CN103818491A

CN103818491A - 灾难救援机器人

Info

Publication number: CN103818491A
Application number: CN201210465794.XA
Authority: CN
Inventors: 康鹏桂; 贾曲啸; 张岐磊; 郝海卫
Original assignee: Qingdao Technological University Qindao College
Current assignee: Qingdao University of Technology; Qingdao Technological University Qindao College
Priority date: 2012-11-19
Filing date: 2012-11-19
Publication date: 2014-05-28

Abstract

本发明涉及一种灾难救援机器人。包括履带驱动组件、机械臂作业组件、回转组件、液压组件、照明组件，外壳组件，本发明的特点是双机械臂联合作业，作业效率高，其携带三个末端操作机器手，可以针对不同的救援作业环境进行更换，灾难救援机器人应用场合广泛。

Description

灾难救援机器人

技术领域

本发明属于机器人领域，特别涉及一种灾难救援机器人。

背景技术

全世界每年都遭受着大量自然灾害和人为灾害的破坏。巨大的灾害会造成大面积的建筑物坍塌和人员伤亡，灾害发生之后最紧急的事情就是搜救那些困在废墟中的幸存者。研究表明，如果这些幸存者48小时之内得不到有效的救助，死亡的可能性就会急剧增加。然而，复杂危险的灾害现场给救援人员及幸存者带来了巨大的安全威胁，也会阻碍救援工作快速有效地进行。使用救援机器人进行辅助搜救是解决这一难题的有效手段。

由于灾难救援机器人大都在复杂的非结构环境下使用，如高低不平地面、障碍物、爬坡、上下楼等，因此要求灾难救援机器人应具有较好的环境适应能力和地面通过能力。目前灾难救援机器人有很多种，在移动结构方面大都采用履带与腿复合型甚至履带、腿和轮复合型，这些多结构复合形式虽然很好的解决了灾难救援机器人通过高低不平地面、障碍物、上下楼的能力，但是本身结构比较复杂，成本比较高；在作业机械臂方面大都采用单臂作业，一些双臂联合作业的灾难救援机器人，其末端操作机器手不能针对不能应用场合更换，所以导致灾难救援机器人工作范围狭窄。

发明内容

为解决目前技术存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种移动结构为三角式履带轮灾难救援机器人，其结构简单，成本低，能够很好的提高灾难救援机器人通过高低不平地面、障碍物、上下楼的能力；同时提供一种双臂联合作业的灾难救援机器人，其末端操作机器手能针对不能作业场合更换，灾难救援机器人应用场合广泛。

一种灾难救援机器人，包括履带驱动组件、机械臂作业组件、回转组件、液压组件、照明组件，外壳组件，其特征在于：

所述履带驱动组件包括电源、平动电机、减速箱联轴器、减速箱、后轮小锥齿轮、后轮大锥齿轮、后轮轴、万向节、后履带平动驱动齿轮轴、履带平动驱动齿轮、履带平动主动齿轮、履带平动从动齿轮、前轮小锥齿轮、前轮大锥齿轮、前轮轴、翻转电机、翻转联轴器、翻转小齿轮轴、翻转小齿轮、翻转大齿轮、翻转大齿轮轴、轮子内板、转向电机、转向联轴器、丝杠、丝杠螺母、光杠、履带。

电源、平动电机固定在下壳下部分，电机通过减速箱联轴器与减速箱连接在一起，减速箱连接着后轮小锥齿轮，后轮小锥齿轮与后轮大锥齿轮啮合在一起，后轮大锥齿轮连接在后轮轴上，后轮轴连接着万向节，万向节连接着履带平动驱动齿轮轴，履带平动驱动齿轮轴连接着履带平动驱动齿轮，履带平动驱动齿轮与三个履带平动主动齿轮啮合，三个履带平动主动齿轮分别与三个履带平动从动齿轮连接在一起，三个履带平动从动齿轮与履带啮合。

电源、平动电机固定在下壳下部分，电机通过减速箱联轴器与减速箱连接在一起，减速箱连接着前轮小锥齿轮，前轮小锥齿轮与前轮大锥齿轮啮合在一起，前轮大锥齿轮连接在前轮轴上，前轮轴连接着履带平动驱动齿轮，履带平动驱动齿轮与三个履带平动主动齿轮啮合，三个履带平动主动齿轮分别与三个履带平动从动齿轮连接在一起，三个履带平动从动齿轮与履带啮合。

