CN207901156U - 一种节状蛇形井下救援机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种节状蛇形井下救援机器人，包括若干机身，相邻的机身通过带有马达的铰链连接，所述机身包括圆柱形的机壳以及连接在机壳上的用于固定铰链的连接件，机壳的上设置有传动***，位于两端的机身的自由端均连接有透明罩，其中，位于一端的机身中设置有摄像头及红外探测装置，位于另一端的机身中设置有空气质量探测仪及遥控光纤连接装置，位于中部的机身中设置有为传动***、摄像头及红外探测装置以及空气质量探测仪及遥控光纤连接装置供电的蓄电池组。本实用新型拥有良好的越障能力，使其更加贴切如今煤矿井下救援的手段。

Description

一种节状蛇形井下救援机器人

技术领域

本实用新型属于救援机器人领域，特别是煤矿矿业井下救援机器人领域，具体涉及一种节状蛇形井下救援机器人。

背景技术

在现代煤矿生产活动中，相对于露天煤矿的矿难救援，井下煤矿矿难救援仍然是一个难题，而现在也有一些针对此问题的相关专利产生。

如：一种煤矿井下救援探测机器人(CN200810012729.5),这是一种四轮，呈车型的煤矿井下救援探测机器人，包括箱体，主动轮及光纤收放结构，主动轮对称设置在箱体的两侧，与箱体内的驱动装置相连接，光纤收放装置安装在箱体内，光纤收放装置和驱动装置内的驱动电机均与控制***电连接；该机器人虽然做到了遥控探测，但呈车型且光纤收放装置在机器人内，使其体型臃肿，无法通过狭长地形或有落差的地形。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种节状蛇形井下救援机器人，以解决现有技术的问题，本实用新型考虑到如今煤矿井下救援具体的实施方案，煤矿救援时，有通过钻洞确定受困人员位置的方案。为了适应这种方案，特意设计了可以在管道内垂直攀爬的功能。同时蛇形结构也拥有良好的越障能力，使其更加贴切如今煤矿井下救援的手段。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种节状蛇形井下救援机器人，包括若干机身，相邻的机身通过带有马达的铰链连接，所述机身包括圆柱形的机壳以及连接在机壳上的用于固定铰链的连接件，机壳的上设置有传动***，位于两端的机身的自由端均连接有透明罩，其中，位于一端的机身中设置有摄像头及红外探测装置，位于另一端的机身中设置有空气质量探测仪及遥控光纤连接装置，位于中部的机身中设置有为传动***、摄像头及红外探测装置以及空气质量探测仪及遥控光纤连接装置供电的蓄电池组。

进一步地，传动***包括设置在机壳中的步进电机以及分布在机壳周向上的若干轮胎组，且步进电机的输出端通过与其啮合的齿轮组连接至轮胎组。

进一步地，轮胎组包括两个轮胎，两个轮胎之间通过轴连接，轴的两端连接至轮胎架，轮胎架的底部通过两根液压杆和两根伸缩杆连接在机壳上，且液压杆与伸缩杆间隔设置，轮胎架上还穿插设置有可伸缩传动轴，可伸缩传动轴的顶部通过第一斜齿轮组连接至轮胎，且步进电机的输出端通过与其啮合的齿轮组连接至可伸缩传动轴。

进一步地，齿轮组包括啮合在步进电机输出端的齿轮，齿轮通过第二斜齿轮组与可伸缩传动轴连接。

进一步地，所述轮胎组为四组，且四组轮胎组均布在机壳周向上。

进一步地，所述的节状蛇形井下救援机器人通过光纤遥控，光纤一端连接至空气质量探测仪及遥控光纤连接装置，另一端连接至遥控器，所述光纤用于传输摄像头及红外探测装置的视频信号和蓄电池组、空气质量探测仪及遥控光纤连接装置的数据信号。

