CN101134313A - 排爆排险机器人 - Google Patents

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    • B25J11/0025—Manipulators for defensive or military tasks handling explosives, bombs or hazardous objects

Abstract

本发明涉及一种小型排爆排险机器人。主要包括行走部分、机械手部分、机体部分、云台部分及控制部分，其机体部分的设备舱和电池舱及云台部分设置在后底盘上，行走部分为左右两部分，对称联接在机体部分的前底盘和后底盘两侧，机械手部分设置在机体部分的前底盘上，所述的行走部分的尾部左右两侧设置有尾撑部分；机械手部分采用多自由度，既保证足够的抓重能力，又提高机器人通过狭窄空间的能力，弹性尾部支撑结构起到缓冲作用，不易发生倾覆，使用安全可靠；具有接近大型机器人的功能，对复杂地形的适应能力强，越障能力强，可替代人工排查，直接用于任务现场进行侦察、排除和处理爆炸物及其他危险品，也可适用于一些带进攻性的军事化行动，是安防反恐队伍中必不可少的警用军用重要装备。

Description

排爆排险机器人
技术领域
本发明属于机器人领域，涉及一种小型排爆排险机器人。
背景技术
排爆排险机器人又称为“危险作业机器人”，最早被用来在剧毒，核辐射等极端危险环境下，代替人类完成各项作业。由于其可以代替人类进行危险作业，因此得到迅速发展。在阿富汗与伊拉克战争中，各种侦察机器人，排雷机器人，核生化监测机器人等已投入实际应用；随着各国对国家安全，社会治安等公共事业的高度重视，以反恐排爆和排险救援为特征的排爆排险机器人研究发展十分迅速。
英、美等国从60年代后期开始就要开始使用排爆机器人进行作业，著名的Andros F6A、超级手推车等机器人更是在全世界广泛使用。上世纪90年代以来，我国的各研究机构、相关单位也已经在警用机器人方面取得了相当大的进展，从仿制国外产品到自主研发，基本已经形成了有自己特色的警用机器人产品。中科院沈阳自动化所、瑞琪公司等单位开发生产的DRAGON系列、灵蜥系列排爆排险机器人已经在新疆、四川、北京、广州等地警方广泛使用，成功完成了多例危险爆炸物侦查、处置任务，创造了巨大的社会效益。
按照目前机器人的重量和尺寸分类，可粗略分为大型机器人和小型/微型机器人。传统的大型排爆排险机器人任务执行能力高，但体积大，重量高，尤其是大中型地面移动机器人的行进部分多采用轮腿复合式，后部拥有足够大的配重，造成结构庞大而复杂，后部过重不利于机器人在翻越楼梯时的稳定性；传统的机械手部分大多采用效率较低的蜗轮蜗杆减速器结构，其机械手约占全部重量的1/5，对于60kg的机器人来说，如果要保持接近大型机器人的作业能力，则机械手和抓取的重物可占到机器人人全部重量的近1/2，当机械手越长，位于机械手末端的重物产生的翻转力矩越大，重心越不稳，而且大型机械手机动性弱，不能进入狭小空间，造价昂贵，维护成本高。小型机器人由于体积小导致地形适应能力较差，自重轻带来的机械手较小，作业能力不足，而且在下楼梯或台阶过程中会有严重的冲击，容易发生倾覆。由于现有的机器人操作控制方式单一，控制器集成度不高，人性化设计不足，不但操作不便，而且机器人的机动范围和机动性受限，易造成对现场爆炸物产生信号干扰，甚至导致爆炸，安全可靠性较差。
目前世界范围内能实现接近大型机器人功能的小型排爆排险机器人研究刚刚起步，国内对这方面的研究也还未见相关报导。因此，研究一种具备或接近大型排爆排险机器人性能的小型机器人，对执行排爆排险任务具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种体积小，重量轻，机动性强，具有接近大型机器人功能的小型排爆排险机器人。
