CN102490171A - 处理危险品及弹药用的机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种处理危险品及弹药用的机器人，其结构是在车架上装有回转平台和履带式行走机构，机械臂安装在回转平台上，在机械臂的前端接有机械手；在回转平台的下部装有回转油缸；机械臂包括大臂、小臂、伸缩臂、大臂油缸、小臂油缸和伸缩控制电机；机械手包括抬腕机构、转腕机构和抓放机构。本发明机器人的抓取力矩大，精度高，平稳性好，且作业范围广，控制方便灵活，可在限定距离内遥控处理危险品和弹药等。本发明机器人操作控制方便，运行稳定可靠，性价比高。

Description

处理危险品及弹药用的机器人

技术领域

本发明涉及一种机器人，具体地说是一种处理危险品及弹药用的机器人。

背景技术

危险品或弹药的处理工作是一项十分棘手也很危险的工作，目前大多采用人工处理的方式进行操作，不仅***危险性高，而且作业效率低。针对危险弹药处理的特点和需要，将机器人技术应用于危险的弹药处理工作就显得十分必要。当前国内外同类机器人的整机结构复杂，体积较大，抓取重量偏小，作业幅度和范围也受到一定的局限，而且高性能的机器人的造价都比较昂贵，并存在有拆装维修困难等缺陷。

发明内容

本发明的目的就是提供一种处理危险品及弹药用的机器人，以解决现有高性能机器人结构复杂、抓取重量小以及作业幅度和范围受限的问题。

本发明是这样实现的：一种处理危险品及弹药用的机器人，在车架上装有回转平台和履带式行走机构，机械臂安装在所述回转平台上，在所述机械臂的前端接有机械手；在所述回转平台的下部装有控制回转平台转动的回转油缸；所述机械臂包括大臂、小臂、伸缩臂、大臂油缸、小臂油缸和伸缩控制电机；所述大臂和大臂油缸分别铰接在所述回转平台上，所述大臂的另一端与所述大臂油缸的活塞杆通过铰链共接在所述小臂上；所述小臂油缸铰接在所述大臂上，所述小臂油缸的活塞杆铰接在所述小臂上；所述伸缩臂穿接在所述小臂中，安装在所述小臂上的伸缩控制电机控制所述伸缩臂的伸缩。

本发明机器人是以回转油缸与回转平台相接构成机器人的腰部关节，以大臂与回转平台之间的铰链连接构成肩关节，并以大臂油缸驱动，实现大臂的俯仰运动；小臂与大臂之间是通过铰链连接构成肘关节，并采用铰接在大臂上的小臂油缸驱动小臂，实现小臂的俯仰运动；利用伸缩控制电机，经减速机构和丝杠螺母副，实现伸缩臂的伸缩运动。

所述机械手包括抬腕机构、转腕机构和抓放机构； 

所述抬腕机构是在所述伸缩臂上铰接有伸缩式拉杆，所述伸缩式拉杆的后端接拉杆驱动机构，所述伸缩式拉杆的前端通过铰接的第一连杆接腕部基座，所述腕部基座铰接在所述伸缩臂的前端；

所述转腕机构是在所述腕部基座上固定有转腕控制电机，在所述转腕控制电机的转轴上接有主动齿轮，所述主动齿轮与所述连轴齿轮相啮合，所述连轴齿轮的后套管通过轴承安装在所述腕部基座的套管内； 

所述抓放机构是在所述连轴齿轮的后套管中穿接并固定有抓放控制电机，所述抓放控制电机的转轴通过联轴器与丝杠对接，在所述丝杠上旋接有螺母；在所述连轴齿轮的前端面固定有连接盘，在所述连接盘上铰接有两个位置相对的手指机构，在每个所述手指机构与所述螺母之间分别铰接有拉动手指机构开合的第二连杆。

本发明机器人中的机械手是以伸缩臂作为机械手的架式延伸臂，以使机械手能够深入到较远的工作区域。所述抬腕机构中的拉杆驱动机构用于控制伸缩式拉杆的伸长和回缩量，并通过与伸缩式拉杆联动的第一连杆拉动腕部基座进行一定角度内的俯仰运动，由此实现机械手的抬腕动作。所述转腕机构中的转腕控制电机驱动主动齿轮带动连轴齿轮在腕部基座上回转，并带动安装手指机构的连接盘一道转动，由此实现机械手的转腕动作。所述抓放机构中的抓放控制电机驱动丝杠旋转，通过螺母在丝杠上的前后位置变换，带动连接盘上的手指机构实现机械手的手指开合动作。

