CN102582706A - 煤矿井下搜救探测机器人运动装置 - Google Patents
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Abstract
一种煤矿井下搜救探测机器人运动装置,属于机器人技术领域。该装置由左右两侧的行走履带机构、前摆臂履带机构、车轮摆臂连杆机构,车体底盘和动力装置组成。所述前摆臂履带机构安装在行走履带机构的外侧,车轮摆臂连杆机构安装在前摆臂履带机构的外侧。所述两种运动模式均采用左右两轮差速以实现转向,车轮行走采用双后轮驱动,履带行走采用双前轮驱动。所述车轮摆臂连杆机构由车轮升降电机带动后车轮摆臂箱旋转,通过传动连杆将运动传给空套在前心轴上的前车轮摆臂,在煤矿井下特殊环境中行驶时,可以根据不同的路况选择使用履带或车轮行驶,具有很好的移动能力和适应性,为煤矿井下环境探测机器人搭建了一个机动性强、可靠性高的移动平台。
Description
技术领域
本发明煤矿井下搜救探测机器人运动装置,属于机器人技术领域,涉及一种以履带式机器人为基体,叠合了连杆式车轮移动机构,可以根据不同环境灵活切换轮式履带的运动装置。
背景技术
现今煤炭生产和消耗量巨大,但国内高瓦斯矿井多,部分企业由于生产条件差、安全生产和管理措施不到位、操作不规范等原因,使煤矿事故频发,造成大量财产损失和人员伤亡。瓦斯、煤尘爆炸事故后,井下存在着高温、高压、烟雾、有害气体和缺氧等情况,救援人员贸然进去易引发二次事故灾难。井上救援专家和指挥人员应尽快获知井下事故现场情况,以便做出决策和判断。由煤矿探测搜救机器人先行进入井下,探测事故现场环境情况,将信息以图像和数据的形式反馈到控制中心,为救援指挥提供决策依据,这样就可在确保救援人员安全的前提下实施高效率救援,最大限度地减少人员和财产损失。因此,发明一种适应井下特殊环境的煤矿井下搜救探测机器人运动装置是确保煤炭生产安全的一项紧迫任务。
机器人移动机构性能决定其运动性能。轮式机器人,虽然能快速移动,但不能适应崎岖、泥泞和松软的路面;履带式机器人,克服了轮式机器人存在的问题,具有很好的通过性能和越障性能,但行驶速度慢,易磨损;腿式机器人,体积大、控制较复杂、造价昂贵。由此看来,轮式、履带式和腿式移动机构各有利弊,均不能完全满足煤矿井下探测的要求,机器人移动机构需要朝着复合方向发展。
现在国内外越障机器人移动机构样式众多,但要用于煤矿井下环境探测搜救,结构性能还有待提高。如燕山大学的授权公告号为CN201484526U的实用新型专利“车轮履带两用式行走机构”,可以通过液压装置升降切换轮式履带两种行走机构,但缺少摆臂履带,越障性能差,不适用于煤矿井下灾害现场。太原理工大学的发明专利“煤矿井下搜救探测机器人运动装置”,公告号为CN101417674A,该装置由左右两侧的行走履带运动装置、前后旋转臂运动装置和传感器旋转臂及其控制系统构成,结构紧凑,但运动模式单一,不能针对环境特点选用最佳运动模式。北京交通大学的实用新型专利“一种步轮履复合式移动机器人”,授权公告号CN201140734Y,该装置设计巧妙,采用伸缩杆机构,结构相对复杂且本体采用轮式移动方式,没有考虑到煤矿井下及灾害现场路面崎岖不平,障碍物较多,通行空间有限且不规则等的特殊环境,故急需一种能够解决煤矿搜救探测机器人在井下特殊环境中行走问题的探测机器人的技术方案。
发明内容
本发明煤矿井下搜救探测机器人运动装置的目的在于,为了解决煤矿搜救探测机器人在井下特殊环境中的行走问题,提供一种以履带式机器人为基体,叠合了连杆式车轮移动机构,根据不同环境灵活切换轮式履带的运动装置。
本发明煤矿井下搜救探测机器人运动装置,其特征在于是一种以履带式机器人为基体,叠合了连杆式车轮移动机构,根据不同环境灵活切换轮式履带的运动装置,该装置由左右两侧的行走履带机构、前摆臂履带机构、车轮摆臂连杆机构、车体底盘和动力装置组成,其所述的行走履带机构,包括主动双联轮3、主履带2、从动双联轮13、前空心轴25、后空心轴14、履带行走电机26及同步带装置24,其主履带2包覆在主动双联轮3和从动双联轮13的外侧,履带行走电机26输出端连接同步带装置24后带动与前空心轴25通过键连接的主动双联轮3转动,从动双联轮13空套在后空心轴14的同一侧,通过