CN101703829B

CN101703829B - 一种井下救援机器人

Info

Publication number: CN101703829B
Application number: CN2009101882408A
Authority: CN
Inventors: 沈岗; 师帅; 李振远; 邹康权; 杨翊; 王丹
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2009-10-28
Filing date: 2009-10-28
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2029-10-28
Also published as: CN101703829A

Abstract

一种井下救援机器人，属于机器人技术领域。本发明提供一种井下救援省力、快捷、准确性高、可高效率地实施井下救援任务的井下救援机器人。本发明包括机架，在机架内固定有具有通孔的固定台，在固定台的上方固定有升降电机，升降电机的电机轴通过固定台的通孔与丝杠相连；在固定台的下方设置有具有螺纹的升降台，升降台的螺纹与丝杠相对应；在固定台的下方、升降台的上方分别设置有液压缸，液压缸的活塞杆与伸缩杆相连；在升降台的上方固定有旋转电机，旋转电机的电机轴通过升降台上的通孔与三端连接件一侧的一端相连，三端连接件另外一侧的两端与具有凹槽及通孔的第一固定板和第二固定板的顶端相连，在第一固定板、第二固定板上设置有机械手。

Description

一种井下救援机器人

技术领域：

本发明属于机器人技术领域，特别涉及一种井下救援机器人，主要应用于机械救援领域。

背景技术：

现有的井下救援装置还不成熟，一般都是靠人力实施救援，具体的施救方式是施救者在井口倒置着，将待救者拉上来或者用绳索等救生器材将待救者拉出井口。这样既费时又耗力，而且效率低，关键是这种方法并不一定都可取，成功率小。

目前，在救援过程中所采用的少数井下救援装置，都是由救援人员在紧急情况下临时自制的。例如，中国警察网曾报道：2009年9月2日，河南省浚县黎阳镇桑庄村一农妇不慎坠入玉米地机井内，消防官兵利用自制的井下救援工具将其安全救出。消防官兵自制的救援工具很简易，几块涂红的铁片用螺丝拧紧，成了一个“剪刀状”的救援工具。消防官兵将该救援工具抛向井底，被困者将救援工具系在身上，消防官兵再利用三角架直接将被困者从井底拉出。此类简易的自制井下救援装置虽然在救援过程中起到了一定的作用，但是，其仍存在如下缺点：

1、靠人工作业，救援装置到达被困者的位置后，不能根据被困者的具体方位而调整至最合适的救援角度；2、费力耗时，人工施力不稳定，不能保证整个救援过程平稳地进行，给被困者造成损伤；3、临时组装而成，不能保证整个装置的完整性，且适用范围小。

发明内容：

针对现有的井下施救方式费时耗力，有时不可取，而现有的井下救援装置大多为临时自制的的问题，本发明提供一种井下救援省力、快捷、准确性高、可高效率地实施井下救援任务的井下救援机器人。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种井下救援机器人，包括机架，在机架内固定有具有通孔的固定台，在固定台的上方固定有升降电机，升降电机的电机轴通过固定台的通孔与丝杠相连；在固定台的下方设置有具有螺纹的升降台，所述的升降台的螺纹与丝杠相对应；在固定台的下方、升降台的上方分别设置有液压缸，液压缸的活塞杆与伸缩杆相连；在升降台的上方固定有旋转电机，旋转电机的电机轴通过升降台上的通孔与三端连接件一侧的一端相连，三端连接件另外一侧的两端分别与具有凹槽及三个通孔的第一固定板和第二固定板的顶端相连，在第一固定板、第二固定板上设置有机械手；所述的机械手包括第一抓件、第二抓件、第三抓件及第四抓件，其中，所述的第一抓件与第二抓件相对应，第三抓件与第四抓件相对应；在第一抓件、第二抓件、第三抓件及第四抓件的上端分别设置有凹槽及两侧通孔，第一抓件与第二抓件的内侧通孔通过具有螺纹的升降杆连接在一起，升降杆的螺纹与螺旋杆相对应，螺旋杆的底部通过两个互相啮合的锥齿轮与张合电机的传动轴相连接；第三抓件与第四抓件的内侧通孔通过所述的升降杆连接在一起，所述的第一固定板与第一抓件、第二抓件结合后形成的凹槽相对应，所述的第二固定板与第三抓件、第四抓件结合后形成的凹槽相对应；所述的第一固定板上具有三个通孔：第一通孔、第二通孔及第三通孔，第一抓件与第一固定板通过设置在第一抓件的外侧通孔和第一固定板的第一通孔内的第一销轴固定在一起，第二抓件与第一固定板通过设置在第二抓件的外侧通孔和第一固定板的第三通孔内的第二销轴固定在一起；所述的第二固定板上具有三个通孔：第一通孔、第二通孔及第三通孔，第三抓件与第二固定板通过设置在第三抓件的外侧通孔和第二固定板的第三通孔内的第三销轴固定在一起，第四抓件与第二固定板通过设置在第四抓件的外侧通孔和第二固定板的第一通孔内的第四销轴固定在一起；所述的第一固定板的第二通孔、第二固定板的第二通孔与升降杆相对应；所述的丝杠、升降电机、固定台下方的液压缸、升降台上方的液压缸、设置在固定台下方的液压缸活塞杆上的伸缩杆及设置在升降台上方的液压缸活塞杆上的伸缩杆均设置为至少两个；其中，升降电机数与丝杠数相同，升降台上方的液压缸数与设置在升降台上方的液压缸活塞杆上的伸缩杆数相同，固定台下方的液压缸数与设置在固定台下方的液压缸活塞杆上的伸缩杆数相同。