电源给平动电机供电，平动电机带动联轴器转动，联轴器带动减速箱运动，减速箱带动前（后）轮小锥齿轮运动，前（后）轮小锥齿轮运动带动前（后）轮大锥齿轮，从而带动前（后）轮轴运动，前轮轴带动履带平动驱动齿轮转动，（后轮轴带动万向节运动，万向节带动后履带平动驱动齿轮轴，后履带平动驱动齿轮轴带动履带平动驱动齿轮转动），履带平动驱动齿轮带动三个履带平动主动齿轮转动，三个履带平动主动齿轮分别带动三个履带平动从动齿轮转动，三个履带平动从动齿轮转动带动前后履带平动。翻转电机固定在下壳下部分，翻转电机与翻转联轴器连接，联轴器与翻转小齿轮轴连接在一起，翻转小齿轮轴连接着翻转小齿轮，翻转小齿轮与翻转大齿轮啮合在一起，翻转大齿轮与翻转大齿轮轴连接在一起，翻转大齿轮轴固定在轮子内板上；电源给翻转电机供电，翻转电机通过翻转联轴器带动翻转小齿轮轴转动，翻转小齿轮轴带动翻转小齿轮转动从而驱动翻转大齿轮转动，翻转大齿轮通过带动固定在轮子内板上的翻转大齿轮轴转动来实现轮子的整体翻转，以达到越障的功能。转向电机固定在下壳下部分，电机连接着转向联轴器，转向联轴器连接着丝杠，丝杠上安装着丝杠螺母，丝杠螺母又与光杠安装在一起，光杠通过转动副与轮子内板连接；电源给转向电机供电，转向电机带动转向联轴器转动，转向联轴器带动丝杠转动，安装在丝杠上的丝杠螺母可以在丝杠上实现移动，光杠受到丝杠螺母力的作用推动着轮子左右摆动，从而实现换向的功能。

本技术方案的有益效果如下：移动结构为三角式履带轮，既能在较平坦路面实现快速机动行驶，当遇到高低不平地面、障碍物、上下楼工作情况下，又能实现履带轮整体翻转，越障行驶，结构简单，成本低。

所述机械臂组件包括液压泵、电磁换向阀、机械钳、机械钻、摄像头、小臂、小臂连接体、小臂液压杆、大臂、大臂连接体、大臂液压杆、主控板、推铲上液压杆、推铲下液压杆、推铲支撑臂、推铲。

机械钳、机械钻、机械剪等末端夹持器以及摄像头通过小臂连接体固定在小臂的前端，小臂与大臂通过大臂连接体连接，大臂的前端固定在上壳上部分，液压泵固定在下壳下部分；液压泵通过电磁换向阀供油给大臂液压杆，大臂液压杆带动大臂连接体转动，从而带动小臂转动；液压泵通过电磁换向阀供油给小臂臂液压杆来控制小臂的伸缩，进一步带动摄像头、机械钳、机械钻的伸缩运动。

液压泵连接着电磁换向阀，电磁换向阀推铲上液压杆将推铲和下壳上部分连接在一起，推铲支撑臂将推铲和下壳下部分连接在一起，推铲下液压杆连接在推铲和推铲支撑臂上；液压泵供油给电磁换向阀，电磁换向阀将油供给推铲上液压杆、推铲下液压杆实现推铲的上升降落，清理路障等功能。

本技术方案的有益效果如下：双机械臂联合作业，作业效率高，其携带三个末端操作机器手，可以针对不同的救援作业环境进行更换，灾难救援机器人应用场合广泛。

所述回转组件包括回转驱动锥齿轮、回转锥齿轮、回转锥齿轮轴、电磁离合器、角度传感器、回转小齿轮轴、回转小齿轮、回转大齿轮；电源、平动电机固定在下壳下部分，电机通过减速箱联轴器与减速箱连接在一起，减速箱带动回转驱动锥齿轮，回转驱动锥齿轮与回转锥齿轮啮合，回转锥齿轮连接在回转锥齿轮轴上，回转小齿轮连接在回转小齿轮轴上，角度传感器固定在回转小齿轮轴上，回转大齿轮固定在下壳上部分，回转大齿轮与上壳下部分连接在一起，上壳下部分与上壳上部分连接在一起，回转小齿轮轴和回转锥齿轮轴通过电磁离合器连接在一起。电源给电机供电，电机带动减速箱联轴器来驱动减速箱，减速箱带动回转驱动锥齿轮，回转驱动锥齿轮带动回转锥齿轮运动从而带动回转锥齿轮轴。

