉桿、機體調向機構、調臂電機、調臂齒輪、機體調臂機構、螺紋、調臂支架、機體調向機構、機體和懸吊栓孔等。

所述救援機械手的中機體機構主要包括機體、機體調向機構、機體調臂機構。機體為圓柱形，其上部有懸吊栓孔，可以聯(lián)接固定繩索，從救援的井面懸吊控制機械手，機體機構外邊固定調向電機帶調向齒輪，機體機構下部直徑稍?。馓渍{向機構其接觸面為螺紋面，調向機構可以在調向電機和調向齒輪驅動下繞機體慢慢旋轉，從而實現(xiàn)機械手在平面方向調節(jié)位置。由于是通過繞機體機構慢慢旋轉，調向最大360°，調向機構旋轉一周，機械手的高度雖有變化但影響不大。調向電機安裝在機體機構上部，通過齒輪傳動驅動調向機構，調向機構為圓筒狀。調臂機構內表面也有螺紋，與調向機構通過螺紋副聯(lián)接。調臂電機通過調臂齒輪帶動調臂機構轉動，使調臂機構在螺紋副作用下在調向機構外上下移動，從而驅動調臂支架上下移動。帶動詞臂拉桿上下移動，實現(xiàn)機械臂調節(jié)，從而完成機械手的展開和閉合動作。調臂支架內臂光滑，不帶螺紋可以在調臂機構驅動下在調向機構外上下運動，另外調臂支架還設有防旋轉的機構，限制其只能在上下方向運動。上臂固定鉸鏈連接在調臂支架上，連接上臂拉桿和上臂動鉸鏈，在上下移運動中，帶動上臂拉桿、下臂拉桿、手部拉桿，驅動機械手動鉸鏈和機械手鉸鏈、機械手拉桿，實現(xiàn)機械手的伸展、閉合和機械臂的相應運動。

所述機械手手部結構由機械臂、機械手和拉桿等組成，其中機械手拉桿和機械手為一整體結構，通過鉸鏈連接在機械臂下端。機械手的運動主要由機械臂拉桿、機械手拉桿和手部拉桿以及鉸鏈完成。機械臂拉桿通過鉸鏈連接在調臂支架上。機械臂通過鉸鏈連接在機體調向機構的下部。當機械臂拉桿拉動上升時，帶動機械手拉桿和手部拉桿，使機械臂向外展開，機械手由水平閉合向垂直張開變化，且其變化主要在垂直方向，這樣方便在狹小地方操作。相反，當機械臂拉桿向下移動時，帶動機械手拉桿和手部拉桿，使機械臂向內收縮，機械手由張開向閉合變化，最后閉合，以便托住救援對象。

所述機械手控制系統(tǒng)主要由攝像頭、照明設備、語音系統(tǒng)以及電機驅動控制系統(tǒng)等幾部分組成?？紤]到救援條件惡劣，遙控距離有限，采用有線控制方式，這樣控制方式簡單可靠。成本低廉：采用單片機為控核心，完成電機驅動、照明設備和語音系統(tǒng)的控制。由平板機、自帶照明的攝像頭及信號傳輸電纜線組成監(jiān)控系統(tǒng)，其中攝像頭選用了手創(chuàng)科技的OV51 16P型動態(tài)集成CMOS攝像頭，該器件信號處理電路板集成了LMl88l視頻分離芯片，集成了模擬轉化為數(shù)字式的電平信號LM393。輸出5條信號線，從左到右：1腳接5 V電源正極，2腳接電源負極，5腳接單片機PA0，7腳接單片機PT2，8腳接單片機胛1（3和5腳要上拉電阻2 K ），因此筆記本電腦和OV51 16P型CMOS攝像頭直接連接即可使用。攝像頭安裝在有利于觀察機械手運動及與被救對象的位置，根據(jù)現(xiàn)場實際情況靈活選擇安裝位置，照明燈安裝在救援裝置最上方。由蓄電池供電。提供環(huán)境照明，為了節(jié)能照明一律選用LED燈。通話器具有雙向對講功能。由風帶、直流電機驅動的小型離心風機組成通風系統(tǒng)，其調向和夾持運動控制系統(tǒng)主要由ST89C52單片機為核心構成，調控電機選用12V低速直流伺服電機，電源選用直流5V和12V。直流5V用來驅動單片機和按鈕，12V用來供給電機和攝像頭、顯示器。顯示器由平板機代替。