所述的丝杠、升降电机、固定台下方的液压缸、升降台上方的液压缸、设置在固定台下方的液压缸活塞杆上的伸缩杆及设置在升降台上方的液压缸活塞杆上的伸缩杆均设置为四个。

所述的张合电机固定在第二固定板上。

在伸缩杆的外端设置橡胶片。

本发明的有益效果：

本发明的井下救援机器人是半自动控制装置，可代替人力对被困者进行施救；不仅省时省力，准确性高；而且可有效避免给被困者造成损伤，适用范围广泛。另外，本发明的井下救援机器人应用了液压系统，其具有功率重量比大、可无级调速、工作平稳、响应快、可频繁启动、制动和转向的特点。一旦危险发生，本发明的井下救援机器人可以最快的速度下降到待救援位置，并迅速实施救援，将被困者带出井外。由于在本发明的升降台的上方固定有旋转电机，救援装置到达被困者的位置后，可根据被困者的具体方位控制旋转电机旋转至最合适的救援角度；在旋转电机的控制作用下，机械手可以360度自由转动，灵活定位。

附图说明：

图1是本发明的井下救援机器人的结构示意图；

图2是图1的右视图；

图3是机械手的结构示意图；

图4是图3的右视图(B-B剖视图)；

图5是图3的A-A剖视图；

其中，1-机架，2-机械手，3-三端连接件，4-丝杠，5-通孔，6-旋转电机，7-升降台，8-螺纹，9-升降电机，10-固定台，11-液压缸，12-伸缩杆，13-橡胶片，14-第二抓件，15-第一抓件，16-内侧通孔，17-外侧通孔，18-第三抓件，19-锥齿轮，20-张合电机，21-升降杆，22-传动轴，24-螺旋杆，25-凹槽，26-第-固定板，27-第一销轴，28-第二销轴，29-第二固定板，30-第三销轴，31-第三通孔，32-第二通孔，33-第一通孔，34-第四销轴，35-第四抓件。

