CN103448063A - 一种仿人形排爆机器人 - Google Patents

Abstract

一种仿人形排爆机器人，涉及机器人领域，本发明通过电机分别驱动，能使机器人实现行走、躯体转动和升降、大臂摆动、小臂摆动和转动、腕转和腕转、头转动和俯仰等多个动作，可以实现搜索、拆除、搬运和击毁爆炸物，手臂既可以单独使用又可以配合使用，其控制方式可以是手动控制也可以事先将程序输入单片机中来控制，本发明具有定位精度高、自锁性能好等特点，特别是在自动化技术生产线已成为今后生产的必然趋势时，机器人技术也将是今后发展的方向，本发明不仅可以用于排爆探险工作，也可以将其开发为用于生产当中的机器人，本发明具有自由度多、柔性化程度很高，能适应于很多的场合，有很好的市场前景。

Description

一种仿人形排爆机器人

【技术领域】

本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种排爆机器人，具体涉及一种仿人形排爆机器人。

【背景技术】

已知的，排爆工作是一项复杂的、涉及人身安全的工作，这就要求排爆工作人员不仅胆大，还要心细，但是据报道，每年都有许多排爆工作人员伤亡，如果有台能帮助排爆工作人员工作的机器人，对保护排爆人员的人身安全和减少排爆人员的生命伤亡都会起有益的作用，正是基于这样的创造思想，各国都制造出各种各样的排爆机器人，比如英国是最早研制排爆机器人的国家，由于英国与北爱尔兰长期的民族矛盾，不断受到爆炸物的威胁，因此，较早研制出爆炸物处理机器人，其生产的履带式“手推车”及“超级手推车”排爆机器人，已经出售到50多个国家的军警机构，最近又将“手推车”加以优化，研制出“土拔鼠”及“野牛”两种遥控电动排爆机器人，并在最近的伊拉克战争中用来探测和处理爆炸物；还有法国比较有名的排爆机器人是Cy-bernetics公司研制的RS200机器人，法国的空军、陆军、警察署都购买了这种机器人，此外DM公司研制的RM35机器人也被用到巴黎机场，该机器人装有内置望远镜的机械长臂达2.8m，有效载荷30kg，通过采用全履带式底盘，使其具有极好的越野能力，另外，还装有一些特殊功能的仪器；再有美国是对排爆机器人的研究是十分重视，把它作为下一代战斗力的重要组成部分，投入了大量的资金和人力物力，美国Romotec公司研制的Andros系列机器人受到各国军警部门的欢迎，白宫和国会大厦警察局都购买了这种机器人，海湾战争后，美国曾用这种机器人在沙特阿拉伯和科威特的空军基地清理地雷和未爆炸的弹药，这种机器人有一个可升高到4.5m的支架，可在上面装彩色摄象机、昼夜瞄准具、双耳音频探测器、化学探测器、微型定位系统、红外线传感器等，遥控距离达10m，另外，美国Wolstenholme机器人公司生产的MR5和MR7排爆机器人是用于户内和户外环境、适应所有地形的排爆机器人；同时以色列长期受到恐怖活动的威胁，对反恐十分重视，为了对付自杀性爆炸袭击，研制和购买了多种型号的排爆机器人，另外，加拿大、德国、澳大利亚、日本、韩国等国都相继投入相当的人力物力来研制排爆机器人；而我国在排爆机器人的研制能力方面，明显落后于上述发达国家，但是，我国的科技研究人员经过努力，在一些方面已经接近了国际的先进水平，已有几种排爆机器人投入使用，比如上海交通大学是我国最早从事机器人研究的单位之一，承担过多项国家的重点项目攻关、“八六三”计划、国家自然科技基金有关的机器人项目，该学校先后研制出消防机器人、教学机器人、喷涂机器人、弧焊机器人等，自2002年以来也在致力于排爆机器人的研制，目前已经生产出性能样机；还有华南理工大学也是我国较早从事机器人研究的单位之一，也是广东第一个从事机器人研究的单位，目前有华南理工大学与广东省公安厅及京亮发展有限公司联合开发的排爆机器人已经在2005年中国的反恐防爆机器人展览会上展出，该机器人具有六个自由度，最大行驶速度0.8m/s，最大的爬行坡度35度，最大的抓取重量30kg，机械手前端配有爆炸物销毁器两套和带红外瞄准器的连发散弹枪一支，末端配有手爪、电钻、电锯、电剪和拾音器一枚，并可根据控制指令自动更换，行走小车配有X光探测仪和活动成像板，扩音器和报警器；再有中国沈阳自动化研究所自行研制的反恐防爆机器人“灵蜥-A”型和“灵蜥-B”型也先后获得成功，“灵蜥-B”型属于遥控移动式作业机，是一种具有抓取、销毁爆炸物等功能的新型机器人产品，它形体矫健，自重180kg，最大行驶速度为40m/min，可以跨越0.45m高的障碍，爬行不超过45度的斜坡和楼梯，同时可以根据要求装备爆炸物销毁器、连发弹枪、催泪弹等武器，完成相应的功能等，但是由于排爆机器人比一般的工业机器人更加复杂、智能化程度更高，所涉及的技术越来越广、难度越来越高，其核心技术主要包括移动行走技术、遥控技术、半自主和自主技术、多传感器信息融合技术、导航和定位技术、仿生技术、多智能协调技术、微小化技术等，然而，无论是国内还是国外以往推出的各类排爆机器人都是仅具有较少的几个自由度，无法较为灵活和精准的使机器人取放物体，这样以来使得排爆机器人所到达空间和完成的任务都很有限，无法满足排爆工作的需求。