所述手指机构是在指杆后端的折臂上分别铰接有并行的第一支撑连接杆和第二支撑连接杆，所述第一支撑连接杆和第二支撑连接杆的后端分别铰接在所述连接盘上，所述第二连杆与所述第一支撑连接杆相铰接。

本发明机器人中的机械手通过对机械手手腕关节部分的俯仰运动和旋转运动的分别控制，可以使机械手灵活地实现类似于人类手腕的俯仰和旋转运动，并可使机械手的手指机构中的指杆精确地处于所要求的各种空间位置和工作姿态，可在较大的空间范围内实现比较复杂的抓取动作，作业幅度宽，范围大。抓放机构通过精密丝杠螺母副的配合控制，使得机械手的手指机构的握紧力大，抓取动作平稳、准确，抓取重量大，且持续性好。

所述履带式行走机构包括主驱动轮、从驱动轮、行走履带、承重轮和行走驱动电机，所述主驱动轮、从驱动轮和承重轮上的轮轴分别通过轴承安装在所述车架上。

在所述履带式行走机构中还设置有履带张紧机构和减震机构；所述减震机构是在所述车架上铰接有V形摇杆，所述V形摇杆的一个摇臂通过减震弹簧与所述车架相接，所述V形摇杆的另一个摇臂与所述承重轮的轴套相接。

在所述小臂上安装有摄像头，在上述机器人的车体上安装有两自由度云台。

本发明机器人的履带式行走机构的设置，不仅可使机器人能够在平地高速行走，而且还可以使机器人能够爬越路面，跨越障碍壕沟，具有可远距离遥控操作的能力，因而特别适于处理危险品和弹药等高危工作。本发明机器人通过回转油缸带动回转平台的回转运动，使得操作控制简单，并且输出力矩大；通过液压***以及电控***控制大小臂的俯仰运动、伸缩臂的伸缩运动以及腕部基座的俯仰和旋转运动，使得机械手能够达到所要求的工作位置并处于所要求的各种抓取姿态；通过数字信号处理器DSP控制抓放控制电机，使得机器人的机械手抓取物体平稳、有力。

本发明机器人的抓取力矩大，精度高，平稳性好，且作业范围广，控制方便灵活，可在限定距离内遥控处理危险品和弹药。本发明机器人的重量适中，可以满足复杂的运输条件；其爬坡越障能力强，可适合各种复杂工况；其作业幅度广，抓取力矩大，工作平稳性好，可完成条件苛刻的处理任务。本发明机器人可实现遥控操作，安全高效，与同类机器人相比成本较低。

本发明具有以下优点：

（1）采用电池、电机驱动，通过蜗轮蜗杆减速机构驱动主驱动轮运转，传动链较短，传动***结构简单，维修方便；

（2）在履带行走机构的承重轮上采用弹簧减震，提高了机器人在行走时的平稳性和越障能力；

（3）采用液压驱动腰部关节的回转，驱动肩关节、肘关节和腕部基座的俯仰，操作控制简单，成本降低，输出力矩提高，作业范围拓宽；

（4）腕部基座的旋转、手指机构的张开和握紧，均采用直流伺服电机驱动，可使机械手定位快捷、夹持力平稳持久，提高了机器人的作业精度；

（5）采用DSP及优化算法对液压***和各伺服电机进行控制，控制***稳定，控制精度较高，可以较好地满足危险品和弹药处理的各种苛刻条件的要求； 

（6）使用一部两自由度的云台和一部高分辨率的摄像机，通过图像处理***构成了本发明机器人的视觉***，便于对机器人的远距离遥控操作；

（7）采用多传感器信息融合技术及人机交互方式，实现了机器人的安全行走、挖掘、夹持、搬运危险品弹药等遥控操作任务。

本发明机器人满足了产品的通用性、可靠性、经济性及标准化的要求，操作控制方便，运行稳定可靠，性价比高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明机器人的机械手部分的结构示意图。