主履带2的传动跟随主动双联轮3同步运动;所述的前摆臂履带机构,包括主动双联轮3、摆臂小轮5、摆臂下支撑板7、摆臂上支撑板6、摆臂履带4、前心轴1、履带摆臂旋转驱动电机27及履带摆臂减速齿轮装置28;所述的车轮摆臂连杆机构,包括车轮升降机构和车轮行走机构,其车轮升降机构,包括前车轮摆臂8、传动连杆9、后车轮摆臂箱12、前心轴1、后心轴16、车轮升降电机15及车轮升降齿轮装置18,其前车轮摆臂8空套在前心轴1上,末端用弹性挡圈定位,后车轮摆臂箱12外侧与后心轴16通过键连接,车轮升降电机15通过车轮升降齿轮装置18后带动后车轮摆臂箱12旋转,通过传动连杆9将运动传给空套在前心轴1上的前车轮摆臂8;其车轮行走机构,包括前车轮10、前车轮半轴29、后车轮11、后车轮半轴30、后空心轴14、外同步带装置31、内同步带装置19及车轮行走电机17,其车轮行走电机17通过内同步带装置19带动后空心轴14旋转,外同步带装置19分别与后空心轴14和后车轮半轴30通过键连接实现运动的传递。
上述的煤矿井下搜救探测机器人运动装置,其特征在于所述的车体底盘,是通过改变前车体22和后车体20之间的垫板21厚度调节前后履带轮之间的距离,实现主履带2的张紧,其垫板21厚度为3-8毫米。
上述的煤矿井下搜救探测机器人运动装置,其特征在于所述的前摆臂履带机构,是通过调节双头螺柱23上的螺母来改变摆臂履带上支撑板6与下支撑板7之间的距离,其螺母松动距离增大,拧紧距离缩小,实现摆臂履带4的张紧。
本发明煤矿井下搜救探测机器人运动装置的优点在于,以履带式机器人为基体,叠合了连杆式车轮移动机构,使得机器人具有完全独立的轮式和履带式移动方式,并可尽其所长,避免了以往两种移动方式不能独立使用所带来的运动相互干涉的问题。可以根据煤矿井下不同环境灵活切换轮式和履带式两种运动模式,使机器人以最快速度到达井下事故现场。在平坦地面上,可以充分利用轮式机构可快速行驶的优点;而在泥泞、松软和坡面上,可以充分利用履带的单位面积受力小,路面附着力大的优点,使得机器人可以顺利通过;遇到台阶、沟壑、石块等障碍物时,通过机器人摆臂履带的运动,使机器人顺利越障。
附图说明
图1轮履可切换的煤矿井下搜救探测机器人运动装置的轴测图
图2轮履可切换的煤矿井下搜救探测机器人运动装置的主视图
图3轮履可切换的煤矿井下搜救探测机器人运动装置的俯视图
图4轮履可切换的煤矿井下搜救探测机器人运动装置的左剖视图
图中标号为:1.前心轴、 2.主履带、3.主动双联轮、4.摆臂履带、5.摆臂小轮、6.摆臂上支撑板、7.摆臂下支撑板、8.前车轮摆臂、9.传动连杆、10.前车轮、11.后车轮、12.后车轮摆臂箱、13.从动双联轮、14.后空心轴、15.车轮升降电机、16.后心轴、17.车轮行走电机、18.车轮升降齿轮装置、19.内同步带装置、20.后车体、21.垫板、22.前车体、23.双头螺柱、24.同步带装置、25.前空心轴、26.履带行走电机、27.履带摆臂旋转驱动电机、28.履带摆臂减速齿轮装置、29.前车轮半轴、30.后车轮半轴、31.外同步带装置。
具体实施方式
下面结合附图及实施例来对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
实施方式1:
如图1、图2、图3和图4所示,轮履可切换的煤矿井下搜救探测机器人运动装置,其含有左右两侧的行走履带机构、前摆臂履带机构、车轮摆臂连杆机构,车体底盘和动力装置。其中,行走履带机构包括主动双联轮3、主履带2、从动双联轮13、前空心轴25、后空心轴14、履带行走电机26及同步带装置24;包覆在主动双联轮3和从动双联轮13外侧的主履带2采用双面齿形带,双面齿形带的内侧皮带齿起传动作用,保证同一侧的主动双联轮3和从动双联轮13轮速相同。左右两侧的履带行走电机输出端连接同步带装置24后分别带动与前空心轴25通过键连接的左右主动双联轮转动,空套在后空心轴14上的从动双联轮13通过主履带2的传动跟随主动双联轮3同步运动,利用左右两侧的速度差即可实现转向运动,所述的车体底盘,是通过改变前车体22和后车体20之间的垫板21厚度调节前后履带轮之间的距离,实现主履带2的张紧,其垫板21厚度为6毫米;摆臂履带机构,包括主动双联轮3、摆臂小轮5、摆臂下支撑板7、摆臂上支撑板6、摆臂履带4、前心轴1、履带摆臂旋转驱动电机27及履带摆臂减速齿轮装置28。