具体实施方式：

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的说明：

实施例1：

如图所示，一种井下救援机器人，包括机架1，在机架1内固定有具有通孔5的固定台10，在固定台10的上方固定有升降电机9，升降电机9的电机轴通过固定台10的通孔5与丝杠4相连；在固定台10的下方设置有具有螺纹8的升降台7，所述的升降台7的螺纹8与丝杠4相对应；在固定台10的下方、升降台7的上方分别设置有液压缸11，液压缸11的活塞杆与伸缩杆12相连；在升降台7的上方固定有旋转电机6，旋转电机6的电机轴通过升降台7上的通孔5与三端连接件3一侧的一端相连，三端连接件3另外一侧的两端分别与具有凹槽25及三个通孔的第一固定板26和第二固定板29的顶端相连，在第一固定板26、第二固定板29上设置有机械手2；所述的机械手2包括第一抓件15、第二抓件14、第三抓件18及第四抓件35，其中，所述的第一抓件15与第二抓件14相对应，第三抓件18与第四抓件35相对应；在第一抓件15、第二抓件14、第三抓件18及第四抓件35的上端分别设置有凹槽25及两侧通孔，第一抓件15与第二抓件14的内侧通孔16通过具有螺纹的升降杆21连接在一起，升降杆21的螺纹与螺旋杆24相对应，螺旋杆24的底部通过两个互相啮合的锥齿轮19与张合电机20的传动轴22相连接；第三抓件18与第四抓件35的内侧通孔16通过所述的升降杆21连接在一起，所述的第一固定板26与第一抓件15、第二抓件14结合后形成的凹槽25相对应，所述的第二固定板29与第三抓件18、第四抓件35结合后形成的凹槽25相对应；所述的第一固定板26上具有三个通孔：第一通孔33、第二通孔32及第三通孔31，第一抓件15与第一固定板26通过设置在第一抓件15的外侧通孔17和第一固定板26的第一通孔33内的第一销轴27固定在一起，第二抓件14与第一固定板26通过设置在第二抓件14的外侧通孔17和第一固定板26的第三通孔31内的第二销轴28固定在一起；所述的第二固定板29上具有三个通孔：第一通孔33、第二通孔32及第三通孔31，第三抓件18与第二固定板29通过设置在第三抓件18的外侧通孔17和第二固定板29的第三通孔31内的第三销轴30固定在一起，第四抓件35与第二固定板29通过设置在第四抓件35的外侧通孔17和第二固定板29的第一通孔33内的第四销轴34固定在一起；所述的第一固定板26的第二通孔32、第二固定板29的第二通孔32与升降杆21相对应。所述的丝杠4、升降电机9、固定台10下方的液压缸11、升降台7上方的液压缸11、设置在固定台10下方的液压缸11活塞杆上的伸缩杆12及设置在升降台7上方的液压缸11活塞杆上的伸缩杆12均设置为四个。所述的张合电机20固定在第二固定板29上，为了使本发明的救援机器人在井下运行得更加平稳，在伸缩杆12的外端设置橡胶片13。所述的升降电机9、液压缸11、旋转电机6及张合电机20的控制端与外部遥控器相连，由救援人员在井外对本发明的救援机器人进行控制。

实施例2：

如图所示，一种井下救援机器人，包括机架1，在机架1内固定有具有通孔5的固定台10，在固定台10的上方固定有升降电机9，升降电机9的电机轴通过固定台10的通孔5与丝杠4相连；在固定台10的下方设置有具有螺纹8的升降台7，所述的升降台7的螺纹8与丝杠4相对应；在固定台10的下方、升降台7的上方分别设置有液压缸11，液压缸11的活塞杆与伸缩杆12相连；在升降台7的上方固定有旋转电机6，旋转电机6的电机轴通过升降台7上的通孔5与三端连接件3一侧的一端相连，三端连接件3另外一侧的两端分别与具有凹槽25及三个通孔的第一固定板26和第二固定板29的顶端相连，在第一固定板26、第二固定板29上设置有机械手2；所述的机械手2包括第一抓件15、第二抓件14、第三抓件18及第四抓件35，其中，所述的第一抓件15与第二抓件14相对应，第三抓件18与第四抓件35相对应；在第一抓件15、第二抓件14、第三抓件18及第四抓件35的上端分别设置有凹槽25及两侧通孔，第一抓件15与第二抓件14的内侧通孔16通过具有螺纹的升降杆21连接在一起，升降杆21的螺纹与螺旋杆24相对应，螺旋杆24的底部通过两个互相啮合的锥齿轮19与张合电机20的传动轴22相连接；第三抓件18与第四抓件35的内侧通孔16通过所述的升降杆21连接在一起，所述的第一固定板26与第一抓件15、第二抓件14结合后形成的凹槽25相对应，所述的第二固定板29与第三抓件18、第四抓件35结合后形成的凹槽25相对应；所述的第一固定板26上具有三个通孔：第一通孔33、第二通孔32及第三通孔31，第一抓件15与第一固定板26通过设置在第一抓件15的外侧通孔17和第一固定板26的第一通孔33内的第一销轴27固定在一起，第二抓件14与第一固定板26通过设置在第二抓件14的外侧通孔17和第一固定板26的第三通孔31内的第二销轴28固定在一起；所述的第二固定板29上具有三个通孔：第一通孔33、第二通孔32及第三通孔31，第三抓件18与第二固定板29通过设置在第三抓件18的外侧通孔17和第二固定板29的第三通孔31内的第三销轴30固定在一起，第四抓件35与第二固定板29通过设置在第四抓件35的外侧通孔17和第二固定板29的第一通孔33内的第四销轴34固定在一起；所述的第一固定板26的第二通孔32、第二固定板29的第二通孔32与升降杆21相对应。所述的丝杠4、升降电机9、固定台10下方的液压缸11、升降台7上方的液压缸11、设置在固定台10下方的液压缸11活塞杆上的伸缩杆12及设置在升降台7上方的液压缸11活塞杆上的伸缩杆12均设置为两个。所述的张合电机20固定在第二固定板29上，为了使本发明的救援机器人在井下运行得更加平稳，在伸缩杆12的外端设置橡胶片13。所述的升降电机9、液压缸11、旋转电机6及张合电机20的控制端与外部遥控器相连，由救援人员在井外对本发明的救援机器人进行控制。

