CN101480793A - 搜救机器人 - Google Patents
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Abstract
一种搜救机器人，属于工业机器人领域，由头部、身部和尾部组成。头部与尾部结构相同为圆锥状结构，它们的前端分别设有头锥，头锥内装有摄像头和照明灯；所述的身部由多个独立的身部单元构成，各身部单元之间、身部单元与头部、尾部之间轴向连接成机器人整体；所述机器人的头部、身部和尾部外壳均为圆柱形结构；所述外壳上均设有多个圆周分布的活动卡爪。在程序控制下，搜救机器人可在复杂表面上前后蠕动爬行、转弯和越障，在狭小缝隙间穿行，用于对废墟下的受困人员搜寻和救助。操控自如，工作效率高。
Description
技术领域
本发明属于工业机器人领域，特别涉及一种用于进入灾难废墟内搜寻受困人员并给予救助的搜救机器人。
背景技术
近年来，地震、矿难等灾害时有发生，严重威胁着人类的安全，引起了人们广泛关注。由于灾难发生后的废墟下通道狭窄，并存在二次倒塌的危险，施救人员无法深入进行侦察或施救，人们急于探知灾难现场的内部险情，但又无法接近或进入灾难现场。
国内有关蛇形机器人有一些研究成果，如：专利02109369.5提及一种由记忆合金弹簧驱动的蛇形机器人，通过加热、冷却记忆合金驱动机器人作前后、左右、转弯运动；专利02280911.2提出一种模块化可变结构蛇形机器人，由多个相同结构的单自由度关节模块组成，每个模块由伺服驱动器电机控制。其不足之处是：驱动结构复杂，操控有难度。
发明内容
本发明的目的在与针对现有技术的不足，提供一种搜救机器人，该机器人结构科学，可在复杂表面上前后爬行、转弯和越障，在狭小缝隙间穿行，操控简单，利用摄像机、传感器等进入废墟下探测和定位受伤者，还可以为伤者送去必要的药品和食物。
实现上述发明目的采用以下技术方案：一种搜救机器人，包括：头部、身部和尾部，其特征在于：所述的头部与尾部结构相同为圆锥状结构，它们的前端分别设有头锥，头锥内装有摄像头和照明灯；所述的身部由多个独立单元构成，各独立单元之间、独立单元与头部、尾部之间轴向连接成机器人整体；所述机器人的头部、身部和尾部外壳均为圆柱形结构；所述外壳上均设有多个圆周分布的活动卡爪。
采用上述技术方案，与现有技术相比，该搜救机器人可在复杂表面上前后蠕动爬行、转弯和越障，在狭小缝隙间穿行，用于对废墟下的受困人员搜寻和救助。搜救机器人的参与可以有效地提高救援的效率和减少施救人员的伤亡，它们不但能够帮助工作人员执行救援工作，而且能够代替工作人员执行搜救任务，在灾难救援中起着越来越重要的作用。由于本发明蛇形机器人体型细长，重心低，更适合在废墟的复杂环境下运动。而且本发明的整体结构科学、合理，便于操控。
附图说明
图1是本发明搜救机器人的总体结构示意图。
图2是本发明搜救机器人头部结构示意图。
图3是本发明搜救机器人头锥运动原理图。
图4是本发明搜救机器人驱动机构原理图。
图中，头部1，身部2，尾部3，摄像头4，照明灯5，锥瓣6，驱动器7，卡爪8，身部单元9，头锥10，球体11，锥瓣转轴12，推盘13，头锥电磁铁线圈14，头部外壳15，头锥弹簧16，头锥衔铁17，接板18，弹簧19，牵引绳20，单元体21，身部电磁铁线圈22，身体衔铁23，卡爪轴24，推盘25，身部或头部单元外壳26，电磁铁线圈27，弹簧28，衔铁29。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的描述。
参见附图1，本实施例搜救机器人由头部1、身部2和尾部3三部分相连而成，头部1与尾部3结构相同为圆锥状结构。身部2由多个独立的身体单元9构成，各独立身体单元9轴向连接组成身部2。头部1、身部2和尾部3之间轴向连接成机器人整体。机器人的头部1、身部2和尾部3的外壳均为圆柱形结构。根据设计需要在圆柱形的外壳上设有多个圆周分布的活动卡爪8。
见图1～2，本实施例的头部1、尾部3的端部是可张合的分瓣式头锥10，头锥10内为空腔，空腔内的头体上装有摄像头4和若干个照明灯5。闭合的头锥10的外形为圆锥状，这种结构便于穿越狭小空间、保护摄像头4和照明灯5。头锥10由4片结构相同的可张合的分瓣式锥瓣6组成，每个锥瓣6都分别安装在自身的锥瓣转轴12上，通过锥瓣转轴12与头部1或尾部3外壳15连接，锥瓣6可绕锥瓣转轴12转动。头锥10内安装有由头锥电磁铁线圈14、头锥弹簧16、头锥电磁衔铁17组成的头锥电磁铁，其中头锥电磁铁线圈14与头部或尾部外壳15焊接。锥瓣转轴12与安装在头锥10内的头锥电磁铁相配合。推盘13与衔铁固定连接位于头锥10内。推盘13之间安装有球体11，球体11与锥瓣6连接为一体。所有锥瓣6在锥瓣电磁铁和锥瓣弹簧16的驱动下实现张、合动作。锥瓣电磁铁线圈14接电时，锥瓣电磁衔铁17轴向运动，通过推盘13推动各锥瓣6绕其锥瓣转轴12转动，并压缩锥瓣弹簧16，带动锥瓣6向外张开。其张开过程可扩张通道，张开后的头锥10内表面起到聚光的作用，头锥10张合动作还可用以抓放物体。当锥瓣电磁铁线圈14失电时，锥瓣电磁衔铁17和推盘13在锥瓣弹簧16恢复力的作用下回位，带动头锥向内闭合。闭合的锥瓣6在头、尾部前端构成一个圆锥体。