本发明采用的技术方案：一种排爆排险机器人，主要包括行走部分、机械手部分、机体部分、云台部分及控制部分，其机体部分的设备舱和电池舱及云台部分设置在后底盘上，行走部分为左右两部分，对称联接在机体部分的前底盘和后底盘两侧，机械手部分设置在机体部分的前底盘上，所述的行走部分的尾部左右两侧设置有尾撑部分。
所述的行走部分的机架侧板由联接板联接，机架上安装有从动轮、承重轮、主动轮、张紧轮，并啮合履带，主动轮联接电机组件。
所述的机械手部分的底盘组件上活动联接第一关节组件，第一关节组件活动联接第二关节组件，第二关节组件活动联接手腕关节组件，手腕关节组件活动联接夹持器组件，机械手摄像机设置在手腕关节组件上。
所述的底盘组件的大转盘设置在转轴上，转轴插接在机体部分的前底盘上，小转盘设置在小转轴上，通过联接板安装在支架的一侧端面上，电机组件设置在小转盘上。
所述的第一关节的减速器组件安装在转臂孔内，转臂的一端安装在底盘组件的支架内，减速器组件联接电机组件。
所述的第二关节的电机组件、减速器组件通过联接盘安装在第一关节的转臂一侧端面，关节支架联接在第一关节的转臂的另一侧端面。
所述的手腕关节的夹持电机组件与旋转电机组件联接，旋转电机组件设置在手爪旋转套内，手爪旋转套与悬臂联接，悬臂与第二关节的关节支架联接。
所述的夹持器的手爪支架联接在手腕关节的夹持电机上，手爪支架上设置有转轴，转轴上设置有两爪臂，其上安装有盖板，两爪臂前端通过手爪转轴安装有两手爪。
所述的云台部分的底座安装在机体部分的后底盘上，伸缩杆柱下端联接在底座上，上端联接云台支架，云台支架内安装有机壳，机壳内设置有摄像头。
所述的尾撑部分的尾撑支架联接在行走部分的联接板上，弹性轴组件和尾撑支杆的一端分别联接在尾撑支架的上下孔内，另一端共同联接在尾轮的轮轴上；所述的弹性轴组件的弹簧套筒内设置有弹簧、推杆，弹簧套筒末端联接压杆，压杆联接后铰链，弹簧套筒前端联接压杆套；推杆联接螺纹筒，螺纹筒联接前铰链。
本发明所具有的积极有益效果：
1.行进部分采用三角形履带驱动，结构简单，重量轻，爬楼梯速度快，对复杂地形的适应能力强，越障能力强，安全可靠性高；
2.采用将机械手作为爬越楼梯时的配重，即机器人爬越楼梯时将整个机械臂向前伸出，作为前部配重，在不需要爬越楼梯的场合，将手臂收回，减小机器人的投影面积，既保证足够的抓重能力，又提高机器人通过狭窄空间的能力，重心稳，平衡性好，不易发生倾覆；而且采用诸如谐波减速器及碳纤维杆等新材料、新部件，大大减轻了整个机械手的重量，造价更为低廉；
3.机械手部分为一独立部件，采用多自由度，在较轻的重量下实现了机械臂伸展长度1米，能够排除最大15kg的危险物品，可以抓取桌下甚至车底的危险物品，排爆排险灵活机动，并具有良好的维护性；
4.采用弹性尾部支撑结构，使机器人在需要爬越障碍时能够延长机器人底盘的有效长度，避免机器人倾覆；同时，在机器人从障碍物下来时能对机器人起到缓冲作用，避免机器人受到频繁的冲击；在无需爬越障碍物时，可以很便捷的将尾部支撑结构拆卸，从而提高机器人的灵活性；
5.具有无线、有线两套控制链路遥控机器人超视距进行作业，机器人在场地复杂，不要求无线电屏蔽时采用无线遥控，无线控制距离大于300m，可大幅度提高机器人的机动范围和机动性，当现场需要无线电屏蔽时，机器人和控制台之间可以用线缆联接，采用有线控制，避免对现场爆炸物产生信号干扰导致爆炸，使用安全可靠；
6.便携式操作控制器集成在一个安全箱中，防水、防压、抗震、抗摔，使用安全性高，图形化操作界面使用更为方便，便于武警官兵能够以最快的速度掌握机器人的操作方式；
