一种全方位检测摆臂履带平台
技术领域
本实用新型属于安防领域,涉及一种可在复杂地形排除***物的排爆机器人。
背景技术
随着科学技术的飞速发展,***也日益猖獗,违法分子自制***,自制遥控和定时炸弹装置的能力也越来越强,对世界各国造成了威胁,给各国人民造成了恐慌。恐怖活动带来的破坏和伤亡也日益加剧,与此同时在危险和突发事故的处置中,机器人的应用日益广泛。
排爆机器人可以代替人工进入危险区域进行侦查,排除***物。目前,国际市场上多为陆地式排爆机器人,而在复杂崎岖的地形环境中的排爆案例日益增多,同时对下部车体要求越来越高,对车体的开发也越来越成熟,但还存在一定缺陷,机动性差,布局失衡,越障能力差,不能够越过较高障碍,不能攀爬楼梯,只能穿越路面情况复杂的平地。
实用新型内容
鉴于上述现有技术的缺陷,本实用新型解决的技术问题是:提供一种可以在复杂地形中顺利行进的适用于排爆机器人的全方位检测摆臂履带平台。本实用新型的技术方案如下:
一种全方位检测摆臂履带平台,包括车体(4)和视觉监视***,其特征在于,
所述的车体(4)包括箱体(20)、4个轮胎(7)、4个轮胎履带轮(19)、两个轮胎履带(16)、4个小履带轮(5)、4个摆臂履带(6)和2组摆臂(10),所述的轮胎(7)、轮胎履带轮(19)、轮胎履带(16)和小履带轮(5)和摆臂履带(6)对称分布在箱体两侧,2组摆臂分别位于箱体的前方和后方,轮胎电机(23)和摆臂电机(22)与箱体固定连接;
每个轮胎(7)固定在轮胎连接筒(18)上,轮胎连接筒(18)固定在带轮连接盘(17)上,带轮连接盘(17)与轮胎履带轮(19)固定连接;
每个轮胎履带(16)越过两个轮胎履带轮(19)、轮胎履带张紧轮和轮胎履带导向轮,并通过T型槽对轮胎履带张紧轮的位置的改变来调节轮胎履带(16)的张紧程度,轮胎履带导向轮使轮胎履带(16)保持正确位置不偏离;
轮胎电机(23)驱动轮胎履带轮(19),轮胎履带轮(19)带动轮胎履带(16)运动;
每组摆臂包括用摆臂连接杆(21)连接起来并对称分布在箱体两侧的2个摆臂(10),摆臂(10)通过轴承(28)与箱体相连,通过轴承(27)与轮胎履带轮(19)相连,由摆臂电机(22)驱动摆臂(10)上下动作;
4个小履带轮(5)分别通过摆臂小履带轮轴(49)连接在相应的摆臂(10)的前端;每个摆臂履带(6)越过位于同侧并相邻的小履带轮(5)、轮胎履带轮(19)、张紧轮和摆臂履带导向轮,并通过T型槽对摆臂履带张紧轮的位置的改变来调节摆臂履带(6)的张紧程度,摆臂履带导向轮使摆臂履带(6)保持正确位置不偏离;
所述的视觉监视***,包括二个摄像头,在车体前端固定有第一摄像头(15),用于监测车体前方路况,在车体上还设置有用于固定第二摄像头的摄像头升降机构(3),所述的摄像头升降机构(3)包括升降板(43),在升降板(43)上连接有能够水平旋转的第一舵机(42),在第一舵机(42)上还连接有能够竖直旋转的第二舵机(41),在第二舵机(41)上固定连接有所述的第二摄像像头(38)和光源(37)。
其中,摆臂电机(22)驱动摆臂(10)动作的机构包括由摆臂电机直接驱动的小齿轮(25),与小齿轮(25)相啮合的大齿轮(26)以及大带轮轴(35)和二减速机(30),大齿轮(26)通过大带轮轴(35)将运动传递给第二减速机(30),由第二减速机(30)驱动摆臂(10)上下动作。
本实用新型的摆臂履带平台,底部都由履带绕过,既解决了动力的传输方式,也增加了采用此平台的机器人的整体的稳定性及越障能力,较长的摆臂可当桥梁使用,遇到较深的沟壑可以用摆臂当桥梁直接碾压过,同时遇到障碍物在摆臂的帮助下可轻松越过而不会被困,履带的安装问题通过张紧轮得到了更加合理的解决,在行走过程中更加平稳,越障性能好,动作灵活,且可攀爬楼梯,车尾摄像头升降机构可全向旋转。
