CN102390444A - 自适应地面应急救援辅助机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自适应地面应急救援辅助机器人，前车厢模块与后车厢模块之间通过连接模块相连接，实现相对运动；前车厢模块上面装有控制模块和摄像模块，后车厢模块上面装有机械臂模块，前车厢模块和后车厢模块均带有悬挂履带移动机构及电机模块；控制模块分别连接机械臂模块、摄像模块和电机模块，用于控制机械臂模块、摄像模块和电机模块工作。本发明与其他机器人相比，具有强的越障能力和路面自适应能力、快速的生命探测能力、准确的信号定位能力、独特的车体设计方案四大优点。由于其独特的车体设计和履带设计，极大的提高了机器人的机械能力。可在军事、民用和科学研究中得到广泛应用，包括航天、海洋、军事、建筑、农林、商业服务和灾害救护等。

Description

自适应地面应急救援辅助机器人

技术领域

本发明涉及一定应急救援机器人，尤其是一种具有越障功能、可自适应地面状况，并且可以实现全程自主搜救的新型生命应急救援探测机器人。

背景技术

近些年来，自然灾害、突发意外等频繁发生，如何在灾难发生后的第一时间准确营救伤员，如何避免二次灾害，如何保证救援人员的人身安全，这些都是目前我们必须解决的问题。现有的应急救援辅助机器人主要存在的问题有：

1、探测精度不足，无法快速定位受灾人员的问题。

2、自适应地面性具有局限性，跨越障碍能力不足的问题。

3、操作维修复杂等难题。

发明内容

   本发明是要提供一种自适应地面应急救援辅助机器人，用于解决现有救援机器人无法自动快速定位、自适应路面局限的技术问题，从而有效地进行狭小废墟缝隙中的救援工作，保障救援人员的安全，该机器人具有生命探测，自适应路面、自动避障，越障，快速成像，定位，运送物资等多种功能。

 为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种自适应地面应急救援辅助机器人，由前车厢模块、后车厢模块、连接模块、机械臂模块、摄像模块、电机模块和控制模块组成，前车厢模块与后车厢模块之间通过连接模块相连接，实现相对运动；前车厢模块上面装有控制模块和摄像模块，后车厢模块上面装有机械臂模块，前车厢模块和后车厢模块均带有悬挂履带移动机构及电机模块；控制模块分别连接机械臂模块、摄像模块和电机模块，用于控制机械臂模块、摄像模块和电机模块工作。

前车厢模块主要由三角履带、主动轮、内带轮、外带轮、前车厢箱盖和前车厢车体组成，前车厢车体两侧装有主动轮，内带轮和外带轮，且内带轮与外带轮之间错位排列安装，主动轮连接电机模块，并通过三角履带连接内带轮和外带轮，构成悬挂履带移动机构。

后车厢模块主要由后车厢履带、主动轮、内带轮、外带轮、后车厢车体和后车厢箱盖组成，后车厢车体两侧装有主动轮，内带轮和外带轮，且内带轮与外带轮之间错位排列安装，主动轮连接电机模块，通过车厢履带连接内带轮与外带轮，构成悬挂履带移动机构。

    连接模块主要由连接件一，二与内六角螺栓组成。连接件一连接前车厢车体，连接件二连接后车厢车体.连接件一与连接件二之间通过内六角螺栓相连接，从而实现前车厢与后车厢的相对运动。

控制模块包括驱动模块、探测模块、壁障模块和定位模块，其中：

驱动模块包含蓄电池，蓄电池带动电机正转、反转，实现救援辅助机器人的前进、后退、转弯；

壁障模块包含红外传感器，当红外传感器探测到障碍物时，向控制模块反馈信号，经过控制模块的CPU处理分析后，输出控制信号给救援辅助机器人，使救援辅助机器人后退或者转弯避开障碍物；

探测模块包含用于自动探测到生命的自适应雷达红外探测器；

定位模块包含全球卫星定位系统模块。

本发明的有益效果是：本发明主要用于灾后现场，由于救援人员无法立即进入受灾现场进行搜救。该机器人实现灾害现在自动搜救、快速定位等功能。由探测模块探测受困人员所处位置，并通过定位模块将探测到的信息发送给救援人员。

本发明与其他机器人相比，本发明的自适应应急救援辅助机器人具有强的越障能力和路面自适应能力、快速的生命探测能力、准确的信号定位能力、独特的车体设计方案四大优点。与国内外各相关方面机器人相比，由于其独特的车体、履带设计，极大的提高了机器人的机械能力。可在军事、民用和科学研究中得到广泛应用，包括航天、海洋、军事、建筑、农林、商业服务和灾害救护等。