本發(fā)明的有益效果是：該救援機械手的設計具有體積小、動作靈活、操作方便、性能可靠和制造成本低等特點，能代替人在特種環(huán)境中工作。對保障人身安全、減輕勞動強度、完成特殊任務具有十分重要的意義，必將在深井、礦難等救援工作中發(fā)揮積極作用，產(chǎn)生良好的社會影響和經(jīng)濟效益。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

圖1是本發(fā)明的救援機械手總體設計示意圖。

圖2是本發(fā)明的救援機械手的機械結構示意圖。

圖3是本發(fā)明的救援機械手手部結構。

圖4是本發(fā)明的機械手運動控制系統(tǒng)原理圖。

圖中：1．調向電機；2．調向齒輪；3．上臀固定鉸鏈(1)；4．上臂拉桿；5．上臂動鉸鏈；6．下臂拉桿；7．手部活動鉸鏈；8．手部拉桿；9．機械手動鉸鏈；lO．機械手鉸鏈；11．機械手；12．機械臂；13、19．機體調向機構；14．調臂電機；15．調臂齒輪；16．機體調臂機構；17．螺紋；18．調臂支架；20．機體；21．懸吊栓孔；22．機械臂固定鉸鏈；23．機械手動鉸鏈；24．機械手拉桿；25．手部活動鉸鏈；26．手部拉桿；27．機械手；28．機械手鉸鏈；29．機械臂動鉸鏈；30．機械臂；31．機械臂鉸。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。

如圖1，機械手由機械部分和控制部分構成。機械部分由機體和機械手構成，機體上安裝有調向機構和拉伸機構，機械臂控制電機以及相應的機械結構?？梢酝瓿蛇h距離懸吊、旋轉調向和機械臂拉伸控制等動作?？刂撇糠钟砂惭b在救援機械手上的攝像頭、旋轉調向電機和機械臂控制電機以及安裝在地面的顯示器和控制器組成，完成深井環(huán)境的探視，并通過地面的顯示器和控制器實時調控救援機械手位置和機械臂的開度．完成救援任務?？紤]到救援機械手一般應用在偏遠的地方，同時事故多倉卒發(fā)生。不方便布線通電。因此救援機械手的控制系統(tǒng)采用直流蓄電池供電，電機采用直流電機。

如圖2，救援機械手的機械結構總體由機體機構和機械手臂構成。具體包括調向電機、調向齒輪、上臂固定鉸鏈、上臂拉桿、上臂動鉸鏈、下臂拉桿、手部活動鉸鏈、手部拉桿、機械手動鉸鏈、機械手鉸鏈、機械手、機械手拉桿、機體調向機構、調臂電機、調臂齒輪、機體調臂機構、螺紋、調臂支架、機體調向機構、機體和懸吊栓孔等。