电磁离合器通电将回转锥齿轮轴与回转小齿轮轴连接在一起，从而回转小齿轮轴带动回转小齿轮运动，回转小齿轮带动回转大齿轮运动，回转大齿轮带动上壳上部分做回转运动，从而带动上壳做回转运动，角度传感器能够测出转动的角度，可以实现机械钳、机械钻、机械剪的准确定位。

所述液压组件包括液压泵、电磁换向阀；液压泵与电磁换向阀连接在一起，电磁换向阀的各个阀口分别与小臂液压杆、大臂液压杆、推铲上液压杆、推铲下液压杆连接；液压泵供油，通过控制电磁换向阀各个阀口的通断来控制小臂液压杆、大臂液压杆、推铲上液压杆、推铲下液压杆的运动。

所述照明组件包括LED照明灯；LED照明灯跟主控板连接在一起，LED照明灯、主控板连接着电源，LED照明灯安装在上壳上部分；电源为主控板和LED照明灯供电，主控板通过调节LED照明灯的亮度，为灾难救援机器人在不同工作环境下提供照明。

所述外壳组件包括上壳上部分、上壳下部分、下壳上部分、下壳下部分、轮子外壳、保护罩、吊环；保护罩安装在上壳上部分，吊环安装在上壳下部分；保护罩能够防止灾难救援机器人在危险环境下工作时落物落下破坏工作机构，吊环方便灾难救援机器人的起吊，能够在短时间内到达救援现场实施救援。

附图说明

图1 是本发明灾难救援机器人的外观立体图；

图2是本发明灾难救援机器人的外观主视图；

图3是本发明灾难救援机器人的外观左视图；

图4是本发明灾难救援机器人的外观俯视图；

图5是本发明灾难救援机器人的俯视图（为了便于观察去掉了灾难救援机器人机械臂部分、上壳部分以及回转装置）；

图6是本发明灾难救援机器人的俯视图（为了便于观察去掉了灾难救援机器人机械臂部分、上壳部分）；

图7是本发明回转装置局部图；

图8是末端机械手部件图；

图9是履带驱动机构图。

1、电源；2、平动电机；3、减速箱联轴器；4、减速箱；5、后轮小锥齿轮；6、后轮大锥齿轮；7、后轮轴；8、万向节；9、后履带平动驱动齿轮轴；10、履带平动驱动齿轮；11、履带平动主动齿轮；12、履带平动从动齿轮；13、前轮小锥齿轮；14、前轮大锥齿轮；15、前轮轴；16、翻转电机；17、翻转联轴器；18、翻转小齿轮轴；19、翻转小齿轮；20、翻转大齿轮；21、翻转大齿轮轴；22、轮子内板；23、转向电机；24、转向联轴器；25、丝杠；26、丝杠螺母；27、光杠；28、液压泵；29、电磁换向阀；30、机械钳；31、机械钻；32、摄像头；33、小臂；34、小臂连接体；35、小臂液压杆；36、大臂；37、大臂连接体；38、大臂液压杆；39、主控板；40、推铲上液压杆；41、推铲下液压杆；42、推铲支撑臂；43、回转驱动锥齿轮；44、回转锥齿轮；45、回转锥齿轮轴；46、电磁离合器；47、角度传感器；48、回转小齿轮轴；49、回转小齿轮；50、回转大齿轮；51、LED照明灯；52、上壳上部分；53、上壳下部分；54、下壳上部分；55、下壳下部分；56、轮子外壳；57、保护罩；58、吊环；59、推铲；60、履带；61、机械剪。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的结构组成和工作原理做进一步详细的说明。本发明包括：履带驱动组件、机械臂作业组件、回转组件、液压组件、照明组件，外壳组件，其特征在于：