【发明内容】

为克服背景技术中存在的不足，本发明提供了一种仿人形排爆机器人，本发明通过电机分别驱动，能实现行走、腰转和升降、大臂摆动、小臂摆动和转动、腕转和腕转、头转动和俯仰等多个动作，本发明具有定位精度高、自锁性能好等特点。

为实现如上所述的发明目的，本发明采用如下所述的技术方案：

一种仿人形排爆机器人,包括头部、手臂、夹持机构、躯体、升降架和行走机构，所述行走机构中的平台底板下面两端的两侧分别设有前轮和后轮，所述前轮通过前轮转向驱动电机驱动，所述后轮通过行走驱动电机驱动，在平台底板上面的中部设有升降架，所述升降架通过丝杆驱动电机驱动，在升降架的上面设有转盘调整环，在所述转盘调整环的上面设有转盘底板，在所述转盘底板的上面设有直齿内齿轮，所述直齿内齿轮通过躯体驱动电机驱动，在直齿内齿轮的上面设有躯体，在所述躯体的两侧分别设有手臂，在两手臂的端部分别设有夹持机构，在躯体的上面设有头部，所述头部通过头部转动驱动电机驱动形成所述的仿人形排爆机器人。

所述的仿人形排爆机器人，所述行走机构包括平台底板、前轮、行走驱动电机、后轮、主动轮、后轮驱动轴、蜗杆、蜗轮和前轮转向驱动电机，所述平台底板下面一端的两侧分别设有一个前轮，其中任意一个前轮上端的前轮固定轴穿过平台底板并通过螺母固定在平台底板的下面上，另一个前轮上端的前轮固定轴依次穿过平台底板和蜗轮后通过锁紧螺母锁紧，在所述蜗轮的一侧设有蜗杆，所述蜗杆的端部设有齿轮C，所述齿轮C与齿轮D啮合，所述齿轮D设置在前轮转向驱动轴的一端，所述前轮转向驱动轴的另一端连接前轮转向驱动电机主轴的端部；在平台底板下面的另一端设有后轮驱动轴，在所述后轮驱动轴25的两端分别设有后轮，在后轮驱动轴的中部设有从动轮，所述从动轮通过皮带或链条连接设置在平台底板上面上的主动轮，所述主动轮通过行走驱动电机驱动。