救援機械手的中機體機構主要包括機體、機體調向機構、機體調臂機構。機體為圓柱形，其上部有懸吊栓孔，可以聯(lián)接固定繩索．從救援的井面懸吊控制機械手，機體機構外邊固定調向電機帶調向齒輪，機體機構下部直徑稍小．外套調向機構其接觸面為螺紋面，調向機構可以在調向電機和調向齒輪驅動下繞機體慢慢旋轉，從而實現(xiàn)機械手在平面方向調節(jié)位置。由于是通過繞機體機構慢慢旋轉，調向最大360°，調向機構旋轉一周，機械手的高度雖有變化但影響不大。調向電機安裝在機體機構上部，通過齒輪傳動驅動調向機構，調向機構為圓筒狀。圖中13和19都是指機體調向機構，與中間的螺紋部分為一整體．其上部19內壁通過螺紋副聯(lián)接在機體下端。外表面有輪齒和調向齒輪相連。其下部13安裝有調臂電機．調向機構中部即13和19之間表面有螺紋，外套調臂機構和調臂支架16。調臂機構內表面也有螺紋，與調向機構通過螺紋副聯(lián)接。調臂電機通過調臂齒輪帶動調臂機構轉動．使調臂機構在螺紋副作用下在調向機構外上下移動，從而驅動調臂支架上下移動。帶動詞臂拉桿上下移動，實現(xiàn)機械臂調節(jié)，從而完成機械手的展開和閉合動作。調臂支架內臂光滑，不帶螺紋可以在調臂機構驅動下在調向機構外上下運動，另外調臂支架還設有防旋轉的機構，限制其只能在上下方向運動。上臂固定鉸鏈連接在調臂支架上，連接上臂拉桿和上臂動鉸鏈，在上下移運動中，帶動上臂拉桿、下臂拉桿、手部拉桿，驅動機械手動鉸鏈和機械手鉸鏈、機械手拉桿，實現(xiàn)機械手的伸展、閉合和機械臂的相應運動。

如圖3，機械手手部結構由機械臂、機械手和拉桿等組成．其中機械手拉桿和機械手為一整體結構，通過鉸鏈連接在機械臂下端。機械手的運動主要由機械臂拉桿、機械手拉桿和手部拉桿以及鉸鏈完成。機械臂拉桿通過鉸鏈連接在調臂支架上。機械臂通過鉸鏈連接在機體調向機構的下部。當機械臂拉桿拉動上升時，帶動機械手拉桿和手部拉桿，使機械臂向外展開，機械手由水平閉合向垂直張開變化，且其變化主要在垂直方向，這樣方便在狹小地方操作。相反，當機械臂拉桿向下移動時，帶動機械手拉桿和手部拉桿．使機械臂向內收縮，機械手由張開向閉合變化，最后閉合，以便托住救援對象。

如圖4，機械手控制系統(tǒng)主要由攝像頭、照明設備、語音系統(tǒng)以及電機驅動控制系統(tǒng)等幾部分組成。考慮到救援條件惡劣，遙控距離有限，采用有線控制方式，這樣控制方式簡單可靠。成本低廉：采用單片機為控核心，完成電機驅動、照明設備和語音系統(tǒng)的控制。由平板機、自帶照明的攝像頭及信號傳輸電纜線組成監(jiān)控系統(tǒng)，其中攝像頭選用了手創(chuàng)科技的OV51 16P型動態(tài)集成CMOS攝像頭，該器件信號處理電路板集成了LMl88l視頻分離芯片，集成了模擬轉化為數(shù)字式的電平信號LM393。輸出5條信號線，從左到右：1腳接5 V電源正極，2腳接電源負極，5腳接單片機PA0，7腳接單片機PT2，8腳接單片機胛1（3和5腳要上拉電阻2 K ），因此筆記本電腦和OV51 16P型CMOS攝像頭直接連接即可使用。攝像頭安裝在有利于觀察機械手運動及與被救對象的位置，根據(jù)現(xiàn)場實際情況靈活選擇安裝位置，照明燈安裝在救援裝置最上方。由蓄電池供電。提供環(huán)境照明，為了節(jié)能照明一律選用LED燈。通話器具有雙向對講功能。由風帶、直流電機驅動的小型離心風機組成通風系統(tǒng)，其調向和夾持運動控制系統(tǒng)主要由ST89C52單片機為核心構成，調控電機選用12V低速直流伺服電機，電源選用直流5V和12V。直流5V用來驅動單片機和按鈕，12V用來供給電機和攝像頭、顯示器。顯示器由平板機代替。