CN103303381A - 一种搜救机器人及其移动方式 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤矿搜救机器人的结构设计及其移动方式，其包括一移动机构，该移动机构包括两个移动体，两个移动体之间通过两个刚性杆以移动体、刚性杆、刚性杆、移动体的顺序依次连接，每个移动体设置有两台电动机，其特征在于：两个移动体均为双履带式结构，每条履带分别用一台电动机驱动。移动时，在四台驱动电机的配合下，由第五台电机驱动两部分相连的齿轮，从而使前半部分抬起，越过障碍物，再由前半部分带动后半部分越过障碍物。该搜救机器人具有更好的通过性和灵活性，提高搜救准确性和效率。

Description

一种搜救机器人及其移动方式

技术领域

本发明是关于一种搜救机器人，具体涉及一种煤矿搜救机器人的结构设计及其移动方式。 

背景技术

当前，煤矿事故率较高，因此煤矿搜救机器人的研究越来越受到重视。所以，研发一种能够第一时间进入灾难现场的搜救机器人就具备重大意义，搜救机器人可以为决策者及救援专家提供可靠的信息用于救援决策，提高救援效率，降低人员的伤亡。现有的搜救机器人包括车辆式、仿生式、并联式和飞行式等几种。其中，由于履带式移动机器人移动性能好，可以运动在粗糙不平的地面上，并具有较强的越障能力，攀爬能力强、运动稳定，所以车辆式搜救机器人一般为履带式。其中一种机器人，其为一种双履带式机器人，它的前部分采用类似鱼鳍的履带结构和摆臂，实现攀爬楼梯和越过障碍的功能，而且机械手臂上安装了摄像机，可以采集各个角度的环境图像信息。但是，该种机器人是单体设计，其无法爬越较高的障碍物，也不能攀爬具有垂直壁的障碍物。因此有必要设计一种可以实现更好遇过障碍物的履带式机器人。 

发明的内容 

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 

一种搜救机器人，其具有一移动机构，该移动机构包括两个移动体，两个移动体之间通过两个刚性杆以移动体、刚性杆、刚性杆、移动体的顺序依次连接，每个移动体设置有两台电动机，其特征在于：两个移动体均为双履带式结构，每条履带分别用一台电动机驱动。 

如上所述的搜救机器人，其特征还在于：该两个移动体上分别具有设置在其左右两边的该履带；机架分别构成为所述两个移动体的支撑结构，使得所述每个移动体均为刚性；所述两个刚性杆将所述两个移动体可以前后相对运动地铰接在一起；所述两个刚性杆分别具有一固定于所述两根连杆所相邻的一端上的两个连杆齿轮，其中一个连杆齿轮与一第五电动机可同步转动地结合在一起，且同时固定于其中一根刚性杆上。 

如上所述的搜救机器人，其特征还在于：移动体和刚性杆以及刚性杆和刚性杆之间通过枢轴铰接连接。 

如上所述的搜救机器人，其特征在于：刚性杆与刚性杆之间设置有第五电动机，用来驱动枢轴铰接连接。 

如上所述的搜救机器人，其特征在于：五台电动机可以处于自由或驱动状态。 

如上所述的搜救机器人，其特征在于：五台电动机相互之间的状态是独立的。 

如上所述的搜救机器人，其特征在于：至少一条履带具有履齿。 

如上所述的搜救机器人，其特征在于：所述履带分别具有一所述电动机。 

如上所述的搜救机器人，其特征在于：所述履带和所述电动机通过履带齿轮相连接。 

如上所述的搜救机器人，其特征在于：所述履带具有与其同步运动的履带导轮。 

如上所述的搜救机器人，其特征在于：所述第五电动机和/或所述电动机为直流伺服电机。 

如上所述的搜救机器人，其特征在于：所述履带具有履齿。 

如上所述的搜救机器人，其特征在于：包括电池，其用于向所述电动机和所述第五电动机提供电源。 

一种上述技术方案的搜救机器人的移动方式，其移动步骤如下： 

（1）在到达障碍物时，控制所述两个移动体中远离障碍物的移动体的所述电动机，使该远离障碍物的移动体保持静止； 

（2）驱动接近障碍物的所述移动体的所述电动机，使该移动体到达障碍物； 

（3）继续驱动接近障碍物的所述移动体的所述电动机，使得该移动体攀爬障碍物，并同时驱动所述第五电动机，使得第五电动机向该移动体提供一向上的力，协助该移动体向障碍物上攀爬； 