履带摆臂旋转驱动电机27通过履带摆臂减速齿轮装置28后控制前摆臂履带机构的起落,从而实现其主要功能:(1)前方遇到障碍时,可以把前摆臂履带机构翻转到障碍物上面,将车身逐渐抬起越过障碍;(2)在松软地面行进时,前摆臂履带机构可放下,增加车体与地面的接触面积,即可减小对地压强,又能加大摩擦减少打滑,前摆臂履带机构绕前心轴1做360度转动,撑起车体的高度为102毫米;车轮摆臂连杆机构,包括车轮升降机构和车轮行走机构。车轮升降机构包括前车轮摆臂8、传动连杆9、后车轮摆臂箱12、前心轴1、后心轴16、车轮升降电机15及车轮升降齿轮装置18。前车轮摆臂8空套在前心轴1上,末端用弹性挡圈定位,后车轮摆臂箱12外侧与后心轴16通过键连接,车轮升降电机15通过车轮升降齿轮装置18后带动后车轮摆臂箱12旋转,通过传动连杆9将运动传给空套在前心轴1上的前车轮摆臂8,实现车轮的升降。车轮摆臂箱12可以绕后心轴16做360度旋转,撑起车体的高度为202毫米。车轮行走机构,包括前车轮10、前车轮半轴29、后车轮11、后车轮半轴30、后空心轴14、外同步带装置31、内同步带装置19及车轮行走电机17。左右车轮行走电机通过内同步带装置19分别带动左右后空心轴旋转,外同步带装置31分别与后空心轴14和后车轮半轴30通过键连接实现运动的传递,左右两轮差速以实现转向。
实施方式2:其垫板21厚度为3毫米,其它同实施方式1。
实施方式3:其垫板21厚度为8毫米,其它同实施方式1。
Claims (3)
1.一种煤矿井下搜救探测机器人运动装置,其特征在于是一种以履带式机器人为基体,叠合了连杆式车轮移动机构,根据不同环境灵活切换轮式履带的运动装置,该装置由左右两侧的行走履带机构、前摆臂履带机构、车轮摆臂连杆机构,车体底盘和动力装置组成,所述的行走履带机构,包括主动双联轮(3)、主履带(2)、从动双联轮(13)、前空心轴(25)、后空心轴(14)、履带行走电机(26)及同步带装置(24),其主履带(2)包覆在主动双联轮(3)和从动双联轮(13)的外侧,履带行走电机(26)输出端连接同步带装置(24)后带动与前空心轴(25)通过键连接的主动双联轮(3)转动,从动双联轮(13)空套在后空心轴(14)的同一侧,通过主履带(2)的传动跟随主动双联轮(3)同步运动;所述的前摆臂履带机构,包括主动双联轮(3)、摆臂小轮(5)、摆臂下支撑板(7)、摆臂上支撑板(6)、摆臂履带(4)、前心轴(1)、履带摆臂旋转驱动电机(27)及履带摆臂减速齿轮装置(28);所述的车轮摆臂连杆机构,包括车轮升降机构和车轮行走机构,其车轮升降机构,包括前车轮摆臂(8)、传动连杆(9)、后车轮摆臂箱(12)、前心轴(1)、后心轴(16)、车轮升降电机(15)及车轮升降齿轮装置(18),其前车轮摆臂(8)空套在前心轴(1)上,末端用弹性挡圈定位,后车轮摆臂箱(12)外侧与后心轴(16)通过键连接,车轮升降电机(15)通过车轮升降齿轮装置(18)后带动后车轮摆臂箱(12)旋转,通过传动连杆(9)将运动传给空套在前心轴(1)上的前车轮摆臂(8);其车轮行走机构,包括前车轮(10)、前车轮半轴(29)、后车轮(11)、后车轮半轴(30)、后空心轴(14)、外同步带装置(31)、内同步带装置(19)及车轮行走电机(17),其车轮行走电机(17)通过内同步带装置(19)带动后空心轴(14)旋转,外同步带装置(31)分别与后空心轴(14)和后车轮半轴(30)通过键连接实现运动的传递。
2. 按照权利要求1所述的一种煤矿井下搜救探测机器人运动装置,其特征在于所述的车体底盘,是通过改变前车体(22)和后车体(20)之间的垫板(21)厚度来调节前后履带轮之间的距离,实现主履带(2)的张紧,其垫板(21)厚度为3-8毫米。
3.按照权利要求1所述的一种煤矿井下搜救探测机器人运动装置,其特征在于所述的前摆臂履带机构,是通过调节双头螺柱(23)上的螺母来改变摆臂履带上支撑板(6)与下支撑板(7)之间的距离,其螺母松动距离增大,拧紧距离缩小,实现摆臂履带(4)的张紧。
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