7.体积仅为800×400×500mm，重量在50kg以下，由于体积小，重量轻，因而在执行任务过程无需专用车辆，可大幅度缩短出警反应时间；
8.本发明具有接近大型机器人的功能，可替代人工排查，直接用于任务现场进行侦察、排除和处理爆炸物及其他危险品，也可适用于一些带进攻性的军事化行动，是安防反恐队伍中必不可少的警用军用重要装备。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明结构示意图的主视图；
图3为本发明结构示意图的俯视图；
图4为本发明结构分解示意图；
图5为本发明的行走部分分解示意图；
图6为本发明的机械手部分结构示意图；
图7为本发明的机械手底盘组件分解示意图；
图8为本发明的机械手第一关节分解示意图；
图9为本发明的机械手第二关节分解示意图；
图10为本发明的机械手手腕关节分解示意图；
图11为本发明的机械手夹持器分解示意图；
图12为本发明的云台部分分解示意图；
图13为本发明的尾撑部分分解示意图；
图14为本发明的尾撑部分弹性轴组件分解示意图。
具体实施方式
参阅图1、图2、图3、图4所示，一种排爆排险机器人，主要由行走部分1、机械手部分2、机体部分3、云台部分4、尾撑部分5及控制部分等构成；其机体部分3包括设备舱301、电池舱302、前底盘303、后底盘304等零部件，设备舱301和电池舱302各为一独立部件，均设置在后底盘304上，可以分别拆卸、维护、运输；云台部分4设置在机体部分3的后底盘304上；行走部分1为左右两部分，对称联接在机体部分3的前底盘303和后底盘304两侧；机械手部分2制作成一独立部件插接在机体部分3的前底盘303上；尾撑部分5为左右两部分，分别联接在行走部分1的尾部左右两侧。
参阅图5所示，所述的行走部分1左右结构相同，主要包括电机组件101、履带102、张紧轮103、联接板104、机架105、从动轮106、承重轮107、主动轮108等零部件；其机架105为左右两侧板，其上两端安装有两个从动轮106组件，中部安装有数个用于提高履带中部及前端负载能力的承重轮107组件，一端安装有一个主动轮108组件，另一端安装有一个用于调整履带102张紧度的张紧轮103组件，并分别与越野性能好的三角形履带102啮合，两侧机架105与水平方向的两个从动轮106和一个主动轮108构成一个稳定的三角形结构，通过联接板104联接在一起，主动轮108联接电机组件101；所述的从动轮106组件、承重轮107组件、主动轮108组件及张紧轮103组件均为公知技术，主要由转轴、轴承、轴套、联接法兰等零部件构成，可市售成套标准件；所述的电机组件101为公知技术，包括微型电机、输出轴及轴承、轴套、联接法兰等零部件，可市售成套标准件。
参阅图6所示，所述的机械手部分2是机器人作业的主要执行机构，主要包括底盘组件201、第一关节202、第二关节203、手腕关节204、夹持器205五个自由度旋转机构以及机械手摄像机206等零部件；其底盘组件201上活动联接第一关节202组件，第一关节202组件活动联接第二关节203组件，第二关节203组件活动联接手腕关节204组件，手腕关节204组件活动联接夹持器205组件；机械手摄像机206为现有技术，安装在手腕关节204组件上，机械手摄像机206可以观测到带排出物体的图像信息，实时采集机械手部分2的图像信息提供给控制器。
参阅图7所示，所述的底盘组件201包括大转盘2011、转轴2012、小转盘2013，小转轴2014、联接板2015、支架2016、电机组件2017等零部件；其大转盘2011设置在转轴2012上，转轴2012直接插接在机体部分3的前底盘303上，小转盘2013设置在小转轴2014上，通过联接板2015安装在支架2016的一侧端面上，电机组件2017设置在小转盘2013上，可带动小转盘2013实现机械手水平自由度转动；所述的电机组件2017为公知技术，可市售成套标准件。