下面结合附图说明本发明的救援机器人的一次动作过程：

使用时，首先，将本发明的井下救援机器人放在井口，使固定台10下方的伸缩杆12支撑在井口上；接着，通过外部遥控器控制升降电机9运转，升降电机9带动丝杠4转动，升降台7下降。当升降台7上方的伸缩杆12下降到接近机架1底部的位置时，通过外部遥控器控制使升降台7上方的液压缸11驱动升降台7上方的伸缩杆12伸出，并伸到井壁中；然后，通过外部遥控器控制使固定台10下方的液压缸11驱动固定台10下方的伸缩杆12收缩；收缩完成后，通过外部遥控器控制升降电机9运转，升降电机9带动丝杠4转动，使固定台10下降，当固定台10下方的伸缩杆12下降到接近升降台7上方的位置时，本发明的井下救援机器人完成了一次下降过程。如此循环，直至本发明的井下救援机器人下降到接近被困者的位置时为止。通过外部遥控器控制旋转电机6运转，旋转电机6带动机械手2旋转，使机械手2旋转到适合救援的角度。此时，通过外部遥控器控制张合电机20运转，张合电机20带动传动轴22转动，传动轴22通过锥齿轮19带动螺旋杆24旋转，螺旋杆24带动升降杆21下降，机械手2张开。再通过外部遥控器控制升降电机9运转，使升降台7带动机械手2下降至最适合救援的位置。最后，通过外部遥控器控制张合电机20再次运转，使升降杆21上升，机械手2夹紧被困者，将被困者救出井外，即完成整个救援任务。