图3是图2中机械手的局部放大图。

图中：1、伸缩臂，2、转腕控制电机，3、抓放控制电机，5、腕部基座，7、轴承，8、连轴齿轮，9、第一连杆，10、第二连杆，11、螺母，12、主动齿轮，13、连接盘，14、丝杠，15、指杆，16、第一支撑连接杆，17、第二支撑连接杆，18、伸缩式拉杆，19、拉杆驱动机构，21、伸缩控制电机，22、小臂，23、大臂，24、行走驱动电机，25、主驱动轮，26、行走履带，27、锂动力电池组，28、车架，29、减震弹簧，30、V形摇杆，31、承重轮，32、履带张紧机构，33、回转油缸，34、回转平台，35、从驱动轮，36、大臂油缸，37、小臂油缸。

具体实施方式

如图1所示，本发明机器人包括有车体、机械臂和机械手三个主要部分。

其中，车体中设有车架28，在车架28上装有回转平台34，在回转平台34的下部装有控制回转平台转动的回转油缸33。在车架28上还装有履带式行走机构。履带式行走机构包括主驱动轮25、从驱动轮35、行走履带26、承重轮31和行走驱动电机24等，主驱动轮25、从驱动轮35和承重轮31上的轮轴分别通过轴承安装在车架28上。行走驱动电机24由锂动力电池组27供电，通过涡轮蜗杆减速装置带动主驱动轮25转动，从而通过行走履带26带动机器人行驶。

在履带式行走机构中还设置有履带张紧机构32和减震机构。履带张紧机构32通过调整主驱动轮25与从驱动轮35之间的距离，实现履带张紧。减震机构是在车架28上铰接有V形摇杆30，V形摇杆30的一个摇臂接减震弹簧29，另一个摇臂与承重轮31轮轴上的轴套相接。减震弹簧29连接在车架28上，并具有一定的初始拉力，以使机器人在通过不平整路面时衰减车体的绝大部分振动，保证平稳行驶。

机械臂安装在车体上的回转平台34上。如图1所示，机械臂包括大臂23、小臂22、伸缩臂1、大臂油缸36、小臂油缸37和伸缩控制电机21等部分。大臂23和大臂油缸36的下端分别铰接在回转平台34上，大臂23的上端与大臂油缸36的活塞杆通过铰链共接在小臂22的中段。在大臂23上铰接有小臂油缸37，小臂油缸37的活塞杆铰接在小臂22上。伸缩臂1穿接在小臂22中，在小臂22的末端安装有伸缩控制电机21，伸缩控制电机21经减速机构和丝杠螺母副控制伸缩臂1的伸缩。

机械手包括抬腕机构、转腕机构和抓放机构三部分。

如图2所示，所述抬腕机构是在伸缩臂1上铰接一根伸缩式拉杆18，拉杆驱动机构19接在伸缩式拉杆18的后端，伸缩式拉杆18的前端铰接第一连杆9，第一连杆9的另一端接在腕部基座5上，腕部基座5通过销轴铰接在伸缩臂1的前端。拉杆驱动机构19采用的是直流有刷伺服电机，通过电机旋转，控制伸缩式拉杆18的伸出和回缩量，并通过联动的第一连杆9拉动腕部基座5，实现腕部在一定角度内的俯仰运动。

图3中，所述转腕机构是在腕部基座5上固定有转腕控制电机2，在转腕控制电机2的转轴上键连接有主动齿轮12，主动齿轮12与连轴齿轮8相啮合。在连轴齿轮8上制有一个与齿轮一体的后套管，该后套管穿接固定在轴承7中，轴承7可采用滚针轴承，穿接并固定在腕部基座5上的套管内，由此将连轴齿轮8安装在腕部基座5上，并可相对腕部基座5转动。转腕控制电机2通过主动齿轮12带动连轴齿轮8在腕部基座5上转动，实现腕部的旋转运动。

如图2、图3所示，所述抓放机构是在连轴齿轮8的后套管中穿接并固定有抓放控制电机3，抓放控制电机3的转轴穿过连轴齿轮8，并通过联轴器与丝杠14相对接。在丝杠14上旋接有螺母11，在连轴齿轮8的前端面上固定有连接盘13，在连接盘13上铰接有上下位置相对的两个手指机构。

所述的手指机构是在指杆15后端的折臂上分别铰接有并行的第一支撑连接杆16和第二支撑连接杆17，第一支撑连接杆16和第二支撑连接杆17的后端分别铰接在连接盘13上。在螺母11与第一支撑连接杆16之间铰接有拉动手指机构开合的第二连杆10。抓放控制电机3驱动丝杠14旋转，使螺母11在丝杠14上进行前后位置变换，再通过第二连杆10带动手指机构实现抓取或放下物品的开合动作。