（4）所述接近障碍物的所述移动体到达障碍物顶端后，继续使该移动体前行一适当距离； 

（5）控制所述电动机，使所述接近障碍物的移动体保持静止； 

（6）驱动远离障碍物的所述移动体的所述电动机，使该移动体到达障碍物； 

（7）继续驱动远离障碍物的所述移动体的所述电动机，使得该移动体攀爬障碍物，并同时驱动所述第五电动机，使得第五电动机向该移动体提供一向上的力，协助该移动体向障碍物上攀爬； 

（8）所述远离障碍物的所述移动体达到障碍物顶端后，转入下一运动状态。 

本发明涉及的煤矿搜救机器人，相对于轮式机器人及传统履带式机器人，越障能力更强。在凸凹不平的巷道中行进非常合适，履带的功能就像机器人自身携带的道路，而双体结构的 设计又借鉴了人形机器人的优点，在障碍物较高时，可以抬起前半部分，如人移动一样跨过障碍物。 

附图说明

图1、本发明涉及的搜救机器人的示意图 

图2、本发明涉及的搜救机器人攀爬台阶的移动方式 

图3A-图3C、本发明涉及的搜救机器人攀爬超高障碍物的移动方式 

附图标记 

1.移动体   2.履带   4.连杆   5.连杆齿轮 

具体实施方式

本发明涉及的搜救机器人采用双体履带式移动机构，设计时考虑到工作环境的特殊性，结构进行了轻量化设计，保证其具有较小的体积、较轻的重量，能够在空间不大的煤矿环境中自由行进，并尽可能的携带更多的相关设备和物资，为使其有更好的越障能力，其结构采用双体设计，其包括两个移动体1。每个移动体1均为双履带式结构，其上分别具有设置在左右两边的履带2；机架（图中未示出）分别构成为所述两个移动体1的支撑结构，使得所述每个移动体1为刚性；两根连杆4将所述两个移动体1可以前后相对运动地铰接在一起；所述两根连杆4分别具有一固定于所述两根连杆4所相邻的一端上的两个连杆齿轮5，其中一个连杆齿轮5与一连杆齿轮电机可同步转动地结合在一起。四条履带2通过四台履带驱动电机带动。连杆4为刚性杆；该连杆4与对应的移动体1之间通过枢轴铰接连接；连杆4的另一端亦相互通过连杆齿轮5铰接。优选地，设置连杆齿轮电机用来驱动该二刚性杆的齿轮铰接连接。 

在搜救机器人移动时，主要有两种移动方式。在攀爬普通台阶时，如图2所示，第五台电机处于自由状态，由两个移动体上的四台电机相互配合实现攀爬。在遇到较高的障碍物时，如图3A-图3C所示，在四台驱动电机的配合下，由第五台电机驱动两部分相连的连杆齿轮5，从而使前一个移动体10抬起，越过障碍物，再由前一个移动体10带动后一个移动体10越过障碍物，可以达到较好的越障效果。 

具体地，其移动方式可以如下述步骤进行： 

（1）在到达障碍物时，控制所述两个移动体中远离障碍物的移动体的所述电动机，使该远离障碍物的移动体保持静止； 

（2）驱动接近障碍物的所述移动体的所述电动机，使该移动体到达障碍物； 

（3）继续驱动接近障碍物的所述移动体的所述电动机，使得该移动体攀爬障碍物，并同时驱动所述第五电动机，使得第五电动机向该移动体提供一向上的力，协助该移动体向障碍物上攀爬； 

（4）所述接近障碍物的所述移动体到达障碍物顶端后，继续使该移动体前行一适当距离； 

（5）控制所述电动机，使所述接近障碍物的移动体保持静止； 

（6）驱动远离障碍物的所述移动体的所述电动机，使该移动体到达障碍物； 

（7）继续驱动远离障碍物的所述移动体的所述电动机，使得该移动体攀爬障碍物，并同时驱动所述第五电动机，使得第五电动机向该移动体提供一向上的力，协助该移动体向障碍物上攀爬； 

（8）所述远离障碍物的所述移动体达到障碍物顶端后，转入下一运动状态。 

考虑到煤矿环境动力源的携带问题，本发明的煤矿搜救机器人，采用的是直流伺服电机进行驱动，在两个移动体的左右履带上，共使用四个直流电机驱动，在两部分之间的连杆齿轮上，使用一个直流电机 