附图说明

图1是本发明的结构立体示意图；

图2是前车厢模块立体图；

图3是后车厢模块立体图；

图4是连接件模块立体图；

图5是前车厢车体底盘立体示意图；

图6是后车厢车体底盘立体示意图；

图7是悬挂装置立体图。

具体实施方式

下面结合附图与实例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明的自适应地面救援辅助机器人机构，主要由前车厢模块1、后车厢模块2、连接模块3、机械臂模块7、摄像模块8、电机模块9、控制模块10组成。其中前车厢模块1与后车厢模块2通过连接模块3相连接实现相对运动。控制模块10控制机械臂模块7、摄像模块8、电机模块9实现救援辅助机器人的具体工作。

如图2所示，前车厢模块1主要由三角履带5、电机模块9、前车厢箱盖11、主动轮6-1、内带轮6-2、外带轮6-3、前车厢车体15组成。前车厢车体15两侧装有主动轮6-1，内带轮6-2和外带轮6-3，且内带轮6-2与外带轮6-3之间错位排列安装，主动轮6-1连接电机模块9，通过三角履带5带动内带轮6-2与外带轮6-3，从而实现三角履带5的运转。内带轮6-2与外带轮6-3采用错位安装方法，从而确保三角履带的定位性，避免履带脱落。

如图3所示，后车厢模块2主要有后车厢履带4、电机模块9、主动轮6-1、内带轮6-2、外带轮6-3、后车厢车体16、后车厢箱盖17组成。后车厢车体16两侧装有主动轮6-1，内带轮6-2和外带轮6-3，且内带轮6-2与外带轮6-3之间错位排列安装，主动轮6-1连接电机模块9，通过车厢履带4带动内带轮6-2与外带轮6-3，从而实现前车厢履带4的运转。内带轮6-2与外带轮6-3采用错位安装方法，从而确保车厢履带4的定位性，避免履带脱落。

如图4所示，连接模块3主要由连接件一，二19、20与内六角螺栓21组成。连接件一19连接前车厢车体15，连接件二20连接后车厢车体16。两连接件通过内六角螺栓21相连接，从而实现前车厢与后车厢的相对运动。

如图5，6所示，前车厢车体15底盘与后车厢车体16底盘两测均有凹槽，用于装配悬挂（图7）。悬挂装置另一侧分别交错安装内带轮6-2与外带轮6-3，从而实现壁障缓冲功能。机械臂模块7、摄像模块8分别通过控制模块10进行控制，实现其各自的功能。

本发明的自适应地面应急救援辅助机器人分为结构模块和控制模块，结构模块分为两厢式车体和三角履带。控制模块包括驱动模块、探测模块、壁障模块和定位模块。

自适应地面应急救援辅助机器人采用履带的方式移动，较比于足式、轮式等其他移动方式，履带具有较大的优势，其具有速度快、越障强、运行稳定、能够适应各种地形等特点。

控制模块因为考虑到结构空间的因素选用单片机进行控制。通过单片机对电机输入相应的控制信号对电机速度进行控制。

驱动模块采用蓄电池提供主动力，其具有电压稳定、成本低等特点，蓄电池带动电机正转、反转，实现救援辅助机器人的前进、后退、转弯等功能。

壁障模块采用红外传感器，当红外传感器探测到障碍物时，向主板反馈信息，经过CPU的处理分析实现车体的后退或者转弯从而避开障碍物。

生命探测模块采用自适应雷达红外探测器。当生命迹象在救援辅助机器人10米范围内时，生命探测机器人会通探测器自动探测到生命的存在。

定位模块采用似全球卫星定位系统（GPS）模块。当确定探测到的目标为生命体时，自动向救援人员发送具体定位数据。

底盘设计为一种分体式的结构。相比于原有的四驱一体式的底盘结构，现有的底盘增加了一个方向上的自由度，根据相应的地形可以转动。应急救援辅助机器人采用了履带式的移动方式。选用这种移动方式是考虑到了地震或者灾难现场地形复杂，轮式的移动方式会导致爬坡能力差，难以越过坑坑洼洼的地形。而足行的移动方式则可能导致移动速度缓慢的缺点。

分体式的车体前半部和后半部通过铰链相互连接。前后车厢的相对转动范围为零度到九十度。同时，保证后车厢履带与前车厢履带带轮保持在同一个平面内，从而确保在平直路面运行的顺畅性。