所述的仿人形排爆机器人，所述行走驱动电机通过行走驱动电机固定座固定在平台底板的上面上，在平台底板的上面设有孔，所述孔内设有链条或皮带。

所述的仿人形排爆机器人，所述皮带为同步齿形带；或多楔带；或三角带其中的任意一种。

所述的仿人形排爆机器人，所述升降支架的下端设有丝母，所述丝母套接在丝杆的外缘面上，所述丝杆的端部设有齿轮A，所述齿轮A与齿轮B啮合，所述齿轮B设置在丝杆驱动电机的主轴上，所述丝杆驱动电机通过丝杆驱动电机安装座34固定在平台底板的上面上。

所述的仿人形排爆机器人，所述躯体的下端设有直齿内齿轮，所述直齿内齿轮的下端面设置在转盘底板上，在直齿内齿轮的下端设有向外延伸的环形凸台，在所述环形凸台与转盘底板之间设有复数个钢球，在环形凸台的上面设有转盘固定板，在所述转盘固定板与环形凸台之间设有复数个钢球，直齿内齿轮与直齿外齿轮啮合，所述直齿外齿轮通过躯体驱动电机驱动。

所述的仿人形排爆机器人，所述头部下端的中部设有头部固定轴，所述头部固定轴上的齿轮与头部转动驱动轴上的齿轮啮合，所述头部转动驱动轴通过头部转动驱动电机驱动。

所述的仿人形排爆机器人，所述头部上设有摄像头。

所述的仿人形排爆机器人，所述手臂设置在锥齿轮安装轴A的一端，所述锥齿轮安装轴A的另一端穿过躯体设有锥齿轮A，所述锥齿轮A与锥齿轮B啮合，所述锥齿轮B设置在锥齿轮安装轴B的一端，所述锥齿轮安装轴B的另一端连接手臂驱动电机。

采用如上所述的技术方案，本发明具有如下所述的优越性：

本发明所述的一种仿人形排爆机器人，本发明通过电机分别驱动，能使机器人实现行走、躯体转动和升降、大臂摆动、小臂摆动和转动、腕转和腕转、头转动和俯仰等多个动作，可以实现搜索、拆除、搬运和击毁爆炸物，手臂既可以单独使用又可以配合使用，其控制方式可以是手动控制也可以事先将程序输入单片机中来控制，简言之，其控制方式可以实现手控和程控，针对一些简单的动作直接可以通过手动控制来实现，这样就省去了编写程序的时间，而程序控制可以实现一些手动控制不能实现的复杂运动和某些繁琐的动作等，本发明具有定位精度高、自锁性能好等特点，特别是在自动化技术生产线已成为今后生产的必然趋势时，机器人技术也将是今后发展的方向，本发明不仅可以用于排爆探险工作，也可以将其开发为用于生产当中的机器人，本发明具有自由度多、柔性化程度很高，能适应于很多的场合，有很好的市场前景。

【附图说明】

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的俯视结构示意图；

在图中：1、头部；2、头部转动驱动电机；3、手臂；4、夹持机构；5、转盘固定板；6、直齿内齿轮；7、转盘底板；8、平台底板；9、前轮固定轴；10、前轮；11、头部固定轴；12、头部转动驱动轴；13、躯体；14、直齿外齿轮；15、钢球；16、躯体驱动电机；17、转盘调整环；18、升降架；19、丝母；20、丝杆；21、行走驱动电机；22、行走驱动电机固定座；23、后轮；24、主动轮；25、后轮驱动轴；26、孔；27、锥齿轮A；28、锥齿轮安装轴A；29、锥齿轮B；30、锥齿轮安装轴B；31、手臂驱动电机；32、齿轮A；33、齿轮B；34、丝杆驱动电机安装座；35、丝杆驱动电机；36、蜗杆；37、锁紧螺母；38、蜗轮；39、前轮转向驱动电机；40、前轮转向驱动轴；41、齿轮C；42、齿轮D。