以下是该机器人移动平台的主要设计指标和要求; 

(1)总体尺寸;长×宽×高=510×284×460(mm); 

(2)自重3～5公斤，搭载重量：5公斤; 

(3)峰值速度>3m/s(正常速度>1.5m/s); 

(4)爬越垂直障碍的能力>50厘米，可爬越普通楼梯; 

(5)爬坡能力>25度; 

(6)工作温度;-10℃一+40℃; 

(7)车体具有防尘性，可在矿道内行驶; 

(8)提供搭载平台(2个自由度)。 

本发明涉及的煤矿搜救机器人，相对于轮式机器人及传统履带式机器人，越障能力更强。在凸凹不平的巷道中行进非常合适，履带的功能就像机器人自身携带的道路，而双体结构的设计又借鉴了人形机器人的优点，在障碍物较高时，可以抬起前半部分，如人移动一样跨过 障碍物。双体履带式移动机构具有以下特点： 

(1)采用双体履带式结构，受力面积更大，给地面的压强小，在土地、泥地中行进不易下陷，即使一部分下陷，也能由另一部分拖动，从下陷处脱离。相对于轮式及传统履带式有更好的通过性； 

(2)有较强的越障能力，相对于轮式及传统履带式可以越过更高的障碍物，爬上更陡的坡； 

(3)履带结构中有履齿，可以防止机器人运动中打滑。 

此煤矿搜救机器人研究成功以后，可以装载不同的设备，应用在不同的领域，大大扩展了其使用性，在实际工作中可承担各种抢先救援工作，经济效益、社会效益显著。 

Claims (6)

1.一种搜救机器人，其具有一移动机构，该移动机构包括两个移动体，两个移动体之间通过两个刚性杆以移动体、刚性杆、刚性杆、移动体的顺序依次连接，每个移动体设置有两台电动机，其特征在于：两个移动体均为双履带式结构，每条履带分别用一台电动机驱动；该两个移动体上分别具有设置在其左右两边的该履带；机架分别构成为所述两个移动体的支撑结构，使得所述每个移动体均为刚性；所述两个刚性杆将所述两个移动体可以前后相对运动地铰接在一起；所述两个刚性杆分别具有一固定于所述两根连杆所相邻的一端上的两个连杆齿轮，其中一个连杆齿轮与一第五电动机可同步转动地结合在一起，且同时固定于其中一根刚性杆上。

2.如权利要求1搜救机器人，其特征在于：移动体和刚性杆以及刚性杆和刚性杆之间通过枢轴铰接连接。

3.如权利要求2所述的搜救机器人，其特征在于：五台电动机可以处于自由或驱动状态，五台电动机相互之间的状态是独立的。

4.如权利要求1-3任一权利要求所述的搜救机器人，其特征在于：至少一条履带具有履齿，所述履带分别具有一所述电动机，所述履带和所述电动机通过履带齿轮相连接，所述履带具有与其同步运动的履带导轮。

5.如权利要求4所述的搜救机器人，其特征在于：所述第五电动机和/或所述电动机为直流伺服电机，还包括用于向所述电动机和所述第五电动机提供电源的电池。

6.一种权利要求1-5任一权利要求所述搜救机器人的移动方式，其特征在于，其步骤如下：

（1）在到达障碍物时，控制所述两个移动体中远离障碍物的移动体的所述电动机，使该远离障碍物的移动体保持静止；

（2）驱动接近障碍物的所述移动体的所述电动机，使该移动体到达障碍物；

（3）继续驱动接近障碍物的所述移动体的所述电动机，使得该移动体攀爬障碍物，并同时驱动所述第五电动机，使得第五电动机向该移动体提供一向上的力，协助该移动体向障碍物上攀爬；

（4）所述接近障碍物的所述移动体到达障碍物顶端后，继续使该移动体前行一适当距离；

（5）控制所述电动机，使所述接近障碍物的移动体保持静止；

（6）驱动远离障碍物的所述移动体的所述电动机，使该移动体到达障碍物；

（7）继续驱动远离障碍物的所述移动体的所述电动机，使得该移动体攀爬障碍物，并同时驱动所述第五电动机，使得第五电动机向该移动体提供一向上的力，协助该移动体向障碍物上攀爬；

（8）所述远离障碍物的所述移动体达到障碍物顶端后，转入下一运动状态。

Images