CN102862617A - 废墟狭缝搜救机器人头部拉进机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种废墟狭缝搜救机器人头部拉进机构，它包括基座和可主动伸展、收缩的支撑腿。基座通过一对摩擦轮在柔性体上的摩擦而实现运动。支撑腿通过轮系和曲柄滑块机构的组合使用，可适时、主动的收拢和展开，并稳定地维持在所需的工作位置。本发明结构简单、紧凑，支撑腿主动、稳定的运动，进一步保证了废墟搜救机器人整体运动的高效、稳定。

Description

废墟狭缝搜救机器人头部拉进机构

技术领域

本发明涉及搜救机器人技术，特别是一种废墟狭缝搜救机器人头部拉进机构。

背景技术

最近几年世界各地地震不断，地震灾难发生后，在废墟中搜寻幸存者，给予必要的医疗救助，并尽快救出被困者是救援人员面临的紧迫任务。实际经验表明，超过48小时后被困在废墟中的幸存者存活的概率变得越来越低。由于灾难现场情况复杂，在救援人员自身安全得不到保证的情况下是很难进入现场开展救援工作的，此外，废墟中形成的狭小空间使搜救人员甚至搜救犬也无法进入。灾难搜救机器人可以很好地解决上述问题。机器人可以在灾难发生后第一时间进入灾难现场寻找幸存者，对被困人员提供基本的医疗救助服务，进入救援人员无法进入的现场搜集有关信息并反馈给救援指挥中心等。

近年来，为了满足救援工作的需要，国内外很多研究机构开展了大量的研究工作，可在灾难现场废墟中狭小空间内搜寻的各类机器人如履带式机器人、蛇形机器人等相继被开发出来。履带式机器人能够在粗糙不平的地面上进行运动并可以越过障碍，同时具有稳定性，攀爬能力强的优势。但这种机器人通常体积较大，因而在室外有更大的用武之地，若要进入倒塌的建筑物环境中是比较困难的。对于蛇形爬行机器人，它能够满足在灾难环境中运行对体型的要求，其狭长的体型完全可以进入狭小空间进行工作，同时其在结构上往往采用的是冗余的串联结构，增加了其对环境的适应能力，运动的稳定性以及越障能力。但其控制和驱动的复杂性往往限制在搜救方面的应用。

综合考虑了现有的各种搜救机器人的优缺点，发现一种易操作的、结构简单的废墟狭缝搜救机器人的研究会具有广泛的应用。这种废墟搜救机器人为：通过一套操控装置将一根管状柔性的机器人本体自动地送进废墟狭缝中完成搜救任务的机器人系统。

由于废墟狭缝中的空间狭小且环境复杂，搜救机器人本体在狭小空间的送进问题是整个机器人系统研发的一大难题。本研究正是面向能使柔性机器人本体进入废墟狭缝的自动送进机构，它在柔性体之上且可沿本体前后移动，当柔性本体“卡死”时，置于本体头部的拉进机构要对本体实现“拉进”。所以，头部拉进机构是整个搜救机器人的关键，重量轻、体积小、拉进功能好且工作稳定、效率高的拉紧机构决定了搜救机器人具有良好的运动稳定性和高效的搜救能力。

发明内容

本发明的目的在于提出一种针对已有技术存在的缺陷，提供一种废墟狭缝搜救机器人头部拉进机构，当搜救机器人的柔性本体在废墟中“卡死”时，拉进机构能够主动、迅速地找到支点，将柔性本体向前拉进。