参见附图1、附图3，本实施例机器人的身部2由多个独立的身体单元9组成，各身体单元9之间、身体单元9与头、尾部间轴向相连。每个身体单元9由接板18、驱动器7和单元体21构成。每个身体单元有自己的驱动器7，驱动器7位于接板18与单元体21之间。单元体21内为空腔，根据功能不同，各单元体21内装有控制系统如传感器、控制部件、电源或食品等。
驱动器7由四个套连接于接板18与单元体21之间的驱动机构构成，四个驱动机构在机器人横截面上圆周分布。每个驱动机构由弹簧19、牵引绳20和由电磁铁线圈22和衔铁23组成的驱动电磁铁构成。弹簧19轴线与单元体21轴线平行，牵引绳20位于弹簧19中心。牵引绳20一端与接板18连接，另一端与电磁衔铁23相连接，电磁铁线圈22与单元体21连接。四个驱动机构在机器人横截面上圆周分布。电磁铁线圈22通电时产生的磁场力驱动衔铁23移动，衔铁23拉动牵引绳20压缩弹簧19；电磁铁线圈22失电时磁场力消失，弹簧19恢复原长度。通过改变电磁铁线圈22的电流大小控制弹簧19压缩量。
参见附图1、附图4，本实施例在各单元体和头、尾部均设置有多个圆周分布的活动卡爪8，卡爪8分别套装在自身的卡爪轴24上，通过卡爪轴24与身部或头部单元壳26连接，卡爪8可绕其卡爪轴24转动。卡爪8上的球体位于两推盘25之间，推盘25位于头、尾部及身部的外壳内，分别与各自的电磁铁连接。如图4，同一圆周上的所有活动卡爪8均与电磁铁衔铁相连，同一圆周上的所有活动卡爪8与一个推盘25相连，推盘25与电磁衔铁29固接。电磁铁线圈27接电后电磁衔铁29通过推盘25带动卡爪8绕卡爪轴24旋转，同时压缩弹簧28，图4中卡爪左端翘起突出于圆柱体外壳26外；电磁铁线圈27失电时，弹簧28恢复力带动衔铁29和推盘25回位，并带动卡爪8反向旋转，右端翘起突出于圆柱体外壳26外。
本发明的头部、身部和尾部连接在一起组成蛇状机器人，机器人内部有控制计算机和控制元器件，由计算机控制所有电磁铁线圈的通断及电流，来实现发明目的。
在计算机程序控制下，各单元间协调动作完成机器人前进、后退、转弯、越障运动。向前运动时，电磁铁线圈27不接电，所有卡爪8在弹簧28的作用下与前进方向相反端翘起。根据运动指令各驱动电磁铁线圈22顺序接电、失电。当同一驱动器上的四个电磁铁线圈22接通同样大小的电流，拉动四根弹簧19以同样的收缩量同时收缩时，驱动器连接的两个单元相对距离将减小，由于前单元卡爪卡住地面不能向后运动而静止，则后单元在弹簧力的作用下向前运动；当电磁铁失电时，四根弹簧恢复长度伸长推动前后单元相对距离增大，由于后单元卡爪8卡住地面不能向后运动而静止，则前单元在弹簧力的作用下向前运动。如此往复对驱动器电磁铁线圈22接、失电，机器人将不断向前蠕动前进。如果电磁铁线圈27接电，衔铁29运动带动所有卡爪8另一端翘起，则上述驱动器电磁铁线圈的接电、失电过程中，机器人将向相反方向蠕动前进。
上述接电过程中，同一驱动器中四个电磁铁线圈电流不同时，四根弹簧的收缩量不同。当左右两个弹簧收缩量不同时，机器人将转弯运动；上下弹簧收缩量不同时，机器人将上下运动。
以上是根据附图所示的实施方式所做的说明，这些实施方式只是个例说明，并不意味着限制。在本发明技术方案的指导下做出的实施方式，均属本发明的保护范围。
Claims (4)
1、一种搜救机器人，包括：头部、身部和尾部，其特征在于：所述的头部与尾部结构相同为圆锥状结构，它们的前端分别设有头锥，头锥内装有摄像头和照明灯；所述的身部由多个独立的身部单元构成，各身部单元之间、身部单元与头部、尾部之间轴向连接成机器人整体；所述机器人的头部、身部和尾部外壳均为圆柱形结构；所述外壳上均设有多个圆周分布的活动卡爪。
2.根据权利要求1所述的搜救机器人，其特征在于：所述的头锥内为空腔，空腔内的头体上装有摄像头和照明灯，头锥由多个可张合的分瓣式锥瓣构成，每个锥瓣均通过各自的锥瓣转轴与与其对应的头、尾部外壳连接，所述锥瓣的张合动作由安装在头锥内的头锥电磁铁衔铁推拉实现。
3、根据权利要求1所述的搜救机器人，其特征在于：所述的身部单元由接板、驱动器和单元体构成，其中驱动器位于接板与单元体之间，该驱动器由弹簧、牵引绳和驱动电磁铁构成，所述弹簧轴线与单元体轴线平行，所述牵引绳位于所述弹簧的中心位置，一端与接板固接，另一端与驱动电磁铁的衔铁相连，电磁铁线圈与单元体固接，多个驱动器在机器人横截面上圆周分布。
4、根据权利要求1所述的搜救机器人，其特征在于：所述的同一圆周上的所有活动卡爪均与一个电磁铁衔铁相连。
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