附图说明
图1为采用了本实用新型的摆臂履带式反恐排爆机器人的整体结构示意图
图2为采用了本实用新型的摆臂履带式反恐排爆机器人的整体结构正视图
图3为机械臂结构示意图
图4为本实用新型的摆臂履带平台(车体外观为轴对称结构,正面的两个轮胎和背面的两个轮胎是对称的,为了便与结构的展示将正面的两个轮胎卸下,以便于看清内部的连接结构
图5为摆臂履带平台剖视图示意图(为车体的俯视图,表明剖视图剖视的位置
图6为摆臂履带平台A-A剖视图
图7为图6局部放大图一
图8为图6局部放大图二
图9为摆臂履带平台B-B剖视图
图10为摆臂履带平台C-C剖视图
图11为摄像头升降机构整体结构
图12为摄像头升降机构中摄像头放大图
图13为采用本实用新型的摆臂履带平台的反恐排爆机器人的四种行走状态:A为两组摆臂10前后同时抬起只用轮胎行走;B为将两组摆臂放平与地面平行,与轮胎一起转动使机器人像坦克一样行走;C为抓取较低位置***物是排爆机器人的形态,两摆臂立起,架高整个机器人;D为前后两组摆臂一上一下;E为两组摆臂直立像人腿一样立起;F为机器人使用摆臂与轮胎爬楼梯示意图。
图中:1-1、机械手爪,2、机械臂包括(1-2、机械臂移动关节,1-3、机械臂小臂,1-4、推杆电机,1-5、机械臂肘关节,1-10、机械臂固定盖板,1-11、机械臂肩关节蜗轮蜗杆传动装置,1-14机械臂肩关节,1-15机械手爪驱动电机、1-16,机械臂肘关节的蜗轮蜗杆传动装置、1-17,机械臂肘关节的电机、1-18机械臂肩关节的电机、1-19机械臂腕关节、1-20推杆电机固定块、1-21推杆、1-22推杆支座、1-23侧板、1-24机械臂大臂、1-25肩部机械臂部分、1-26底座臂、1-27底座关节、1-28底座关节电机、1-30,L型滑块、1-31,大L型滑块,3、摄像头升降机构,4、车体,5、小履带轮,6、摆臂履带,7、轮胎,8、导向轮,9、张紧轮,10、摆臂,11、T型槽,12、光电开关,13、LED灯,14传感器,15摄像头、16,轮胎履带、17,带轮连接盘、18,轮胎链接筒、19,轮胎履带轮、20,箱体、21,摆臂连接杆、22,摆臂电机、23,轮胎电机、24,减速机一、25,小齿轮、26,大齿轮、27,轴承一、28,轴承二、29,电机连接盘、30,减速机二、31,摆臂传动盖、32,电机安装座、33,深沟球轴承、34,连接键一、35,大带轮轴、36,电池、37,红外灯、38,摄像头、39,舵机安装板、40,摄像头安装板、41,180度舵机、42,300度舵机、43,升降弯板、44,摄像头升降杆、45,滑块式推杆电机、46,带轮端盖、47,小履带轮轴承、48,轴承端盖、49摆臂小履带轮轴
具体实施方式
下面结合附图对本说明实施方式进一步的详细说明:
首先对本实用新型提到的名字解释一下,以便于理解:
名词解释:
1.机械臂小臂:整个机械臂类似于人的手臂,完全可以比拟人的手臂,所以衍生了腕关节,肘关节和肩关节,机械臂小臂完全类似于人的小臂,就是由腕关节到肘关节中间的部分组成的,在这里是由推杆电机1-4手爪转动电机1-15肘关节1-5肘关节电机1-17肘关节蜗轮蜗杆1-16组成。
2.机械臂大臂:是由肘关节到肩关节中间的部分组成的,机械臂的大臂由肘关节电机1-17肩关节电机1-18肩关节电机蜗轮蜗杆1-11组成。
由图1—12可知,摆臂履带式反恐排爆机器人包括机械手爪1-1抓取部分,机械臂2运动伸展部分,摄像头升降机构3部分,多功能移动平台即车体4部分等。
采用本实用新型的摆臂履带平台的机器人在监控视觉方面分配有三个摄像头,来监控定位目标物辅助机器人实施工作,分别为机械臂上的摄像头,车体前端的摄像头15,摄像头升降机构3中的摄像头,机械臂上的摄像头可以近距离的观察***物,精确定位目标物的位置,使排爆实施更加精准;车体前端摄像头15可以监测车体前方路况,观察是否有沟壑,障碍物等,使机器人能及时针对面临路况进行分析,并顺利通过;