为达到上述发明目的，本发明采用下述技术方案：

一种废墟狭缝搜救机器人头部拉进机构，包括可在柔性体上运动的基座和可主动伸展、收缩的支撑腿。基座是由两个对称体组成，每一半上的构成相同，由螺钉连接成一体，中间夹着柔性体。基座通过一对摩擦轮在柔性体上的摩擦而运动，其特征在于电机驱动后，经过一对锥齿轮的啮合传动，带动中间轴的转动，从而带动摩擦轮的转动，这样，通过一对摩擦轮对柔性体的挤压摩擦，基座在柔性体上运动。支撑腿有被动腿和主动腿，通过轮系和曲柄滑块机构的组合，轮系由太阳轮和两个行星轮组成，曲柄滑块机构由滑块、支撑腿和转臂组成。支撑腿可适时、主动的收拢和展开，并维持收拢或展开状态，其特征在于当基体沿着柔性体向前运动时，支撑腿收拢，并维持这一状态；当电机反转，基体要沿着柔性体向后运动时，支撑腿展开，并维持这一状态。拉进机构对柔性体向前拉进的功能在支撑腿展开后可直接实现，其特征在于运动过程中，当展开的支撑腿后的挡板碰到障碍物并阻止其继续向后运动时，摩擦轮和柔性体间的摩擦力就会迫使柔性体向前运动。

所述的轮系和曲柄滑块机构的组合结构是：轮系由两个行星轮和一个太阳轮组成，两个行星轮通过转臂的连接可绕着太阳轮旋转，太阳轮通过键和中间轴固定连接，转臂同两个行星轮及中间轴之间的连接均可转动，则中间轴转向不同时，两个行星轮绕太阳轮旋转的方向也不同。左边的行星轮再和滑块连接，连接处可自由转动，主动支撑腿再穿过滑块，滑块可沿着支撑腿滑动，则行星轮绕着太阳轮转动时就会带着滑块同时沿着支撑腿滑动。当转臂的左臂水平时，支撑腿靠在基座上，此时滑块不再运动，支撑腿收拢，行星轮继续空转，支撑腿维持收拢状态；当转臂的右臂水平时，右臂被基座上的弹性挡销挡住，此时滑块不再运动，支撑腿展开，行星轮继续空转，支撑腿维持展开状态。

所述的支撑腿有两对，每对都包括一个主动腿和一个被动腿，被动腿通过一个转轴和主动腿相连，每对腿都能实现同方向的、相对静止的运动。转轴和支撑腿之间通过连接臂实现联动。

所述的后挡板有两个，每个都通过连接板和一对支撑腿相连，形状如同半个碗，侧面有一定的倾斜角，增加接触面积，增大支撑腿展开后找到障碍物支点的可能性。

所述的保护罩的结构:由两半头部呈锥形，倾斜角同基座相同，尾部呈圆形的薄壁结构组成，在支撑腿展开时经过的位置开有一定大小的窄缝。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1. 拉进机构的整体尺寸很小，可以在废墟狭缝中运动，支撑腿展开后的范围尺寸很大，可以尽可能地找到支撑点。