【具体实施方式】

通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实施例；

结合附图1～2所述的一种仿人形排爆机器人,包括头部1、手臂3、夹持机构4、躯体13、升降架18和行走机构，所述行走机构中的平台底板8下面两端的两侧分别设有前轮10和后轮23，所述前轮10通过前轮转向驱动电机39驱动，所述前轮转向驱动电机39为步进电机，型号为24BYJ，所述后轮23通过行走驱动电机21驱动，所述行走驱动电机21为直流电机，所述直流电机的型号为THJB280，其中行走机构包括平台底板8、前轮10、行走驱动电机21、后轮23、主动轮24、后轮驱动轴25、蜗杆36、蜗轮38和前轮转向驱动电机39，所述平台底板8下面一端的两侧分别设有一个前轮10，其中任意一个前轮10上端的前轮固定轴9穿过平台底板8并通过螺母固定在平台底板8的下面上，另一个前轮10上端的前轮固定轴9依次穿过平台底板8和蜗轮38后通过锁紧螺母37锁紧，在所述蜗轮38的一侧设有蜗杆36，所述蜗杆36的端部设有齿轮C41，所述齿轮C41与齿轮D42啮合，所述齿轮D42设置在前轮转向驱动轴40的一端，所述前轮转向驱动轴40的另一端连接前轮转向驱动电机39主轴的端部，此时前轮转向驱动电机39带动前轮10转向；在平台底板8下面的另一端设有后轮驱动轴25，在所述后轮驱动轴25的两端分别设有后轮23，在后轮驱动轴25的中部设有从动轮，所述从动轮通过皮带或链条连接设置在平台底板8上面上的主动轮24，所述主动轮24通过行走驱动电机21驱动，此时行走驱动电机21带动后轮23前进或后退，其中行走驱动电机21通过行走驱动电机固定座22固定在平台底板8的上面上，在平台底板8的上面设有用于穿入皮带或链条的孔26，所述孔26内设有链条或皮带，所述皮带为同步齿形带；或多楔带；或三角带其中的任意一种，实际运用过程中，优选同步齿形带；

进一步，在平台底板8上面的中部设有升降架18，所述升降架18通过丝杆驱动电机35驱动，所述丝杆驱动电机35为直流电机，型号为THJB280，在升降支架18的下端设有丝母19，所述丝母19套接在丝杆20的外缘面上，所述丝杆20的端部设有齿轮A32，所述齿轮A32与齿轮B33啮合，所述齿轮B33设置在丝杆驱动电机35的主轴上，所述丝杆驱动电机35通过丝杆驱动电机安装座34固定在平台底板8的上面上；

更进一步，在升降架18的上面设有转盘调整环17，在所述转盘调整环17的上面设有转盘底板7，在所述转盘底板7的上面设有直齿内齿轮6，所述直齿内齿轮6通过躯体驱动电机16驱动，在直齿内齿轮6的上面设有躯体13，在所述躯体13的两侧分别设有手臂3，在两手臂3的端部分别设有夹持机构4，其中躯体13的下端设有直齿内齿轮6，所述直齿内齿轮6的下端面设置在转盘底板7上，在直齿内齿轮6的下端设有向外延伸的环形凸台，在所述环形凸台与转盘底板7之间设有复数个钢球15，在环形凸台的上面设有转盘固定板5，在所述转盘固定板5与环形凸台之间设有复数个钢球15，直齿内齿轮6与直齿外齿轮14啮合，所述直齿外齿轮14通过躯体驱动电机16驱动，其中两手臂3分别设置在锥齿轮安装轴A28的一端，所述锥齿轮安装轴A28的另一端穿过躯体13设有锥齿轮A27，所述锥齿轮A27与锥齿轮B29啮合，所述锥齿轮B29设置在锥齿轮安装轴B30的一端，所述锥齿轮安装轴B30的另一端连接手臂驱动电机31；

再一步，在躯体13的上面设有头部1，所述头部1下端的中部设有头部固定轴11，所述头部固定轴11上的齿轮与头部转动驱动轴12上的齿轮啮合，所述头部转动驱动轴12通过头部转动驱动电机2驱动，在头部1上设有用于反馈机器人行走信息和观察地形的摄像头形成所述的仿人形排爆机器人。

