CN102582705B - 可变轮距可调中心高低的抗灾救援机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可变轮距可调重心高低的抗灾救援机器人。包括行走底盘部件、传送装置部件和机械臂部件；行走机构采用对称双平行四边形机构，安装在车板底部；传动装置采用传送带；机械臂采用二自由度大张角简易抓取机构，安装在车板上面。本发明的齿轮传动的对称双平行四边形机构的机构简单，可同步实现改变论据与改变机器中心高低的功能，零件互换性强，成本较低，整个机构运动平稳，机构的使用范围广。采用大口径少自由度抓取机构自由度少，可实施范围大，结构简单操控简单，稳定性高，应用于大型的机械时可以用液压传动来实现，救援伤害几率小。

Description

可变轮距可调中心高低的抗灾救援机器人

技术领域

本发明涉及一种机器人，特别是涉及一种可变轮距可调中心高低的抗灾救援机器人。

背景技术

近些年来，地震、暴雪、洪水等天灾频发，我国饱受其苦。挖掘机、起重机用于抗震救灾的机械在救灾的过程中起到不可替代的重要作用，而往往由于地震等灾害造成道路、桥梁等破坏，而这些机械设备的运输往往受到机械本身轮宽的限制不能通过，采用齿轮传动的对称双平行四边形机构就可以实现轮宽的自由改变，解决了上述问题。起重机、挖掘机等机械由于机构的限定往往在救援过程中对伤员造成二次伤害，小型的液压钳等也受适用场合局限，大口径少自由度抓取机构在机械上的使用高效，从底部整体抬起的设计也避免了对伤员的二次伤害。

发明内容

本发明的目的是提供一种可变轮距可调中心高低的抗灾救援机器人，是一种齿轮传动的对称双平行四边形机构及大口径少自由度抓取机构，这两种机构的结构简单，适用范围广，可靠度高。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明包括行走底盘部件、传送装置部件和机械臂部件；其中：

1）行走底盘部件：包括两组结构相同的平行四边形机构，平行四边形机构对称安装在车板下底面两侧；每组平行四边形机构均包齿轮、四个曲柄、两根连杆和四个转动副，两根水平连杆的一端分别与同侧的履带轮相固连，两根水平连杆的另一端分别与两根曲柄的一端铰接；两根曲柄的另一端分别与对应的转动副铰接，齿轮与靠近中心的其中一根曲柄的另一端相固连，对称的平行四边形机构通过第一齿轮和第二齿轮啮合，起降电机与其中一个齿轮相连接，八个转动副和起降电机都与车板下底面连接；

2）传送装置部件：包括传送带、传送带电机、传送带大齿轮、传送带小齿轮、两根传送带轴、四个轴座和两块挡板；四个轴座分为两组，分别固定在车板上面；两根传送带轴分别安装在两侧轴座中，传送带缠绕在两根传送带轴上，传送带电机与传送带小齿轮相连，同侧的传送带轴与传送带大齿轮相连，传送带大齿轮与传送带小齿轮相啮合；

3）机械臂部件：由机械臂电机、机械臂轴、机械臂、机械手电机、机械手、缠线轮、顶板和弹簧；两个轴座分别固定在车板上面与履带平行的两侧，机械臂电机固定在车板上面轴座的一侧，机械臂电机通过联轴器与机械臂轴连接，机械臂固定在机械臂轴上，机械手通过转动副与机械臂铰接，机械手电机固定在机械臂上位于机械手中间，缠线轮与机械手电机相连，刚性绳缠绕在缠线轮上，刚性绳两端分别与机械手连接，机械手通过弹簧与机械臂连接，顶板固定在机械臂上。

所述的机械手包括两个手指，手指方向与履带平行，手指一端分别通过机械手转动副和机械臂铰接，刚性绳两端分别固定在手指的滚轮上。

本发明具有的有益效果是：

本发明的齿轮传动的对称双平行四边形机构的机构简单，可同步实现改变论据与改变机器中心高低的功能，零件互换性强，成本较低，整个机构运动平稳，机构的使用范围广。

采用大口径少自由度抓取机构自由度少，可实施范围大，结构简单操控简单，稳定性高，应用于大型的机械时可以用液压传动来实现，救援伤害几率小。

附图说明

图1是本发明的主视图。

图2是图1的左视图。

图3是图1的俯视图。

图4是本发明的行走底盘的三维装配示意图。

图5是本发明的行走底盘的三维正视图。

图6是本发明的行走机构平行四边形的机构简图。

图7是本发明的机械臂的三维装配示意图。

图8是本发明的三维装配示意图。

图9是本发明的动作实现三维示意图。

图中：1.履带，2.起降电机，3.传送带，4.传送带电机，5.传送带小齿轮，6.传送带轴，7.传送带大齿轮， 8.挡板，9.顶板，10.机械手，11.缠线轮，12.机械手电机，13.机械臂，14.行走电机，15.弹簧垫片，16.轮缘，17.轮子，18.轴承，19.车轮轴，20.十字槽沉头螺钉，21.轮架支撑管，22.六角头螺栓，23.六角螺母，24.轮架，25.连杆，26.机械手转动副，27.机械臂轴，28.弹簧，29.车板，30.六角头螺栓，31.六角螺母，32.曲柄，33.轴承，34.机械臂电机，35.联轴器，36.六角头螺栓，37.六角螺母，38.轴座，39.齿轮，40.转动副。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明包括行走底盘部件、传送装置部件和机械臂部件；其中：