2. 行星轮和曲柄滑块机构的组合很好地实现了支撑腿的主动收拢和展开，并稳定地维持在所需的工作位置。

3. 被动支撑腿的引入不仅充分利用了现有的空间，还使支撑腿及后挡板的展开更加的合理、稳定。

4.本发明结构简单、紧凑，易于加工制造，制造成本低，实用价值高，利于推广。

附图说明

图1是本发明实施例一废墟狭缝搜救机器人头部拉进机构结构主视纵剖视图。

图2是图1的俯视图，图3是图1的右视图，图4是图1的左视图。

图5是本发明实施例二废墟狭缝搜救机器人头部拉进机构支撑腿展开后示意图。

图6是本发明实施例四废墟狭缝搜救机器人头部拉进机构后挡板示意图。

图7是本发明实施例五废墟狭缝搜救机器人头部拉进机构保护罩示意图。

具体实施方式

结合附图，对本发明的优选实施例详述如下：

实施例一：

参见图1-图5，一种废墟狭缝搜救机器人头部拉进机构，包括可在柔性体上运动的基座和可主动伸展、收缩的支撑腿。在本实例中，基座2是由两个对称体组成，每一半上的构成相同，由螺钉17连接成一体，中间夹着柔性体1。基座2通过一对摩擦轮5在柔性体上的摩擦而运动，电机8驱动后，经过一对锥齿轮7的啮合传动，带动中间轴6的转动，从而带动摩擦轮5的转动，这样，通过一对摩擦轮5对柔性体1的挤压摩擦，基座2在柔性体1上运动。轮系和曲柄滑块机构的组合使用，可实现支撑腿9、13的主动伸展、收缩。轮系由太阳轮10和两个行星轮11、12组成，曲柄滑块机构由滑块15、支撑腿9、13和转臂16组成。支撑腿可适时、主动的收拢和展开，并维持收拢或展开状态。当基体2沿着柔性体向前运动时，支撑腿收拢，并维持这一状态；当电机8反转，基体2要沿着柔性体1向后运动时，支撑腿9、13展开，并维持这一状态。拉进机构对柔性体1向前拉进的功能在支撑腿9、13展开后可直接实现，在运动过程中，当展开的支撑腿9、13后的挡板14碰到障碍物并阻止其继续向后运动时，摩擦轮5和柔性体1间的摩擦力就会迫使柔性体1向前运动。

当搜救机器人在运动过程中“卡死”时，这种拉进机构的工作可以很好地帮助搜救机器人顺利地度过此阶段，进一步保证了机器人整体运动的高效、稳定。

实施例二：

本实施例与实施例一的技术方案基本相同，不同之处在于：

参见图5，在本实施例中，轮系和曲柄滑块机构的组合结构是：轮系由两个行星轮11、12和一个太阳轮10组成，两个行星轮11、12通过转臂16的连接可绕着太阳轮10旋转，太阳轮10通过键和中间轴6固定连接，所述转臂16同两个行星轮11、12及中间轴6之间的连接均可转动，中间轴6转向不同时，两个行星轮11、12绕太阳轮10旋转的方向也不同。曲柄滑块机构的组成是：左边的行星轮11再和滑块15连接，连接处可自由转动，主动支撑腿13再穿过滑块15。滑块15可沿着主动支撑腿13滑动，行星轮11绕着太阳轮10转动时就会带着滑块15同时沿着主动支撑腿13滑动。

当转臂16的左臂水平时，支撑腿13靠在基座2上，此时滑块15不再运动，支撑腿9、13收拢，行星轮11、12继续空转，支撑腿9、13维持收拢状态；当转臂16的右臂水平时，右臂被基座2上的弹性圆柱销18挡住，此时滑块15不再运动，支撑腿9、13展开，行星轮11、12继续空转，支撑腿9、13维持展开状态。

轮系和曲柄滑块机构的组合使用，一方面，充分发挥了电机8的功效，电机8不仅驱动摩擦轮5，使基座2在柔性体1上运动，还能通过轮系和曲柄滑块机构驱动支撑腿9、13的收拢和展开，实现了支撑腿9、13的主动运动；另一方面，将支撑腿9、13很好地布置在基座2上，使个头部拉进机构整体结构更加紧凑，减小了整体的尺寸，这样，搜救机器人就能够在废墟中运动迅速、自如。

实施例三：

本实施例与实施例一和实施例二的技术方案基本相同，不同之处在于：

在本实施例中，支撑腿有两对，每对都包括一个主动腿13和一个被动腿9，被动腿9通过一个转轴3和主动腿13相连，每对腿都能实现同方向的、相对静止的运动。转轴3和支撑腿9、13之间通过连接臂4实现联动。主动腿13和被动腿9的联合使用，充分利用了基座2上的有限空间，另外，每对腿的联动可以使它们和后挡板14的连接更稳定，当后挡板14碰到障碍物时，可以对腿部的受力起到平衡的作用。

实施例四：

本实施例与前述实施例的技术方案基本相同，不同之处在于：

参见图5和图6，在本实施例中，后挡板14有两个，其形状如同半个碗，侧面有一定的倾斜角，每个后挡板14的底面都通过连接板19和一对支撑腿9、13相连，倾斜的侧面增加了后挡板14和障碍物的接触面积，增大了支撑腿9、13展开后整个拉进机构找到障碍物作为支点的可能性，快速地使搜救机器人度过柔性体1被“卡死”的状态。