所述驱动履带驱动组件包括电源1、平动电机2、减速箱联轴器3、减速箱4、后轮小锥齿轮5、后轮大锥齿轮6、后轮轴7、万向节8、后履带平动驱动齿轮轴9、履带平动驱动齿轮10、履带平动主动齿轮11、履带平动从动齿轮12、前轮小锥齿轮13、前轮大锥齿轮14、前轮轴15、翻转电机16、翻转联轴器17、翻转小齿轮轴18、翻转小齿轮19、翻转大齿轮20、翻转大齿轮轴21、轮子内板22、转向电机23、转向联轴器24、丝杠25、丝杠螺母26、光杠27、履带60。

电源1、平动电机2固定在下壳下部分55，电机通过减速箱联轴器3与减速箱4连接在一起，减速箱4连接着后轮小锥齿轮5，后轮小锥齿轮5与后轮大锥齿轮6啮合在一起，后轮大锥齿轮6连接在后轮轴7上，后轮轴7连接着万向节8，万向节8连接着后履带平动驱动齿轮轴9，后履带平动驱动齿轮轴9连接着履带平动驱动齿轮10，履带平动驱动齿轮10与三个履带平动主动齿轮11啮合，三个履带平动主动齿轮11分别与三个履带平动从动齿轮12连接在一起，三个履带平动从动齿轮12与履带60啮合。

电源1、平动电机2固定在下壳下部分55，电机通过减速箱联轴器3与减速箱4连接在一起，减速箱4连接着前轮小锥齿轮13，前轮小锥齿轮13与前轮大锥齿轮14啮合在一起，前轮大锥齿轮14连接在前轮轴15上，前轮轴15连接着履带平动驱动齿轮10，履带平动驱动齿轮10与三个履带平动主动齿轮11啮合，三个履带平动主动齿轮11分别与三个履带平动从动齿轮12连接在一起，三个履带平动从动齿轮12与履带60啮合。

电源1给平动电机2供电，平动电机2带动减速箱联轴器3转动，减速箱联轴器3带动减速箱4运动，减速箱4带动前（后）轮小锥齿轮运动13(5)，前（后）轮小锥齿轮13(5)运动带动前（后）轮大锥齿轮14(6)，从而带动前（后）轮轴15(7)运动，前轮轴15带动履带平动驱动齿轮10转动，（后轮轴7带动万向节8运动，万向节8带动后履带平动驱动齿轮轴9，后履带平动驱动齿轮轴9带动履带平动驱动齿轮10转动），履带平动驱动齿轮10带动三个履带平动主动齿轮11转动，三个履带平动主动齿轮11分别带动三个履带平动从动齿轮12转动，三个履带平动从动齿轮12转动带动前后履带平动。翻转电机16固定在下壳下部分55，翻转电机16与翻转联轴器17连接，翻转联轴器17与翻转小齿轮轴18连接在一起，翻转小齿轮轴18连接着翻转小齿轮19，翻转小齿轮19与翻转大齿轮20啮合在一起，翻转大齿轮20与翻转大齿轮轴21连接在一起，翻转大齿轮轴21固定在轮子内板22上；电源1给翻转电机16供电，翻转电机16通过翻转联轴器17带动翻转小齿轮轴18转动，翻转小齿轮轴18带动翻转小齿轮19转动从而驱动翻转大齿轮20转动，翻转大齿轮20通过带动固定在轮子内板22上的翻转大齿轮轴21转动来实现轮子的整体翻转，以达到越障的功能。转向电机23固定在下壳下55部分，电机连接着转向联轴器24，转向联轴器24连接着丝杠25，丝杠25上安装着丝杠螺母26，丝杠螺母26又与光杠27安装在一起，光杠27通过转动副与轮子内板22连接；电源1给转向电机23供电，转向电机23带动转向联轴器24转动，转向联轴器24带动丝杠25转动，安装在丝杠25上的丝杠螺母26可以在丝杠25上实现移动，光杠27受到丝杠螺母力26的作用推动着轮子左右摆动，从而实现换向的功能。