进一步地，所述机身为三节。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型机器人的设计考虑到如今煤矿井下救援具体的实施方案，煤矿救援时，有通过钻洞确定受困人员位置的方案。为了适应这种方案，特意设计了由若干机身形成的蛇形结构，具有在管道内垂直攀爬的功能，同时蛇形结构也拥有良好的越障能力，在救援过程中，摄像头及红外探测装置可以产生实时的画面信号以及红外探测信号，通过遥控光纤可以将信号实时反馈到操纵人员处，利于操控及探测。蓄电池组给整台机器人提供电源，包括运动所需及仪器工作所需。空气质量探测仪及遥控光纤连接装置会探测井下空气数据(主要是瓦斯浓度探测，氧气浓度探测等)，并与视频信号一起传递到操纵人员处，使其更加贴切如今煤矿井下救援的手段。

进一步地，轮胎组可以使机器人完成前进及后退运动，配合铰链可以完成转向运动。节状蛇形的机身拥有的细长机身给予了机器人良好的狭小空间通过性。轮胎组的伸缩杆给予了轮胎主动伸缩的功能。光纤连接机器人与遥控器，可以做到摄像头及红外探测装置产生的视频信号，及瓦斯浓度探测器，氧气浓度探测器等探测器产生的数据实时反馈到遥控器的屏幕中。

进一步地，机身上呈辐射状排列的四组带液压杆的轮胎组给予了机器人管道内垂直运动的能力。

进一步，带电机的铰链给予了机器人良好的转向能力及爬坡能力。

进一步，可以伸缩的轮胎组使机器人可以调节底盘高低，使其具备更加良好的通过性。

进一步，光纤连接遥控器的操纵方式使机器人与地面遥控器之间的数据传输速度更快。

进一步，模块化的机身构成给予了机器人在执行任务时可以通过增加机身节数来增加仪器及功能。

附图说明

图1是节状蛇形井下救援机器人整体示意图；

图2是节状蛇形井下救援机器人传动机构示意图；

图3是节状蛇形井下救援机器人轮胎架结构示意图；

图4是节状蛇形井下救援机器人的剖面图。

其中，1、铰链；2、机身；3、轮胎组；4、透明罩；5、机壳；6、步进电机；7、齿轮组；8、齿轮；9、第二斜齿轮组；10、液压杆；11、伸缩杆；12、轮胎；13、第一斜齿轮组；14、可伸缩传动轴；15、轮胎架；16、摄像头及红外探测装置；17、蓄电池组；18、空气质量探测仪及遥控光纤连接装置。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述：

如图1-4所示，一种节状蛇形井下救援机器人，包括三节机身2，连接三节机身2的带马达的铰链1，封闭住机器人两端的透明罩4，及安装在机身2上的轮胎组3，机身2包括圆柱形的机壳5以及连接在机壳5上的用于固定铰链1的连接件。

三节机身2均设有独立的传动***及不同功能的仪器，位于一端的机身2携带有摄像头及红外探测装置16，位于中部的机身2携带有蓄电池组17，位于另一端的机身2携带有空气质量探测仪及遥控光纤连接装置18。

独立的传动***包括机壳5，步进电机6，齿轮组7，轮胎组3。齿轮组7与步进电机6上的齿轮相互啮合带动轮胎组3转动。

所述的齿轮组7包括齿轮8和与齿轮8固定在同一根轴上的第二斜齿轮组9，所述的轮胎组3包括液压杆10，伸缩杆11，轮胎12，第一斜齿轮组13，可伸缩传动轴14，轮胎架15。齿轮8与步进电机6上的齿轮相互啮合，第二斜齿轮组9同时固定在可伸缩传动轴14上，第一斜齿轮组13一端与轮胎12固定，同时也固定在可伸缩传动轴14上。可伸缩传动轴14的底端固定在机壳5上，具***置则是机壳5内为步进电机6设计的安装槽上。

两根液压杆10与两根伸缩杆11间隔设置，一端固定在机壳5上，另一端固定在轮胎架15上。可伸缩传动轴14由机壳5上的小孔伸出，穿过轮胎架15，并与斜齿轮组13相连。两根液压杆10受控伸出或收缩时会带动轮胎架15一起伸缩，因而带动整个轮胎组3的伸缩。