如图1、图2、图4、图5、图6所示，行走底盘部件：包括两组结构相同的平行四边形机构，平行四边形机构对称安装在车板29下底面两侧；每组平行四边形机构均包齿轮39、四个曲柄32、两根连杆25和四个转动副40，两根水平连杆25的一端分别与同侧的履带轮相固连，两根水平连杆25的另一端分别与两根曲柄32的一端通过六角头螺栓30、六角头螺母31、轴承33铰接；两根曲柄32的另一端分别与对应的转动副40铰接，齿轮39与靠近中心的其中一根曲柄的另一端相固连，对称的平行四边形机构通过第一齿轮和第二齿轮啮合，齿轮分别与对应的平行四边形曲柄32固连在一起，组成对称双平行四边形机构。齿轮通过起降电机2输入动力然后齿轮将扭矩传递给曲柄32，使其摆动，从而使得平行四边形带动连杆25做水平移动，运动轨迹是以齿轮中心为圆心、以曲柄32长度为半径的一段圆弧，在扩大两履带之间的距离的同时，改变了机器的重心。电机停止运动，则平行四边形固定，车身位于某一高度，电机正反转实现轮距的改变和机器高度的变化，以适应不同的环境需要。八个转动副40和起降电机2都与车板29下底面连接。

履带轮由轮子17、轮缘16、轴承18、车轮轴19、轮架支撑管21、轮架24组成，车轮轴19通过十字槽沉头螺钉20与轮子17固定，车轮轴19通过轴承18与轮架24铰接，并在轴上装有弹簧垫片15，行走电机14与车轮轴19连接,两个轮架24通过六角头螺栓22、六角螺母连接23，六角头螺栓上套有轮架支撑管21对轮架进行支撑定位。行走部分靠固定在履带1上的行走电机14输入动力，通过电机正反转实现前进后退与转向。

如图1、图2、图8所示，传送装置部件：包括传送带3、传送带电机4、传送带大齿轮7、传送带小齿轮5、两根传送带轴6、四个轴座38和两块挡板8；四个轴座38分为两组，分别固定在车板29上面；两根传送带轴6分别安装在两侧轴座38中，传送带3缠绕在两根传送带轴上，传送带电机4与传送带小齿轮5相连，同侧的传送带轴6与传送带大齿轮7相连，传送带大齿轮7与传送带小齿轮5相啮合。

如图1、图2、图7、图9所示，机械臂部件：由机械臂电机34、机械臂轴27、机械臂13、机械手电机12、机械手10、缠线轮11、顶板9和弹簧28；两个轴座38分别固定在车板上面与履带平行的两侧，机械臂电机34固定在车板29上面轴座38的一侧，机械臂电机34通过联轴器35与机械臂轴27连接，机械臂13固定在机械臂轴27上，机械手10通过机械手转动副26与机械臂13铰接，机械手电机12固定在机械臂13上位于机械手中间，缠线轮11与机械手电机12相连，刚性绳缠绕在缠线轮11上，刚性绳两端分别与机械手连接，机械手10通过弹簧28与机械臂连接，顶板固定在机械臂上。

如图1、图7、图8所示，所述的机械手10包括两个手指，手指方向与履带平行，手指一端分别通过机械手转动副26和机械臂13铰接，刚性绳两端分别固定在手指的滚轮上。机械臂13通过六角头螺栓36、六角螺母37和机械臂轴27固连，另一端与机械手转动副26相连，机械手转动副26与机械手10固连，机械手电机12带动缠线轮11旋转，缠绕在滚轮上的刚性绳将机械臂拉紧收缩，构成二自由度大张角机械手，弹簧28和机械手电机12使机械手10实现夹紧和放松的动作，机械臂电机34传递动力至蜗轮蜗杆，带动机械臂轴27旋转，固连在其上的机械臂13可以做半圆周运动，将夹取物体放置传送带3上。

本发明的工作原理是：

通过行走电机14的正反转实现前进后退与转弯；起降电机2将扭矩输送给齿轮39，齿轮带动曲柄32摆动，平行四边形使连杆25做水平移动，从而实现改变轮距和调整小车重心的作用；机械臂电机34带动蜗轮蜗杆转动，涡轮将扭矩传递给机械臂轴27，使机械手绕轴做180度旋转，机械手电机12转动，使刚性绳收缩和放松，配合弹簧28，使机械手10夹取物块，旋转至车身上放，松开机械手，将物块放至传送带3上，传送带电机4转动，带动传送带齿轮5、7转动，传送带将物块送至车尾。