实施例五：

本实施例与前述实施例的技术方案基本相同，不同之处在于：

参见图1和图7，在本实施例中，保护罩20由两半头部呈锥形，倾斜角同基座2相同，尾部呈圆形的薄壁结构组成，在支撑腿9、13展开时经过的位置开有一定大小的窄缝，以保证支撑腿9、13的正常收拢和展开。保护罩20使整个拉进机构和外界环境隔开，使废墟中的尘土和杂物不能轻易进入拉进机构内部，对拉进机构的传动部分起到了很好的保护作用。另一方面，保护罩20还减小了拉进机构在运动过程中的阻力，使其能够更顺畅地在废墟中运动。

上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种废墟狭缝搜救机器人头部拉进机构，包括可在柔性体上运动的基座和可主动伸展、收缩的支撑腿，其特征在于：所述基座（2）是由两半对称体组成，每一半上的构成相同，由螺钉（17）连接成一体，中间夹着柔性体（1）；基座（2）通过一对摩擦轮（5）在柔性体上的摩擦而运动：一个电机（8）经一对锥齿轮（7）的啮合传动一根中间轴（6），中间轴（6）上固定安装摩擦轮（5），这样，通过一对摩擦轮（5）对柔性体（1）的挤压摩擦，基座（2）在柔性体（1）上运动；所述的可主动伸展、收缩的支撑腿，是一个轮系和曲柄滑块机构的组合机构，由所述电机（8）驱动该轮系和曲柄滑块机构的组合机构中的支撑腿（9），实现支撑腿的主动伸展、收缩运动。

2.根据权利要求1所述的废墟狭缝搜救机器人头部拉进机构，其特征在于：所述的轮系和曲柄滑块机构的组合机构是：一个轮系由两个行星轮（11、12）和一个太阳轮（10）啮合构成，两个行星轮（11、12）通过转臂（16）的连接绕着太阳轮（10）旋转，所述太阳轮（10）通过键和所述中间轴（6）固定连接，所述转臂（16）同两个行星轮（11、12）及中间轴（6）之间的连接均为转动连接，所述中间轴（6）转向不同时，两个行星轮（11、12）绕太阳轮（10）旋转的方向也不同；一个曲柄滑块机构是：所述两个行星轮中的左边行星轮（11）与一个滑块（15）转动连接，一个主动支撑腿（13）滑配穿过滑块（15）；所述左边行星轮（11）绕着太阳轮（10）转动时就会带着滑块（15）同时沿着主动支撑腿（13）滑动，当所述转臂（16）的左臂水平时，主动支撑腿（13）靠在基座（2）上，此时滑块（15）不再运动，主动支撑腿（13）收拢，所述行星轮（11、12）继续空转，主动支撑腿（13）维持收拢状态；当所述转臂（16）的右臂水平时，右臂被基座（2）上安装的一个弹性圆柱销（18）挡住，此时所述滑块（15）不再运动，主动支撑腿（13）展开，所述行星轮（11、12）继续空转，主动支撑腿（13）维持展开状态。

3.根据权利要求2所述的废墟狭缝搜救机器人头部拉进机构，其特征在于：所述的支撑腿有两对，每对都包括一个主动支撑腿（13）和一个被动支撑腿（9），所述被动支撑腿（9）通过一个转轴（3）和主动支撑腿（13）固定相连，所述的每对腿都能实现同方向的、相对静止的运动；所述转轴（3）与主动和被动支撑腿（9、13）之间通过连接臂（4）固定连接而实现联动。

4.根据权利要求3所述的废墟狭缝搜救机器人头部拉进机构，其特征在于：所述一对主动和被动支撑腿（9、13）分别与两个后挡板（14）通过两个连接板（19）相连。

5.根据权利要求4所述的废墟狭缝搜救机器人头部拉进机构，其特征在于：所述基座（2）外围有一个保护罩（20）：由两半头部呈锥形、尾部呈圆形壳体的薄壁结构组成，所述保护罩（20）头部锥形的倾斜角同基座（2）相同，在支撑腿（9、13）展开时经过的位置开有相应大小的窄缝，以保证支撑腿（9、13）的正常收拢和展开。

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