摄像头升降机构3中如图11和图12,摄像头升降机构3中摄像头38和红外灯37由摄像头安装板40固定连接,180°舵机41与摄像头安装板40固定连接使其成为整体,控制摄像头38和红外灯37做俯仰运动,在舵机安装板39上固定180°舵机41,300°舵机42与舵机连接板39连接,300°舵机并控制期以上整体在固定水平面内做旋转运动,用滑块式推杆电机45推动升降板43使摄像头38和红外灯37做上升下降运动,两个舵机与滑块式推杆电机45同时运动实现摄像头升降机构3模块的功能,该摄像头使机器人可观测周围整体环境情况,使整个机器人的视角更广,机器人应用的范围更大。
该机械臂为5自由机械臂,由5个关节组成。第一个关节为腕关节1-19,该关节由机械手抓驱动电机1-15驱动旋转,机械手抓驱动电机1-15转动可带动机械手爪1-1转动,实现腕关节1-19的旋转;机械臂移动关节1-2,该关节由推杆电机1-4驱动,当推杆电机1-4工作伸长收缩时可以使移动关节1-2伸长收缩,从而改变机械臂的长度;第三个关节为肘关节1-5,由肘关节电机1-17驱动肘关节蜗轮蜗杆1-16从而带动机械臂小臂的转动,实现小臂的俯仰姿态;第四个关节为肩关节1-14由肩关节电机1-18驱动肩关节蜗轮蜗杆1-11从而带动机械臂大臂的旋转,实现机械臂大臂的俯仰姿态,第五个关节为底座关节1-27由底座关节电机1-28带动旋转,实现整个机械臂的转动。
将机械手旋转电机1-15与伸缩臂1-2固定,这样伸缩臂1-2与机械手爪1-1,机械手爪电机1-15为一体,机械臂小臂1-3的顶端装有大L滑块1-31用于限制伸缩臂1-2的行程,推杆电机1-4的推杆固定在推杆电机固定块1-20上,推杆电机固定块1-20固定在伸缩臂1-2上,当推杆电机1-4伸长时带动伸缩臂1-2运动伸长,同时带动机械手爪1-1向前,当机械臂小臂1-3顶端的大L滑块与伸缩臂1-2上的L滑块1-30接触时机械臂小臂长度达到最大,当推杆电机1-4缩短时带动伸缩臂1-2往回缩,使机械臂小臂缩短,完成移动关节的运动。
肘关节的电机1-17通过肘关节蜗轮蜗杆1-16被固定在侧板1-23上,侧板1-23固定在机械臂大臂1-24上,通过肘关节电机1-17的转动带动肘关节蜗轮蜗杆1-16转动,控制机械臂小臂的俯仰姿态,实现了肘关节的运动。底座臂1-26固定在机械臂固定盖板1-10上,肩关节电机1-18通过肩关节蜗轮蜗杆1-11固定在底座臂1-26上,电机的转动带动蜗轮蜗杆转动实现肩关节的转动。
车体4部分如图4-10所示,图4为摆臂履带平台的车体部分,车体外观为轴对称结构,正面的两个轮胎和背面的两个轮胎是对称的,为了便与结构的展示将正面的两个轮胎卸下,以便于看清内部的连接结构;图5为车体的俯视图,表明剖视图剖视的位置;图6为A-A剖视图;图7为图6的第一个局部放大图;图8为图6的第二个局部放大图;图9为B-B剖视图;图10为C-C剖视图主要由摆臂10模块和轮胎7模块组成,在车体4的箱体20内,当机器人爬斜坡时,考虑到一个电机的扭矩不够,轮胎7模块采用的是交叉式双电机驱动如图5,不但解决了装置的动力问题,同时也解决了车的转向问题,车的转向可以利用交叉式对应的两个电机的转速差来实现机器人的转向。两摆臂电机22也呈交叉式分布,并与轮胎电机23互为交叉,四个电机互相独立并且节省了空间;轮胎7模块可保证车体的在正常地形中行走,摆臂10模块部分可助机器人攀爬楼梯,越过沟壑,在恶劣的环境中,不平坦的路面上平稳行走。