机器人通过光纤遥控，光纤一端连接在所述的空气质量探测仪及遥控光纤连接装置18上，另一端连接在遥控器上，光纤负责传输所述的摄像头及红外探测装置16的视频信号和蓄电池组17、空气质量探测仪及遥控光纤连接装置18的数据信号。

下面对本实用新型的实施过程做进一步详细描述：

如图1所示，本实用新型一种节状蛇形井下救援机器人包括两个铰链1，三个机身2，共12个轮胎组3，两个透明罩4。机身2包含图2所示的传动***和图3所示的仪器。一个机身2上有4组轮胎组3，这4组轮胎组3呈放射状分布，其放射中心位于机身2的中心，且每两组轮胎组3的夹角为90度。放射状分布的轮胎组3使机器人翻覆后也具备行动能力。铰链1将相邻的机身2相连，铰链1自带马达，可以使两节机身2互相转动，两端的机身2由透明罩4进行封闭，在保护了圆柱体机身2内的仪器与机械结构的同时，不干扰探测仪器的正常工作。

图2所示的为传动***，包括轮胎组3，机壳5，步进电机6，齿轮组7。齿轮组7包括第二斜齿轮组9和齿轮8，齿轮8与步进电机6上的齿轮相啮合，将动力传递到第二斜齿轮组9上，再由第二斜齿轮组9带动轮胎组3的可伸缩传动轴14。所述的轮胎组3，步进电机6，齿轮组7均在机壳5上有固定位置。一个机身2内有一个步进电机6和四组齿轮组7，这4组齿轮组7完全相同，分别连接4组轮胎组3，可以使4组轮胎组3同步转动。

图3所示的为轮胎组3，包括液压杆10，伸缩杆11，轮胎12，第一斜齿轮组13，可伸缩传动轴14，轮胎架15。1个轮胎组3包括2根液压杆10，2根伸缩杆11，2个轮胎12，一组第一斜齿轮组13，1根可伸缩传动轴14，1个轮胎架15。2根液压杆10与2根伸缩杆11两两相隔，一端固定在机壳5上，另一端固定在轮胎架15上。可伸缩传动轴14由机壳5上的小孔伸出，穿过轮胎架15，并与第一斜齿轮组13相连。2根液压杆10受控伸出或收缩时会带动轮胎架15一起伸缩，因而带动整个轮胎组3的伸缩。一个轮胎组3内有2个，这2个轮胎12通过一根轴相连，且这根轴与斜齿轮组13相连。可伸缩传动轴14带动斜齿轮组13，再带动2个轮胎12运动。

图4所示的为节状蛇形井下救援机器人的剖面图，展示了节状蛇形井下救援机器人仪器的布置情况，第一节机身2内安装有摄像头及红外探测装置16。第二节机身2内安装有蓄电池组17，第三节机身2安装有空气质量探测仪及遥控光纤连接装置18。摄像头及红外探测装置16可以产生实时的画面信号以及红外探测信号，通过遥控光纤可以将信号实时反馈到操纵人员处，利于操控及探测。蓄电池组17给整台机器人提供电源，包括运动所需及仪器工作所需。空气质量探测仪及遥控光纤连接装置18会探测井下空气数据(主要是瓦斯浓度探测，氧气浓度探测等)，并与视频信号一起传递到操纵人员处。

本实用新型的运动方式有以下三种:

一：纵向直线运动，由12个轮胎组3实现，遥控输入前进信号时，三个机身2内的步进电机6开始转动，依靠传动***带动轮胎组3，完成前进纵向直线运动。需要调节速度或完成倒车运动，仅需要调节步进电机6即可。

二：转弯运动，由两个自带马达的铰链1完成，当要开始进行转向时，铰链1带动与之相连的2节机身2转动成角度，且轮胎组3保持运动，以此完成运动方向的改变，完成转弯运动，转弯幅度则通过控制铰链1完成。

三：爬升越障运动，由12个轮胎组3和铰链1共同实现，当前方遇到断层时，以后两节机身2为锚，铰链1带动第一节机身2抬起，架在断层上，并带动后两节机身2跨越障碍。当前方遇到类似管道的需要垂直爬升的地形时，以后两节机身2为锚，铰链1带动第一节机身2抬起进入管道内，此时，第一节机身2的4个轮胎组3通过液压杆向外伸出，顶在管壁上提供压力，此时轮胎组3转动，机器人完成向上的爬升运动。