履带带轮各采用悬挂系统，实现带轮与履带之间的越障功能。履带轮采用类坦克的履带设计，采用1/16的尺寸，从而最大程度的提高了机器人的越障能力。主动轮通过轴与减速箱相连接，一个车厢具有两个同比例的减速箱，实现转速的减速功能，使行使更加平稳。前后两车厢实现四电机输出，通过电机正反转的控制实现辅助机器人的运动。车厢外壳采用亚克力板材料，控制主板、电机驱动模块等通过螺钉固定在亚克力板上。

控制模块的硬件方面采用Arduino开发原始代码的Simple i/o 平台，使用C语言的开发环境。传感器上使用红外壁障传感器和雷达红外探测器对救援辅助机器人进行运动上的控制。设计行驶速度为5m/s~6m/s。共使用两个红外测距传感器，一个生命探测传感器及四路电机控制器，连接单片机数字量输出口。两个红外测距传感器分别连接于前半部分的靠近前面的两个角上，斜45°的方向上。雷达红外探测器安装在前车厢，对生命进行探测。

供电设计为前后两电机采用9v电池供电，同时使用9v电池对电路板进行供电。供电系统的位置设置在箱体中间，左右两个电机当中。单片机输出使能信号与PWM信号通过两个电极驱动模块对电机的方向和速度进行控制。

Claims (5)

1.一种自适应地面应急救援辅助机器人，由前车厢模块（1）、后车厢模块（2）、连接模块（3）、机械臂模块（7）、摄像模块（8）、电机模块（9）、控制模块（10）组成，前车厢模块（1）上面装有控制模块（10）和摄像模块（8），后车厢模块（2）上面装有机械臂模块（7），其特征在于：所述前车厢模块（1）与后车厢模块（2）之间通过连接模块（3）相连接，实现相对运动；所述前车厢模块（1）和后车厢模块（2）均带有悬挂履带移动机构及电机模块（9）；所述控制模块（10）分别连接机械臂模块（7）、摄像模块（8）和电机模块（9），用于控制机械臂模块（7）、摄像模块（8）和电机模块（9）工作。

2.根据权利要求1所述的自适应地面应急救援辅助机器人，其特征在于；所述前车厢模块（1）主要由三角履带（5）、主动轮（6-1）、内带轮（6-2）、外带轮（6-3）、前车厢箱盖（11）和前车厢车体（15）组成，前车厢车体（15）两侧装有主动轮（6-1），内带轮（6-2）和外带轮（6-3），且内带轮（6-2）与外带轮（6-3）之间错位排列安装，主动轮（6-1）连接电机模块（9），并通过三角履带（5）连接内带轮（6-2）和外带轮（6-3），构成悬挂履带移动机构。

3.根据权利要求1所述的自适应地面应急救援辅助机器人，其特征在于；所述后车厢模块（2）主要由后车厢履带（4）、主动轮（6-1）、内带轮（6-2）、外带轮（6-3）、后车厢车体（16）和后车厢箱盖（17）组成，后车厢车体（16）两侧装有主动轮（6-1），内带轮（6-2）和外带轮（6-3），且内带轮（6-2）与外带轮（6-3）之间错位排列安装，主动轮（6-1）连接电机模块（9），并通过车厢履带（4）连接内带轮（6-2）和外带轮（6-3），构成悬挂履带移动机构。

4.根据权利要求1所述的自适应地面应急救援辅助机器人，其特征在于；所述连接模块（3）主要由连接件一，二（19、20）和内六角螺栓（21）组成；连接件一（19）连接前车厢车体（15），连接件二（20）连接后车厢车体（16），连接件一（19）与连接件二（20）之间通过内六角螺栓（21）相连接，从而实现前车厢与后车厢的相对运动。

5.根据权利要求1所述的自适应地面应急救援辅助机器人，其特征在于；所述控制模块（10）包括驱动模块、探测模块、壁障模块和定位模块，其中：

所述驱动模块包含蓄电池，蓄电池带动电机正转、反转，实现救援辅助机器人的前进、后退、转弯；

所述壁障模块包含红外传感器，当红外传感器探测到障碍物时，向控制模块（10）反馈信号，经过控制模块（10）的CPU处理分析后，输出控制信号给救援辅助机器人，使救援辅助机器人后退或者转弯避开障碍物；

所述探测模块包含用于自动探测到生命的自适应雷达红外探测器；

所述定位模块包含全球卫星定位系统模块。

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