所述机械臂组件包括液压泵28、电磁换向阀29、机械钳30、机械钻31、摄像头32、小臂33、小臂连接体34、小臂液压杆35、大臂36、大臂连接体37、大臂液压杆38、主控板39、推铲上液压杆40、推铲下液压杆41、推铲支撑臂42、推铲59。

机械钳30、机械钻31、机械剪61等末端夹持器以及摄像头32通过小臂连接体34固定在小臂33的前端，小臂33与大臂36通过大臂连接体37连接，大臂36的前端固定在上壳上52部分，液压泵28固定在下壳下55部分；液压泵28通过电磁换向阀29供油给大臂液压杆38，大臂液压杆38带动大臂连接体37转动，从而带动小臂33转动；液压泵28通过电磁换向阀29供油给小臂液压杆35来控制小臂33的伸缩，进一步带动摄像头32、机械钳30、机械钻31的伸缩运动。

液压泵28连接着电磁换向阀29，电磁换向阀29推铲上液压杆40将推铲59和下壳上部分54连接在一起，推铲支撑臂42将推铲59和下壳下部分55连接在一起，推铲下液压杆41连接在推铲59和推铲支撑臂42上；液压泵28供油给电磁换向阀29，电磁换向阀29将油供给推铲上液压杆40、推铲下液压杆41实现推铲59的上升降落，清理路障等功能。

所述回转组件包括回转驱动锥齿轮43、回转锥齿轮44、回转锥齿轮轴45、电磁离合器46、角度传感器47、回转小齿轮轴48、回转小齿轮49、回转大齿轮50；电源1、平动电机2固定在下壳下部分55，电机通过减速箱联轴器3与减速箱4连接在一起，减速箱4带动回转驱动锥齿轮43，回转驱动锥齿轮43与回转锥齿轮44啮合，回转锥齿轮44连接在回转锥齿轮轴45上，回转小齿轮49连接在回转小齿轮轴上48，角度传感器47固定在回转小齿轮轴48上，回转大齿轮50固定在下壳上部分54，回转大齿轮50与上壳下部分53连接在一起，上壳下部分53与上壳上部分52连接在一起，回转小齿轮轴48和回转锥齿轮轴45通过电磁离合器46连接在一起。电源1给电机供电，电机带动减速箱联轴器3来驱动减速箱4，减速箱4带动回转驱动锥齿轮43，回转驱动锥齿轮43带动回转锥齿轮44运动从而带动回转锥齿轮轴45。

电磁离合器46通电将回转锥齿轮轴45与回转小齿轮轴48连接在一起，从而回转小齿轮轴48带动回转小齿轮49运动，回转小齿轮49带动回转大齿轮50运动，回转大齿轮50带动上壳上部分52做回转运动，从而带动上壳做回转运动，角度传感器47能够测出转动的角度，可以实现机械钳30、机械钻31、机械剪61的准确定位。

所述液压组件包括液压泵28、电磁换向阀29；液压泵28与电磁换向阀29连接在一起，电磁换向阀29的各个阀口分别与小臂液压杆35、大臂液压杆38、推铲上液压杆40、推铲下液压杆41连接；液压泵28供油，通过控制电磁换向阀29各个阀口的通断来控制小臂液压杆35、大臂液压杆38、推铲上液压杆40、推铲下液压杆41的运动。

所述照明组件包括LED照明灯；LED照明灯51跟主控板连接在一起，LED照明灯51、主控板39连接着电源1，LED照明灯51安装在上壳上部分52；电源1为主控板和LED照明灯51供电，主控板39通过调节LED照明灯51的亮度，为灾难救援机器人在不同工作环境下提供照明。

所述外壳组件包括上壳上部分52、上壳下部分53、下壳上部分54、下壳下部分55、轮子外壳56、保护罩57、吊环58；保护罩57安装在上壳上部分52，吊环58安装在上壳下部分53；保护罩57能够防止灾难救援机器人在危险环境下工作时落物落下破坏工作机构，吊环58方便灾难救援机器人的起吊，能够在短时间内到达救援现场实施救援。