参阅图8所示，所述的第一关节202包括转臂2021、减速器组件2022、电机组件2023等零部件；其减速器组件2022安装在转臂2021孔内，转臂2021的一端安装在底盘组件201的支架2016内，减速器组件2022联接电机组件2023；所述的减速器组件2022、电机组件2023均为公知技术，可市售成套标准件。
参阅图9所示，所述的第二关节203包括电机组件2031、减速器组件2032、联接盘2033、关节支架2034等零部件；其电机组件2031、减速器组件2032通过联接盘2033安装在第一关节202的转臂2021的一侧端面，关节支架2034联接在第一关节202的转臂2021的另一侧端面；所述的电机组件2031、减速器组件2032均为公知技术，可市售成套标准件。
参阅图10所示，所述的手腕关节204包括手爪旋转套2041、旋转电机2042、夹持电机2043、悬臂2044等零部件；其夹持电机2043组件与旋转电机2042组件联接，旋转电机2042组件设置在手爪旋转套2041内，手爪旋转套2041与悬臂2044联接，悬臂2044与第二关节203的关节支架2034联接；所述的旋转电机2042组件、夹持电机2043组件均为公知技术，可市售成套标准件。
参阅图11所示，所述的夹持器205包括手爪支架2051、转轴2052、盖板2053、爪臂2054、手爪2055、手爪转轴2056等零部件；其手爪支架2051联接在手腕关节204的夹持电机2043上，手爪支架2051上设置有转轴2052，转轴2052上设置有两爪臂2054，其上安装有盖板2053，两爪臂2054前端通过手爪转轴2056安装有两手爪2055。
参阅图12及图2所示，所述的云台部分4包括摄像头401、机壳402、云台支架403、伸缩杆柱404、底座405等零部件；其底座405安装在机体部分3的后底盘304上，伸缩杆柱404下端联接在底座405上，上端联接有云台支架403，云台支架403为云台部分4提供水平旋转和俯仰两个自由度，实现摄像机水平和竖直两个方向的运动，可以观察到整个机器人的工作状态和机器行进方向的环境；云台支架403内安装有机壳402保护摄像机，使摄像机系统具有IP67的防护等级，机壳402内设置有摄像头401。
参阅图13所示，所述的尾撑部分5为三角形弹性结构，可以起到正面、地面、尾部的缓冲作用及延长机器人本体尺寸的作用，同时使尾撑部分5在不同的受力条件下有不同的工作形态，以适应机器人爬越楼梯、翻越障碍的需要；主要包括尾轮501、弹性轴502组件、尾撑支架503、尾撑支杆504等零部件；其尾撑支架503联接在行走部分1的联接板104上，弹性轴502组件和尾撑支杆504的一端分别联接在尾撑支架503的上下孔内，另一端共同联接在尾轮501的轮轴上。
参阅图14所示，所述的尾撑部分5的弹性轴502组件包括前铰链5021、压杆套5022、弹簧5023、压杆5024、后铰链5025、弹簧套筒5026、推杆5027、螺纹筒5028等零部件；其弹簧套筒5026内设置有弹簧5023、推杆5027，弹簧套筒5026末端联接压杆5024，压杆5024联接后铰链5025，弹簧套筒5026前端联接压杆套5022；推杆5027联接螺纹筒5028，螺纹筒5028联接前铰链5021。
本发明控制部分采用现有无线、有线两套控制链路，便携式操作控制器集成在一个安全箱中，防水、防压、抗震、抗摔，采用图形化操作界面，便于武警官兵能够以最快的速度掌握机器人的操作方式；机器人在场地复杂，不要求无线电屏蔽时采用无线遥控，机动范围和机动性大，当现场需要无线电屏蔽时，机器人和控制器之间采用线缆联接，避免对现场爆炸物产生信号干扰导致爆炸，使用安全可靠。

