CN102774442B - 狭小空间内履带行驶装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种狭小空间内的履带行驶装置。本装置包括驱动部分、云台部分以及主箱体部分。驱动部分为两个自带电机的履带移动装置，与主箱体通过支撑架刚性连接。云台部分采用冠齿轮及螺栓与主箱体部分连接，云台相对于主箱体部分有一个相对旋转的自由度。使用时先将该装置置于狭小空间的入口处，通过人为控制履带行驶驱动电机控制装置的前进、后退以及转向。并通过控制界面人为的启动和控制云台的步进电机，调整云台相对于主箱体的水平方向和放置摄像头的薄壁通管的上下位置，采集需要的信息。本发明能够有效的在狭小空间内移动和完成探测工作，其操作简单，适于废墟搜救及管道探测等应用。

Description

狭小空间内履带行驶装置

技术领域

本发明涉及一种狭小空间内履带装置，主要用于能通过狭小空间进行废墟搜救以及狭缝探测。

技术背景

近年来发生的地震和其他自然灾害导致的建筑倒塌事件，让许多无辜的生命终结，而如何能在事故发生后的最短时间内进行有效的救援，已经成为越来越多的学者开始关注的话题，由此越来越多的科研工作者开始研究不同的救援方案。从纽约的9.11到汶川的5.12，再到福岛地震，从惨重的人员伤亡数据可以看出，事故后的救援工作仍然主要由人来完成，缺乏高效的应对这类紧急灾难的救援工具，无法制定及时的救援措施，现在国内犹其缺乏应对这类紧急灾难的救援工具。基于此种现状，研究人员深入研究与之对应的救援工具及手段，从而促成了各种各样的搜索和救援机器人的诞生。

本装置基于一种“废墟搜救机器人”，即一种面向地震灾难应用、能够穿过废墟缝隙的运动与探测的机器人系统。机器人总体的宽为60，长为68，高度为54，由于该机器人体积较小，可以通过废墟中较小的缝隙或者管道，到达废墟的内部进行搜索，利用其携带的摄像头，可以实现水平面内360度观察，垂直面-20°到45°，在其车体上安装一些驱动装置、信息采集装置，实时传回搜索信息，使它在操作人员的操控下能够检测到废墟中幸存者的位置并可立即实施辅助救援。

经过反复模拟及现场实验，发现此类机器人系统研究的一大难题便是由于机器人体积的原因无法顺利地在废墟内部进行搜索，由于废墟内空间狭小且环境复杂，一般的机器人只能在废墟外面进行探测，很大程度地限制了机器人的应用范围，所以探测的效果也不是十分理想。本发明所解决的是探测机器人如何在废墟内部进行工作的问题，思路是设计采用小尺寸的履带行驶装置和云台探测装置以减小行驶装置的总体尺寸，使装置可以顺利的在狭小空间内进行探测以及与外界进行交互。

发明内容

本发明的目的在于针对搜救过程中大尺寸的机器人无法在废墟内部开展行动的问题，提供一种狭小空间内的履带行驶装置，以使用于废墟搜救和狭缝探测。

为达到上述目的，本发明的构思是：将搜索机器人的整体尺寸大幅度降低，仅保留驱动、通信、探测以及支撑，并尽量减小各部分的尺寸。结构上，本装置分为两部分：驱动部分和云台部分。两部分之间采用一个箱体连接，尽量达到安装紧凑。

一种狭小空间内履带行驶装置，包括驱动部分、主箱体部分和云台部分，其特征在于：云台部分与主箱体部分之间采用螺栓连接，主箱体与驱动部分之间采用刚性固定架连接。

根据上述的构思，本发明采用如下技术方案：

驱动部分：采用履带装置作为其行走装置，直流电机为驱动源，履带两侧采用挡板作为整个履带的支撑，挡板内侧，两根齿轮轴分别在挡板两端并行安装而由两端的轴承支撑，用于传递转矩，通过安装在该两根齿轮轴上的同步带轮驱动同步带运动。将一个小块金属板固定在两块挡板内侧作为支架，在该支架内侧安装一个电机，该电机的输出轴与一个锥齿固定连接，该锥齿轮与前轴上锥齿轮的一个锥齿啮合，工作时，所述电机转动经齿轮啮合传递转矩，经同步带轮驱动同步带平稳运动。考虑到电机的连接导线，在挡板上开出小孔，留作布线使用。