机器人还在所述小臂22上安装有摄像头（未图示），在上述机器人的车体上安装有两自由度云台（未图示），摄像头与云台通过图像处理***构成机器人的视觉***。

工作时，行走驱动电机24由锂动力电池组27供电，驱动机器人前进、转向和起停；通过回转油缸33带动回转平台34实现机械臂的回转，通过液压控制***以及电控***的控制，实现大臂23的俯仰运动、小臂22的俯仰运动、伸缩臂1的伸缩运动、腕部的俯仰和旋转运动，使机械手处于所要求的工作位置和抓取姿态，由DSP控制的抓放控制电机3驱动机械手进行准确、平稳、有力的危险物品的抓放。

Claims (6)

1.一种处理危险品及弹药用的机器人，在车架（28）上装有回转平台（34）和履带式行走机构，机械臂安装在所述回转平台（34）上，在所述机械臂的前端接有机械手，其特征是，在所述回转平台（34）的下部装有控制回转平台转动的回转油缸（33）；所述机械臂包括大臂（23）、小臂（22）、伸缩臂（1）、大臂油缸（36）、小臂油缸（37）和伸缩控制电机（21）；所述大臂（23）和大臂油缸（36）分别铰接在所述回转平台（34）上，所述大臂（23）的另一端与所述大臂油缸（36）的活塞杆通过铰链共接在所述小臂（22）上；所述小臂油缸（37）铰接在所述大臂（23）上，所述小臂油缸（37）的活塞杆铰接在所述小臂（22）上；所述伸缩臂（1）穿接在所述小臂（22）中，安装在所述小臂（22）上的伸缩控制电机（21）控制所述伸缩臂（1）的伸缩。

2.根据权利要求1所述的处理危险品及弹药用的机器人，其特征是，所述机械手包括抬腕机构、转腕机构和抓放机构； 

所述抬腕机构是在所述伸缩臂（1）上铰接有伸缩式拉杆（18），所述伸缩式拉杆（18）的后端接拉杆驱动机构（19），所述伸缩式拉杆（18）的前端通过铰接的第一连杆（9）接腕部基座（5），所述腕部基座（5）铰接在所述伸缩臂（1）的前端；

所述转腕机构是在所述腕部基座（5）上固定有转腕控制电机（2），在所述转腕控制电机（2）的转轴上接有主动齿轮（12），所述主动齿轮（12）与所述连轴齿轮（8）相啮合，所述连轴齿轮（8）的后套管通过轴承（7）安装在所述腕部基座（5）的套管内； 

所述抓放机构是在所述连轴齿轮（8）的后套管中穿接并固定有抓放控制电机（3），所述抓放控制电机（3）的转轴通过联轴器与丝杠（14）对接，在所述丝杠（14）上旋接有螺母（11）；在所述连轴齿轮（8）的前端面固定有连接盘（13），在所述连接盘（13）上铰接有两个位置相对的手指机构，在每个所述手指机构与所述螺母（11）之间分别铰接有拉动手指机构开合的第二连杆（10）。

3.根据权利要求2所述的处理危险品及弹药用的机器人，其特征是，所述手指机构是在指杆（15）后端的折臂上分别铰接有并行的第一支撑连接杆（16）和第二支撑连接杆（17），所述第一支撑连接杆（16）和第二支撑连接杆（17）的后端分别铰接在所述连接盘（13）上，所述第二连杆（10）与所述第一支撑连接杆（16）相铰接。

4.根据权利要求1、2或3所述的处理危险品及弹药用的机器人，其特征是，所述履带式行走机构包括主驱动轮（25）、从驱动轮（35）、行走履带（26）、承重轮（31）和行走驱动电机（24），所述主驱动轮（25）、从驱动轮（35）和承重轮（31）上的轮轴分别通过轴承安装在所述车架（28）上。

5.根据权利要求4所述的处理危险品及弹药用的机器人，其特征是，在所述履带式行走机构中还设置有履带张紧机构（32）和减震机构；所述减震机构是在所述车架（28）上铰接有V形摇杆（30），所述V形摇杆（30）的一个摇臂通过减震弹簧（29）与所述车架（28）相接，所述V形摇杆（30）的另一个摇臂与所述承重轮（31）的轴套相接。

6.根据权利要求1、2、3或5所述的处理危险品及弹药用的机器人，其特征是，在所述小臂（22）上安装有摄像头，在上述机器人的车体上安装有两自由度云台。

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