Claims (10)

1.一种排爆排险机器人，主要包括行走部分、机械手部分、机体部分、云台部分及控制部分，其机体部分的设备舱和电池舱及云台部分设置在后底盘上，行走部分为左右两部分，对称联接在机体部分的前底盘和后底盘两侧，机械手部分设置在机体部分的前底盘上，其特征在于所述的行走部分(1)的尾部左右两侧设置有尾撑部分(5)。
2.根据权利要求1所述的排爆排险机器人，其特征在于所述的行走部分(1)的机架(105)侧板由联接板(104)联接，机架(105)上安装有从动轮(106)、承重轮(107)、主动轮(108)、张紧轮(103)，并啮合履带(102)，主动轮(108)联接电机组件(101)。
3.根据权利要求1所述的排爆排险机器人，其特征在于所述的机械手部分(2)的底盘组件(201)上活动联接第一关节(202)组件，第一关节(202)组件活动联接第二关节(203)组件，第二关节(203)组件活动联接手腕关节(204)组件，手腕关节(204)组件活动联接夹持器(205)组件，机械手摄像机(206)设置在手腕关节(204)组件上。
4.根据权利要求3所述的排爆排险机器人，其特征在于所述的底盘组件(201)的大转盘(2011)设置在转轴(2012)上，转轴(2012)插接在机体部分(3)的前底盘(303)上，小转盘(2013)设置在小转轴(2014)上，通过联接板(2015)安装在支架(2016)的一侧端面上，电机组件(2017)设置在小转盘(2013)上。
5.根据权利要求3所述的排爆排险机器人，其特征在于所述的第一关节(202)的减速器组件(2022)安装在转臂(2021)孔内，转臂(2021)的一端安装在底盘组件(201)的支架(2016)内，减速器组件(2022)联接电机组件(2023)。
6.根据权利要求3所述的排爆排险机器人，其特征在于所述的第二关节(203)的电机组件(2031)、减速器组件(2032)通过联接盘(2033)安装在第一关节(202)的转臂(2021)一侧端面，关节支架(2034)联接在第一关节(202)的转臂(2021)的另一侧端面。
7.根据权利要求3所述的排爆排险机器人，其特征在于所述的手腕关节(204)的夹持电机(2043)组件与旋转电机(2042)组件联接，旋转电机(2042)组件设置在手爪旋转套(2041)内，手爪旋转套(2041)与悬臂(2044)联接，悬臂(2044)与第二关节(203)的关节支架(2034)联接。
8.根据权利要求3所述的排爆排险机器人，其特征在于所述的夹持器(205)的手爪支架(2051)联接在手腕关节(204)的夹持电机(2043)上，手爪支架(2051)上设置有转轴(2052)，转轴(2052)上设置有两爪臂(2054)，其上安装有盖板(2053)，两爪臂(2054)前端通过手爪转轴(2056)安装有两手爪(2055)。
9.根据权利要求1所述的排爆排险机器人，其特征在于所述的云台部分(4)的底座(405)安装在机体部分(3)的后底盘(304)上，伸缩杆柱(404)下端联接在底座(405)上，上端联接云台支架(403)，云台支架(403)内安装有机壳(402)，机壳(402)内设置有摄像头(401)。
10.根据权利要求1所述的排爆排险机器人，其特征在于所述的尾撑部分(5)的尾撑支架(503)联接在行走部分(1)的联接板(104)上，弹性轴(502)组件和尾撑支杆(504)的一端分别联接在尾撑支架(503)的上下孔内，另一端共同联接在尾轮(501)的轮轴上；所述的弹性轴(502)组件的弹簧套筒(5026)内设置有弹簧(5023)、推杆(5027)，弹簧套筒(5026)末端联接压杆(5024)，压杆(5024)联接后铰链(5025)，弹簧套筒(5026)前端联接压杆套(5022)；推杆(5027)联接螺纹筒(5028)，螺纹筒(5028)联接前铰链(5021)。
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Pledgor: Beijing Universal Pioneering Technology Co., Ltd.

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Granted publication date: 20091028

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