云台部分：采用一个云台箱体作为云台外壳，保护探测装置。用冠齿轮实现垂直方向的传动，冠齿轮通过螺栓与螺母与主箱体进行固定连接，所述云台箱体后壁上固定安装一个步进电机1，该步进电机1输出轴上固定一个直齿轮与所述冠齿轮啮合，由于云台箱体具有一个旋转的自由度，所以云台箱体实现了在水平方向上的360°的旋转。云台箱体内部安装一根横向水平齿轮轴，采用轴端支撑，该齿轮轴与一个半齿轮通过焊接进行固定，齿轮轴上的半齿轮与一个步进电机2上固定的一个直齿轮相啮合，所述步进电机2固定安装在云台箱体左侧内壁上。一个薄壁通管通过一个连接件与齿轮轴进行固定连接，当齿轮轴转动时，薄壁通管会以齿轮轴的中心线为中心进行转动，一个摄像头安装在薄壁通管内，从而实现摄像头探测区域的上下调整，其上下调整角度为-20°～45°。步进电机1和步进电机2分别通过自带的两个固定孔以及箱体后端和左端所开的孔用螺栓和螺母与云台箱体进行固定。云台箱体盖与云台箱体也采用螺栓固定连接，云台箱体下方螺母位置处凹下去一定深度，防止箱体盖固定螺母阻碍云台箱体与主箱体的相对运动。连接件是一个在三个方向上都开通孔的小立方体，为实现摄像头的上下转动设计一个三轴通孔方块，三个通孔相贯，直径各不相同，其中一个通孔布置薄壁通管用以安装并保护摄像头，薄壁通管上开出通孔与通孔方块上的孔对齐，放置齿轮轴，使齿轮轴上的孔与方块上的对应孔对齐，放置螺栓的通孔，通过螺栓与螺母的固定，从而实现摄像头管和齿轮轴的固定。

箱体部分：主箱体是用来固定云台上的冠齿轮和两个履带装置的。两个支撑架通过螺栓螺母与主箱体固定，支撑架与履带装置采用螺栓连接。主箱体的另一个用途是安放部分芯片板，从而减少通讯线数量，以减小控制线给履带车运动带来的阻力。

本发明与现有技术相比较，具有如下实质性特点和显著优点：本发明总体尺寸小，装卸方便，且运动灵活。并且运用云台水平面360度旋转和垂直方向的旋转，在通过废墟缝隙之后可有效的开展搜索工作。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的结构示意图。

图2是驱动部分结构示意图（其中左上角图a为正视图，左下角图b为俯视图，右图c为斜视图）。

图3为云台部分摄像头没有转动的状态的状态图

具体实施方式

本发明的优势实施例结合附图说明如下：

实施例一：

参见图1，本履带行驶装置包括驱动部分、主箱体部分和云台部分，云台部分与主箱体部分之间采用冠齿轮连接，主箱体与驱动部分之间采用刚性固定架连接。

实施例二：本实施例与实施例一基本相同，特别之处是：

参见图2，该图为驱动部分结构示意图，采用履带装置作为其驱动源，履带两侧采用挡板（9）作为整个履带的支撑，挡板内侧，前轴(13)及后轴分别在挡板两端并行安装而由两端的轴承（14）支撑，用于传递转矩，通过安装在该两根齿轮轴（13）上的同步带轮（11、12）驱动同步带（6）运动；一个小块金属板（8）固定在两块挡板（9）内侧作为支架，在该支架内侧安装一个电机（16），该电机（16）的输出轴与一个锥齿（15）固定连接，该锥齿轮（15）与所述轮轴（13）上的一个锥齿啮合；工作时，所述电机（16）转动经齿轮啮合传递力矩，经同步带（11、12）驱动同步带（6）平稳运动。考虑到电机的驱动，在挡板上开出小孔，布线使用。

参见图3，该图为云台部分摄像头没有转动的状态，在该状态下，本装置只能在摄像头的广角范围内展开搜索,采用箱体（7）作为云台外壳。用冠齿轮（20）实现垂直方向的传动，冠齿轮（20）通过螺栓（19）与螺母与所述主箱体部分的主箱体（1）进行固定连接，所述云台箱体（7）后壁上固定安装一个步进电机1（17），该步进电机（17）的输出轴上固定一个直齿轮（18）与所述冠齿轮（20）啮合，由于云台箱体（7）具有一个旋转的自由度，所以云台箱体（7）实现了在水平方向上的360°的旋转；云台箱体（7）内部安装一根横向水平齿轮轴（22），采用轴端支撑，该齿轮轴（22）与一个半齿轮（21）通过焊接进行固定，齿轮轴（22）上的半齿轮（21）与一个步进电机2（26）上固定的一个直齿轮相啮合，所述步进电机2（26）固定安装在云台箱体（7）左侧内壁上。薄壁通管（3）通过一个连接件（23）与齿轮轴（22）进行固定连接，当齿轮轴转动时，薄壁通管会以齿轮轴的中心线为中心进行转动，一个摄像头安装在所述薄壁通管（3）内，从而实现摄像头探测区域的上下调整，其上下调整角度为-20°～45°；云台箱体盖（4）也采用螺栓与云台箱体（7）固定连接，云台箱体（7）下方螺母位置处凹下去一定深度，防止箱体盖固定螺母阻碍云台箱体与主箱体（1）的相对运动；所述连接件（23）为一个三轴通孔方块，三个通孔相贯，直径各不相同，其中一个通孔插置薄壁通管（3）用以安装并保护摄像头，薄壁通管（3）上开出通孔与通孔方块上的孔对齐，穿插齿轮轴（22），使齿轮轴（22）上的孔与三轴通孔方块上的对应孔对齐，放置螺栓的通孔，通过螺栓与螺母的固定，从而实现摄像头管和齿轮轴的固定。