本实用新型的工作运动路径如下：

首先，通过遥控器启动机器人，摄像头及红外探测装置16，空气质量探测仪及遥控光纤连接装置18开始运作。视频信号，红外信号，空气质量探测仪和蓄电池的数据信号通过光纤传输到遥控器上。当需要完成前进动作时，操作人员输入前进命令和速度，步进电机6正转，依靠传动机构带动轮胎组3，完成前进直线运动。加速时，操作人员输入速度，步进电机6加速正转，完成直线加速。当需要完成转弯操作时(以右转为例)，操作人员右转命令，铰链1带动与之相连的2节机身2转动成角度，且轮胎组3保持运动，以此完成运动方向的改变，完成转向。在机器人的运动过程中，操作人员可以通过遥控器上的显示屏看到机器人前方的画面，还能直观的看到机器人所处空间内的空气质量状况和机器人剩余电量等信息。

以上，仅为本实用新型的较佳实施例，并非仅限于本实用新型的实施范围，凡依本实用新型范围的内容所做的等效变化和修饰，都应为本实用新型的技术范畴。

Claims (7)

1.一种节状蛇形井下救援机器人，其特征在于，包括若干机身(2)，相邻的机身(2)通过带有马达的铰链(1)连接，所述机身(2)包括圆柱形的机壳(5)以及连接在机壳(5)上的用于固定铰链(1)的连接件，机壳(5)的上设置有传动***，位于两端的机身(2)的自由端均连接有透明罩(4)，其中，位于一端的机身(2)中设置有摄像头及红外探测装置(16)，位于另一端的机身(2)中设置有空气质量探测仪及遥控光纤连接装置(18)，位于中部的机身(2)中设置有为传动***、摄像头及红外探测装置(16)以及空气质量探测仪及遥控光纤连接装置(18)供电的蓄电池组(17)。

2.根据权利要求1所述的一种节状蛇形井下救援机器人，其特征在于，传动***包括设置在机壳(5)中的步进电机(6)以及分布在机壳(5)周向上的若干轮胎组(3)，且步进电机(6)的输出端通过与其啮合的齿轮组(7)连接至轮胎组(3)。

3.根据权利要求2所述的一种节状蛇形井下救援机器人，其特征在于，轮胎组(3)包括两个轮胎(12)，两个轮胎(12)之间通过轴连接，轴的两端连接至轮胎架(15)，轮胎架(15)的底部通过两根液压杆(10)和两根伸缩杆(11)连接在机壳(5)上，且液压杆(10)与伸缩杆(11)间隔设置，轮胎架(15)上还穿插设置有可伸缩传动轴(14)，可伸缩传动轴(14)的顶部通过第一斜齿轮组(13)连接至轮胎(12)，且步进电机(6)的输出端通过与其啮合的齿轮组(7)连接至可伸缩传动轴(14)。

4.根据权利要求3所述的一种节状蛇形井下救援机器人，其特征在于，齿轮组(7)包括啮合在步进电机(6)输出端的齿轮(8)，齿轮(8)通过第二斜齿轮组(9)与可伸缩传动轴(14)连接。

5.根据权利要求2所述的一种节状蛇形井下救援机器人，其特征在于，所述轮胎组(3)为四组，且四组轮胎组(3)均布在机壳(5)周向上。

6.根据权利要求1所述的一种节状蛇形井下救援机器人，其特征在于，所述的节状蛇形井下救援机器人通过光纤遥控，光纤一端连接至空气质量探测仪及遥控光纤连接装置(18)，另一端连接至遥控器，所述光纤用于传输摄像头及红外探测装置(16)的视频信号和蓄电池组(17)、空气质量探测仪及遥控光纤连接装置(18)的数据信号。

7.根据权利要求1所述的一种节状蛇形井下救援机器人，其特征在于，所述机身(2)为三节。