轮胎7安装在轮胎连接筒18上,轮胎连接筒18固定在带轮连接盘17上,带轮连接盘17与轮胎履带轮19使用螺钉连接固定,轮胎履带轮19与摆臂10间安装有轴承一27,轮胎履带轮19上安装有轮胎履带16和摆臂履带6,轮胎履带6越过两个轮胎履带轮19,履带的松紧可通过T型槽11对张紧轮9的位置调节,两个导向轮8使轮胎履带16保持正确位置不偏离;轮胎电机23被固定在电机连接盘29上,电机连接盘29被箱体固定,当给出机器人行走的控制命令时,轮胎电机23转动,轮胎电机23与减速机一24连接将轮胎电机23转速降低,如放大图7由减速机一24传递给带轮端盖46,带轮端盖46与轮胎履带轮19由螺钉连接,轮胎履带轮19进行转动带动轮胎履带16运动,轮胎履带轮19与摆臂10之间安装有轴承一27,使摆臂10的运动与轮胎7的运动相互可独立与此同时轮胎履带轮19还与带轮连接盘17用螺钉连接,带轮连接盘17与轮胎连接筒18由螺钉连接,此时轮胎履带轮19的运动传递到轮胎连接筒上,轮胎连接筒18与轮胎7相连,从而驱动轮胎转动,使机器人行走,机器人轮胎7部分有两个轮胎电机23驱动,轮胎电机23的安装位置如图6,轮胎电机23的排布方式如图5。
图8轮胎履带轮19与摆臂10之间安装有轴承一27,使摆臂10的运动与轮胎7的运动相互可独立,摆臂10与箱体20之间安装有轴承二28,轴承二28作用是在摆臂10与箱体20的连接中起润滑作用,使摆臂能够独立顺畅的运动,由图4中可知,两个摆臂10组成一组摆臂结构,车体前侧与车体后侧为两组摆臂结构,并且结构相同,这里介绍车体前侧一组结构,两摆臂10由摆臂连杆21连接,当摆臂电机22驱动一侧摆臂21运动时,由摆臂连杆21带动另一侧摆臂21运动,使两摆臂动作保持一致,摆臂电机22在车体内成对角线分布,前侧摆臂电机22安装在车体右边,该摆臂电机22驱动右侧摆臂10转动,由摆臂连杆21带动左侧摆臂一同转动,从而使前端两摆臂保持同一动作运动,后侧摆臂的运动同前端一样。
图8可知当驱动摆臂电机22时,摆臂电机22带动小齿轮25转动,通过小齿轮25与大齿轮26啮合减速将摆臂电机22的运动速度降低,再由大齿轮26传递给大带轮轴35,大带轮轴35将运动传递给减速机二30,减速机二30将运动传给摆臂传动盖31,摆臂传动盖31与摆臂10用螺钉固定连接;
摆臂10的上下分别安装有轴承一27轴承二28,轴承一27作用是使摆臂不与轮胎履带轮19一起运动,使两运动不相互干扰,轴承二28作用是在摆臂10与箱体20的连接中起润滑作用,使摆臂能够独立顺畅的运动,当发出驱动摆臂10的电信号时,则按如上叙述使摆臂10运动;
摆臂电机22为成对角线式在箱体内分布,两个电机分别分布在箱体20右前方和左后方,轮胎电机230也呈对角线分布在箱体20中,为了节省空间,轮胎电机230与摆臂电机22成交叉式分布,分布在箱体20的左前和右后方。
如图C-C摆臂前端安装有小履带轮5,小履带轮5与摆臂10通过摆臂小履带轮轴49连接,中间安装有小履带轮轴承47,这样摆臂10可以通过小履带轮轴49带动小履带轮5改变位姿,摆臂履带6可以带动小履带轮5转动,摆臂10与摆臂履带6同时运动则使该摆臂结构实现姿态的变换,从而实现各种动作。
机器人的行走方式有五种如图13,图13中A为两组摆臂10前后同时抬起只用轮胎行走,在较为平稳的地面上行走,图13中B为将两组摆臂放平与地面平行,与轮胎一起转动使机器人像坦克一样行走,在草地或泥泞的道路上行走,两摆臂也可以当做桥梁帮助机器人越过沟壑,图13中C为抓取较低位置***物是排爆机器人的形态,两摆臂立起,架高整个机器人,使机械臂有足够的空间伸缩抓取***物,乱石堆中行走自如排爆,图13中D为前后两组摆臂一上一下,这种行走方式使机器人可轻松越过沟壑坎坷,越过障碍物,图13中E为两组摆臂直立像人腿一样立起,此种行走方式可使整个机器人的高度升高,与此同时摄像头升降结构3升高,机械臂2伸长,可使机器人的排爆范围到达最大,图13中F为机器人使用摆臂与轮胎爬楼梯示意图,可在楼梯上任意行走。