图1、图2和图3中的标号表示：1主箱体，2主箱体盖，3薄壁通管（即摄像头管），4云台箱体盖，5电机固定螺栓，6同步带，7云台箱体，8压板，9外部支撑架，10轴承，11同步带前轮，12同步带后轮，13前轴，14后轴，15锥齿轮，16驱动电机，17步进电机1， 18小齿轮，19冠齿轮固定螺母，20冠齿轮，21半齿轮，22半齿轮轴，23连接件，24云台箱体盖固定螺栓，25履带装置固定架,26步进电机2。

本履带装置的操作步骤如下：

1）    将该装置通过狭小缝隙放置到废墟中，或者通过管道中放置在管道中

2）    控制启动云台上的步进电机，摄像头转动开始拍摄画面，根据返回到控制面板的画面，手动选择前进方向，前进时，两个履带同时前进，左转或者右转时，一个履带前进另一个后退，停止时，两履带停止前进。

3）    在2）的基础上，控制启动直流电机驱动履带，推动该装置按照手动选择的方向移动，选择地势有利的方向前进。

4）    移动一定距离后，重复2）3）的步骤。

Claims (2)

1.. 一种狭小空间内履带行驶装置，包括驱动部分、主箱体部分和云台部分，其特征在于：云台部分与主箱体部分之间采用螺栓连接，主箱体与驱动部分之间采用刚性固定架连接；所述的云台部分是：采用一个云台箱体（7）作为云台外壳；用冠齿轮（20）实现垂直方向的传动，冠齿轮（20）通过螺栓（19）与螺母与所述主箱体部分的主箱体（1）进行固定连接，所述云台箱体（7）后壁上固定安装一个步进电机1（17），该步进电机（17）的输出轴上固定一个直齿轮（18）与所述冠齿轮（20）啮合，由于云台箱体（7）具有一个旋转的自由度，所以云台箱体（7）实现了在水平方向上的360°的旋转；云台箱体（7）内部安装一根横向水平齿轮轴（22），采用轴端支撑，该齿轮轴（22）与一个半齿轮（21）通过焊接进行固定，齿轮轴（22）上的半齿轮（21）与一个步进电机2（26）上固定的一个直齿轮相啮合，所述步进电机2（26）固定安装在云台箱体（7）左侧内壁上；薄壁通管（3）通过一个连接件（23）与齿轮轴（22）进行固定连接，当齿轮轴转动时，薄壁通管会以齿轮轴的中心线为中心进行转动，一个摄像头安装在所述薄壁通管（3）内，从而实现摄像头探测区域的上下调整，其上下调整角度为-20°～45°；云台箱体盖（4）也采用螺栓与云台箱体（7）固定连接，云台箱体（7）下方螺母位置处凹下去一定深度，防止箱体盖固定螺母阻碍云台箱体与主箱体（1）的相对运动；所述连接件（23）为一个三轴通孔方块，三个通孔相贯，直径各不相同，其中一个通孔插置薄壁通管（3）用以安装并保护摄像头，薄壁通管（3）上开出通孔与通孔方块上的孔对齐，穿插齿轮轴（22），使齿轮轴（22）上的孔与三轴通孔方块上的对应孔对齐，放置螺栓的通孔，通过螺栓与螺母的固定，从而实现摄像头管和齿轮轴的固定。

2.根据权利要求1所述的狭小空间内履带行驶装置，其特征在于，所述的驱动部分是：采用履带装置作为其驱动源，履带两侧采用挡板（9）作为整个履带的支撑，挡板内侧，前轴(13)及后轴分别在挡板两端并行安装而由两端的轴承（14）支撑，用于传递转矩，通过安装在该两根齿轮轴（13）上的同步带轮（11、12）驱动同步带（6）运动；将一个小块金属板（8）固定在两块挡板（9）内侧作为支架，在该支架内侧安装一个电机（16），该电机（16）的输出轴与一个锥齿（15）固定连接，该锥齿轮（15）与所述轮轴（13）上的一个锥齿啮合；工作时，所述电机（16）转动经齿轮啮合传递力矩，经同步带（11、12）驱动同步带（6）平稳运动。