一种水质监测机器人取水装置设计

作者:曹丹丹;王勇;刘利;史颖刚; 刊名:河北渔业 上传者:黄飞飞

【摘要】针对移动水质监测机器人取水深度不够的问题,设计了一种屈伸臂取水装置。采用刚性结构屈伸臂保证取水水位准确性,应用丝杠滑块结构构成伸缩采样机构,通过控制系统控制各模块协调工作实现取水过程。控制系统基于无线遥控原理设计,完成了对取水流程及基础运动控制。

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基金项目:西北农林科技大学教育教学改革研究项目:基于创新创业能力培养的机电专业综合性实践教学环节的改革研究(项目编号:JY1702022 )。 作者简介:曹丹丹(1996-),女,陕西清涧人,本科生,专业:机械电子工程。Email:1302864277 @qq.com。 通讯作者:刘利(1979-),女,山西芮城人,讲师,研究方向:机械电子工程。Email:liuli_ren_79@nwsuaf.edu.cn。 DOI:10.3969/ j.issn.1004-6755.2019.05.014 一种水质监测机器人取水装置设计 曹丹丹,王 勇,刘 利,史颖刚 (西北农林科技大学机械与电子工程学院,陕西 杨凌712100) 摘 要:针对移动水质监测机器人取水深度不够的问题,设计了一种屈伸臂取水装置。采用刚性结构屈伸臂保证取水水位准确性,应用丝杠滑块结构构成伸缩采样机构,通过控制系统控制各模块协调工作实现取水过程。控制系统基于无线遥控原理设计,完成了对取水流程及基础运动控制。 关键词:水质监测;屈伸臂;自动化采样中图分类号:TH122  文献标识码: A   目前,在淡水养殖区域,以及饮用水和观赏性 水源、湖泊中,经常需要检测水质[ 1, 2]。但现有小 型移动监测设备往往只能对几十厘米深的水体进行采样,不能真实反映深层水质情况[ 3]。现有取水设备方面的研究欠缺,而满足取水深度的水下机器人对材料要求较高[ 4]。笔者设计了一种屈伸臂取水装置,此装置主要由伸缩机构与转动机构组成,其控制系统通过控制取水装置内部的伸缩电机与转动电机的运动状态,驱动取水装置完成对较深水体的采样。本装置结构轻巧、控制灵活,兼具经济性与实用性,对提高小型移动水质监测设备水体采样的准确性具有重要意义。 1 系统简介 水质监测机器人总体布局如图1所示,包括无人艇本体[ 5],取水装置及控制系统。机器人采用具有中空底部的双体艇结构,为取水装置工作提供稳定浮力及安装支撑。 图1 水质监测机器人总体布局 水质监测机器人底部结构如图2所示,推进装置由螺旋桨[ 6]及推进电机组成,对称安装在船艉,为机器人运动提供稳定推力。取水装置安装在机器人的中空底部。取水时转动电机带动刚性转动臂转动,当转动臂转到与水面垂直位置时,伸缩电机带动滚珠丝杠副运动,固定在滑块上的采样水管开始向下移动,当水管移动到目标取水点后,机器人上搭载的水泵开始工作,将水抽取上来,经与采样水管连接的软管通向水质检测舱室。 图2 水质监测机器人底部结构 注:1.推进装置;2.塑料管;3.转动臂;4.滑块; 5.丝杠;6.伸缩电机;7.转动电机;8.固定座;9.艇体 2 取水机构机械设计 取水装置结构示意图如图3所示,取水装置主要由圆形底座、支架、转动机构和伸缩机构组成。圆形底座焊接在机器人船舱下表面与水面之间的中空位置处,为整个取水装置提供连接支撑。 —49— 《河北渔业》2019年第5期(总第305期)                   ○渔船与渔机 支架采用中空的铝材,用于连接底座和转动机构。 转动机构类似于手臂机器人的肩关节[ 7],主要包括固定架、转动电机、电机固定座、电机端小齿轮、固定架大齿轮以及转动臂等零件。伸缩机构主要由伸缩电机、丝杠、采样管固定滑块、采样管、转动臂外壳等零件组成[ 8]。机器人行驶时取水装置与水面平行,但不与水面接触,可避免机器人受不明物阻碍,确保机器人的正常行驶,同时减小机器人在航行中的水流阻力。当机器人开始进行取水作业时,取水装置才会进行相应动作。首先,转动机构的转动电机带动电机端小齿轮动作

参考文献

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