Claims

1.一种井下救援机器人，其特征在于包括机架，在机架内固定有具有通孔的固定台，在固定台的上方固定有升降电机，升降电机的电机轴通过固定台的通孔与丝杠相连；在固定台的下方设置有具有螺纹的升降台，所述的升降台的螺纹与丝杠相对应；在固定台的下方、升降台的上方分别设置有液压缸，液压缸的活塞杆与伸缩杆相连；在升降台的上方固定有旋转电机，旋转电机的电机轴通过升降台上的通孔与三端连接件一侧的一端相连，三端连接件另外一侧的两端分别与具有凹槽及三个通孔的第一固定板和第二固定板的顶端相连，在第一固定板、第二固定板上设置有机械手；所述的机械手包括第一抓件、第二抓件、第三抓件及第四抓件，其中，所述的第一抓件与第二抓件相对应，第三抓件与第四抓件相对应；在第一抓件、第二抓件、第三抓件及第四抓件的上端分别设置有凹槽及两侧通孔，第一抓件与第二抓件的内侧通孔通过具有螺纹的升降杆连接在一起，升降杆的螺纹与螺旋杆相对应，螺旋杆的底部通过两个互相啮合的锥齿轮与张合电机的传动轴相连接；第三抓件与第四抓件的内侧通孔通过所述的升降杆连接在一起，所述的第一固定板与第一抓件、第二抓件结合后形成的凹槽相对应，所述的第二固定板与第三抓件、第四抓件结合后形成的凹槽相对应；所述的第一固定板上具有三个通孔：第一通孔、第二通孔及第三通孔，第一抓件与第一固定板通过设置在第一抓件的外侧通孔和第一固定板的第一通孔内的第一销轴固定在一起，第二抓件与第一固定板通过设置在第二抓件的外侧通孔和第一固定板的第三通孔内的第二销轴固定在一起；所述的第二固定板上具有三个通孔：第一通孔、第二通孔及第三通孔，第三抓件与第二固定板通过设置在第三抓件的外侧通孔和第二固定板的第三通孔内的第三销轴固定在一起，第四抓件与第二固定板通过设置在第四抓件的外侧通孔和第二固定板的第一通孔内的第四销轴固定在一起；所述的第一固定板的第二通孔、第二固定板的第二通孔与升降杆相对应；所述的丝杠、升降电机、固定台下方的液压缸、升降台上方的液压缸、设置在固定台下方的液压缸活塞杆上的伸缩杆及设置在升降台上方的液压缸活塞杆上的伸缩杆均设置为四个；所述的张合电机固定在第二固定板上，在伸缩杆的外端设置橡胶片；所述的升降电机、液压缸、旋转电机及张合电机的控制端与外部遥控器相连。

2.一种井下救援机器人，其特征在于包括机架，在机架内固定有具有通孔的固定台，在固定台的上方固定有升降电机，升降电机的电机轴通过固定台的通孔与丝杠相连；在固定台的下方设置有具有螺纹的升降台，所述的升降台的螺纹与丝杠相对应；在固定台的下方、升降台的上方分别设置有液压缸，液压缸的活塞杆与伸缩杆相连；在升降台的上方固定有旋转电机，旋转电机的电机轴通过升降台上的通孔与三端连接件一侧的一端相连，三端连接件另外一侧的两端分别与具有凹槽及三个通孔的第一固定板和第二固定板的顶端相连，在第一固定板、第二固定板上设置有机械手；所述的机械手包括第一抓件、第二抓件、第三抓件及第四抓件，其中，所述的第一抓件与第二抓件相对应，第三抓件与第四抓件相对应；在第一抓件、第二抓件、第三抓件及第四抓件的上端分别设置有凹槽及两侧通孔，第一抓件与第二抓件的内侧通孔通过具有螺纹的升降杆连接在一起，升降杆的螺纹与螺旋杆相对应，螺旋杆的底部通过两个互相啮合的锥齿轮与张合电机的传动轴相连接；第三抓件与第四抓件的内侧通孔通过所述的升降杆连接在一起，所述的第一固定板与第一抓件、第二抓件结合后形成的凹槽相对应，所述的第二固定板与第三抓件、第四抓件结合后形成的凹槽相对应；所述的第一固定板上具有三个通孔：第一通孔、第二通孔及第三通孔，第一抓件与第一固定板通过设置在第一抓件的外侧通孔和第一固定板的第一通孔内的第一销轴固定在一起，第二抓件与第一固定板通过设置在第二抓件的外侧通孔和第一固定板的第三通孔内的第二销轴固定在一起；所述的第二固定板上具有三个通孔：第一通孔、第二通孔及第三通孔，第三抓件与第二固定板通过设置在第三抓件的外侧通孔和第二固定板的第三通孔内的第三销轴固定在一起，第四抓件与第二固定板通过设置在第四抓件的外侧通孔和第二固定板的第一通孔内的第四销轴固定在一起；所述的第一固定板的第二通孔、第二固定板的第二通孔与升降杆相对应；所述的丝杠、升降电机、固定台下方的液压缸、升降台上方的液压缸、设置在固定台下方的液压缸活塞杆上的伸缩杆及设置在升降台上方的液压缸活塞杆上的伸缩杆均设置为两个；所述的张合电机固定在第二固定板上，在伸缩杆的外端设置橡胶片；所述的升降电机、液压缸、旋转电机及张合电机的控制端与外部遥控器相连。