平行四边行机构来实现车身的伸张。当车身下方的电机带动一对齿轮组转动时，平行四边形机构绕轴转动，带动了两条履带（车轮）同时向外扩张。当达到损毁道路、桥梁的宽度后便停止电机的转动。在扩展或者收缩轮距的同时小车的重心也随之下降，加大了小车通过损毁道路、桥梁的可靠性，在正常道路时则不需改变。此机构的优点在于它的稳定性和快速性，而且操作简单，便于控制。有效的保证自身的机构价值最大化 ，体现出的是一种人性化的设计。大口径少自由度抓取机构由两个电机来控制，抬升及夹取，机构自由度少，简单易控，动作迅速，开口大，定位要求低，实现夹取抬升两功能于一身，而且抬取整块从底部往上，不会出现“一端翘”造成二次伤害的情况。特殊的阶梯状手抓，实现轻松“避障”。

齿轮传动的对称双平行四边形机构：机构包括一个电机、一对相参数相同的齿轮、两个对称的平行四边形机构。电机将扭矩输入其中一个齿轮，两个齿轮相啮合，每个齿轮与平行四边形的内摇杆相固连，齿轮的旋转带动摇杆的转动，因为两齿轮相同使传动比为1:1，对称的平行四边形机构使得两边同时撑开和合拢，实现改变轮距整个过程的稳定性。考虑到灾害对道路桥梁的破坏使得行进变得艰难，在改变轮距的同时，整个车得重心得以降低，行进的稳定性得以提高。齿轮传动的对称双平行机构使救灾设备的运输能力得到相应的提高。

大口径少自由度抓取机构：此机构包括两个电机、机械手、机械臂、绳索和弹簧。该机构只有两个自由度：翻转和夹取，每个电机控制一个自由度，翻转自由度使用涡轮蜗杆来实现自锁功能。机械手和机械臂固连在一起，使整个机构强度加强，而且减少了自由度，便于操作和控制。绳索和弹簧根据需要可以用一对齿轮代替，这样不仅使机械手可以主动夹取也可以主动张开，机械手阶梯状的设计能让机械手越过现场可能出现台阶等障碍。本机构不同于现在在抗震救灾中采用的挖掘机、起重机，机械手伸入物块底部，调整张开度，抬升整块物块，涡轮蜗杆实现抬升过程的自锁防止意外发生，提高整个救援的可靠性。对于难于从底部进行救援的，则使用机械手夹紧物块并抬升的方式来实现。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1. 一种可变轮距可调重心高低的抗灾救援机器人，其特征在于：包括行走底盘部件、传送装置部件和机械臂部件；其中：

1）行走底盘部件：包括两组结构相同的平行四边形机构，平行四边形机构对称安装在车板（29）下底面两侧；两组平行四边形机构中的第一组包括第一齿轮，两组平行四边形机构中的第二组包括第二齿轮；每组平行四边形机构还均包括四个曲柄（32）、两根水平连杆（25）和四个转动副（40）；两根水平连杆（25）的一端分别与同侧的履带轮相固连，两根水平连杆（25）的另一端分别与两根曲柄（32）的一端铰接，两根曲柄（32）的另一端分别与对应的转动副（40）铰接；第一、第二齿轮（39）与各自对应的平行四边形机构的靠近中心的曲柄的所述另一端分别相固连，对称的平行四边形机构通过第一齿轮和第二齿轮啮合，起降电机（2）与第一齿轮（39）相连接，八个转动副（40）和起降电机（2）都与车板（29）下底面连接；

2）传送装置部件：包括传送带（3）、传送带电机（4）、传送带大齿轮（7）、传送带小齿轮（5）、两根传送带轴（6）、四个轴座（38）和两块挡板（8）；四个轴座（38）分为两组，分别固定在车板（29）上面；两根传送带轴（6）分别安装在两侧轴座（38）中，传送带（3）缠绕在两根传送带轴上，传送带电机（4）与传送带小齿轮（5）相连，同侧的传送带轴（6）与传送带大齿轮（7）相连，传送带大齿轮（7）与传送带小齿轮（5）相啮合；

3）机械臂部件：包括机械臂电机（34）、机械臂轴（27）、机械臂（13）、机械手电机（12）、机械手（10）、缠线轮（11）、顶板（9）和弹簧（28）；所述四个轴座中的两个轴座（38）分别固定在车板上面与履带平行的两侧，机械臂电机（34）固定在车板（29）上面的其中一个轴座（38）的一侧；机械臂电机（34）通过联轴器（35）与机械臂轴（27）连接，机械臂（13）固定在机械臂轴（27）上，机械手（10）通过机械手转动副（26）与机械臂（13）铰接，机械手电机（12）固定在机械臂（13）上位于机械手中间，缠线轮（11）与机械手电机（12）相连，刚性绳缠绕在缠线轮（11）上，刚性绳两端分别与机械手连接，机械手（10）通过弹簧（28）与机械臂连接，顶板固定在机械臂上。

2. 根据权利要求1所述的一种可变轮距可调重心高低的抗灾救援机器人，其特征在于：所述的机械手（10）包括两个手指，手指方向与履带平行，手指一端分别通过机械手转动副（26）和机械臂铰接，刚性绳两端分别固定在手指的滚轮上。

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