[发明专利]一种车载式水炮三自由度数控支撑机构

说明书

一种车载式水炮三自由度数控支撑机构，包含喷头支撑机构和底座，喷头支撑机构采用全转动副平面五杆两自由度机构设计，包含机架、主动臂、主动杆、连杆、托架，在控制用电动机的驱动控制下，托架可实现两自由度柔性俯仰运动，机架可绕底座实现可控旋转运动，通过托架的柔性可控运动与机架的旋转运动耦合，可使安装在托架上的喷枪实现三自由度柔性可控运动，进而实现高灵活性喷水作业。该种喷水机器人机构相比传统喷水装置不仅灵活性高，而且刚度大，稳定性好，可保证更佳的喷水稳定性和喷水质量，该五杆两自由度喷水机器人机构耦合度低，编程控制容易，特别适用于市政消防、环保等领域，技术优势明显，市场前景广阔。

技术领域

本发明涉及水炮领域，特别是一种车载式水炮三自由度数控支撑机构。

背景技术

水炮一般安装在车体上，是一种以水作为工作介质，通过炮体的喷头喷射水流的消防设备，不仅用于消防领域，是远距离灭火的关键设备，而且也广泛应用于市政环卫领域，是道路洒水、树木病虫害防治、大气降尘等领域的有力工具。水炮的操作方式一般分为手动操纵和自动控制两种，手动操纵型水炮炮体安装在支撑架上，由人直接操作炮体进行喷水作业，虽然该种操作方式操作人员劳动强度大，喷水效果差，但手动操纵型水泡结构简单，维护保养容易，成本低廉，依然是当前市政环卫领域应用最广泛的一种水炮类型；自动控制型水炮是近些年产生的一类新型智能消防水炮，具体包括自动扫描射水高空水炮、电控消防水炮、红外线自动寻的消防水炮等类型，该类自动控制型水炮广泛应用于石油化工企业、储罐区、飞机库、仓库、港口码头、车库等场所，更是消防车理想的车载消防炮。

自动控制型水炮虽然不再需要人工操作，自动化程度高，依赖传感器等电子设备即可实现自动化喷水作业，但是由于自动控制型水炮是一种通过活动关节直接连接自动化钢性水管组，不仅因为在喷水作业过程中管体、活动关节需承受较大的惯性力和水压力，对密封性和加工精度提出了较为严苛的要求，而且由于自动控制型水炮管体即是机械臂，需考虑流体动力学因素，对设计要求更高，因此自动控制型水炮造价高昂，仅作为消防器材得到了有限应用，在市政环卫等领域，如道路洒水、树木病虫害防治等工作依然依赖手动操纵型车载水炮。另外，自动控制型水炮驱动管壁的控制用电动机均安装在关闭关节上，水炮在运动过程中需要承受更大的运动惯量，系统动力学性能较差。

如何基于可控机构等机构学前沿理论提出一种车载式水炮三自由度数控支撑机构，具有机械结构简单、机构耦合度低、控制编程容易等特点，不仅可以实现自动化喷水作业，拥有自动控制型水炮拥有的控制精度和灵活性，而且具有更高的可靠性和刚度，更小的转动惯量，更好的动力学性能，不仅满足石油化工企业、储罐区、飞机库、仓库、港口码头、车库等场所的自动化消防作业要求，而且以更低的加工、制造成本，较好的满足道路洒水、树木病虫害防治等市政环卫领域自动化作业需要，已成为水炮领域一个亟需解决的工程问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种车载式水炮三自由度数控支撑机构，具有机械结构简单、机构耦合度低、控制编程容易等特点，不仅可以实现自动化喷水作业，拥有自动控制型水炮拥有的控制精度和灵活性，而且具有更高的可靠性和刚度，更小的转动惯量，更好的动力学性能，不仅满足石油化工企业、储罐区、飞机库、仓库、港口码头、车库等场所的自动化消防作业要求，而且以更低的加工、制造成本，满足道路洒水、树木病虫害防治等市政环卫领域的自动化作业需要。

本发明通过以下技术方案达到上述目的：

一种车载式水炮三自由度数控支撑机构，包含喷头支撑机构和底座，所述喷头支撑机构为全转动副平面五杆两自由度机构，包含机架、主动臂、主动杆、连杆、托架，所述机架通过第一转动副与底座连接，所述主动臂一端通过第二转动副与机架连接，另一端通过第三转动副与托架连接，所述主动杆一端通过第四转动副与机架连接，另一端通过第五转动副与连杆一端连接，所述连杆另一端通过第六转动副与托架连接，所述托架上安装有喷枪。