如上所述，结合附图和实施例所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种灾难救援机器人，包括履带驱动组件、机械臂作业组件、回转组件、液压组件、照明组件，外壳组件，其特征在于：所述述履带驱动组件包括电源、平动电机、减速箱联轴器、减速箱、后轮小锥齿轮、后轮大锥齿轮、后轮轴、万向节、后履带平动驱动齿轮轴、履带平动驱动齿轮、履带平动主动齿轮、履带平动从动齿轮、前轮小锥齿轮、前轮大锥齿轮、前轮轴、翻转电机、翻转联轴器、翻转小齿轮轴、翻转小齿轮、翻转大齿轮、翻转大齿轮轴、轮子内板、转向电机、转向联轴器、丝杠、丝杠螺母、光杠、履带；

所述电源、平动电机固定在下壳下部分，电机通过减速箱联轴器与减速箱连接在一起，减速箱连接着后轮小锥齿轮，后轮小锥齿轮与后轮大锥齿轮啮合在一起，后轮大锥齿轮连接在后轮轴上，后轮轴连接着万向节，万向节连接着履带平动驱动齿轮轴，履带平动驱动齿轮轴连接着履带平动驱动齿轮，履带平动驱动齿轮与三个履带平动主动齿轮啮合，三个履带平动主动齿轮分别与三个履带平动从动齿轮连接在一起，三个履带平动从动齿轮与履带啮合；

所述电源、平动电机固定在下壳下部分，电机通过减速箱联轴器与减速箱连接在一起，减速箱连接着前轮小锥齿轮，前轮小锥齿轮与前轮大锥齿轮啮合在一起，前轮大锥齿轮连接在前轮轴上，前轮轴连接着履带平动驱动齿轮，履带平动驱动齿轮与三个履带平动主动齿轮啮合，三个履带平动主动齿轮分别与三个履带平动从动齿轮连接在一起，三个履带平动从动齿轮与履带啮合。

2.如权利要求1所述的一种灾难救援机器人，其特征在于所述机械臂组件包括液压泵、电磁换向阀、机械钳、机械钻、摄像头、小臂、小臂连接体、小臂液压杆、大臂、大臂连接体、大臂液压杆、主控板、推铲上液压杆、推铲下液压杆、推铲支撑臂、推铲，其中机械钳、机械钻、机械剪等末端夹持器以及摄像头通过小臂连接体固定在小臂的前端，小臂与大臂通过大臂连接体连接，大臂的前端固定在上壳上部分，液压泵固定在下壳下部分，液压泵连接着电磁换向阀，电磁换向阀推铲上液压杆将推铲和下壳上部分连接在一起，推铲支撑臂将推铲和下壳下部分连接在一起，推铲下液压杆连接在推铲和推铲支撑臂上。

3.如权利要求1或2所述的一种灾难救援机器人，其特征在于所述所述回转组件包括回转驱动锥齿轮、回转锥齿轮、回转锥齿轮轴、电磁离合器、角度传感器、回转小齿轮轴、回转小齿轮、回转大齿轮；电源、平动电机固定在下壳下部分，电机通过减速箱联轴器与减速箱连接在一起，减速箱带动回转驱动锥齿轮，回转驱动锥齿轮与回转锥齿轮啮合，回转锥齿轮连接在回转锥齿轮轴上，回转小齿轮连接在回转小齿轮轴上，角度传感器固定在回转小齿轮轴上，回转大齿轮固定在下壳上部分，回转大齿轮与上壳下部分连接在一起，上壳下部分与上壳上部分连接在一起，回转小齿轮轴和回转锥齿轮轴通过电磁离合器连接在一起，电磁离合器通电将回转锥齿轮轴与回转小齿轮轴连接在一起。

4.如权利要求1或2所述的一种灾难救援机器人，其特征在于所述液压组件包括液压泵、电磁换向阀；液压泵与电磁换向阀连接在一起，电磁换向阀的各个阀口分别与小臂液压杆、大臂液压杆、推铲上液压杆、推铲下液压杆连接。

5.如权利要求1或2所述的一种灾难救援机器人，其特征在于所述照明组件包括LED照明灯；LED照明灯跟主控板连接在一起，LED照明灯、主控板连接着电源，LED照明灯安装在上壳上部分。

6.如权利要求1或2所述的一种灾难救援机器人，其特征在于所述所述外壳组件包括上壳上部分、上壳下部分、下壳上部分、下壳下部分、轮子外壳、保护罩、吊环；保护罩安装在上壳上部分，吊环安装在上壳下部分。