需要说明的是本发明中所述的手臂3和夹持机构4的具体结构，本发明人已做另案申请，故在本发明中不予累述。

本发明所述的仿人形排爆机器人,不仅适用于特殊领域的排爆工作，而且还能用到自动化程度较高的工业生产线上，通过更换末端夹持机构4来实现夹持不同形状的零件的工作要求，从而改善工人的劳动强度，提高劳动生产率，降低产品的生产成本，增加企业的经济效益；另外，若将其用到对人体有伤害的劳动环境中，可改善工人的劳动条件，减少环境对工人身体的伤害。

本发明未详述部分为现有技术。

为了公开本发明的目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。

Claims (9)

1.一种仿人形排爆机器人,包括头部（1）、手臂（3）、夹持机构（4）、躯体（13）、升降架（18）和行走机构，其特征是：所述行走机构中的平台底板（8）下面两端的两侧分别设有前轮（10）和后轮（23），所述前轮（10）通过前轮转向驱动电机（39）驱动，所述后轮（23）通过行走驱动电机（21）驱动，在平台底板（8）上面的中部设有升降架（18），所述升降架（18）通过丝杆驱动电机（35）驱动，在升降架（18）的上面设有转盘调整环（17），在所述转盘调整环（17）的上面设有转盘底板（7），在所述转盘底板（7）的上面设有直齿内齿轮（6），所述直齿内齿轮（6）通过躯体驱动电机（16）驱动，在直齿内齿轮（6）的上面设有躯体（13），在所述躯体（13）的两侧分别设有手臂（3），在两手臂（3）的端部分别设有夹持机构（4），在躯体（13）的上面设有头部（1），所述头部（1）通过头部转动驱动电机（2）驱动形成所述的仿人形排爆机器人。

2.根据权利要求1所述的仿人形排爆机器人，其特征是：所述行走机构包括平台底板（8）、前轮（10）、行走驱动电机（21）、后轮（23）、主动轮（24）、后轮驱动轴（25）、蜗杆（36）、蜗轮（38）和前轮转向驱动电机（39），所述平台底板（8）下面一端的两侧分别设有一个前轮（10），其中任意一个前轮（10）上端的前轮固定轴（9）穿过平台底板（8）并通过螺母固定在平台底板（8）的下面上，另一个前轮（10）上端的前轮固定轴（9）依次穿过平台底板（8）和蜗轮（38）后通过锁紧螺母（37）锁紧，在所述蜗轮（38）的一侧设有蜗杆（36），所述蜗杆（36）的端部设有齿轮C（41），所述齿轮C（41）与齿轮D（42）啮合，所述齿轮D（42）设置在前轮转向驱动轴（40）的一端，所述前轮转向驱动轴（40）的另一端连接前轮转向驱动电机（39）主轴的端部；在平台底板（8）下面的另一端设有后轮驱动轴（25），在所述后轮驱动轴（25）的两端分别设有后轮（23），在后轮驱动轴（25）的中部设有从动轮，所述从动轮通过皮带或链条连接设置在平台底板（8）上面上的主动轮（24），所述主动轮（24）通过行走驱动电机（21）驱动。

3.根据权利要求2所述的仿人形排爆机器人，其特征是：所述行走驱动电机（21）通过行走驱动电机固定座（22）固定在平台底板（8）的上面上，在平台底板（8）的上面设有孔（26），所述孔（26）内设有链条或皮带。

4.根据权利要求3所述的仿人形排爆机器人，其特征是：所述皮带为同步齿形带；或多楔带；或三角带其中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的仿人形排爆机器人，其特征是：所述升降支架（18）的下端设有丝母（19），所述丝母（19）套接在丝杆（20）的外缘面上，所述丝杆（20）的端部设有齿轮A（32），所述齿轮A（32）与齿轮B（33）啮合，所述齿轮B（33）设置在丝杆驱动电机（35）的主轴上，所述丝杆驱动电机（35）通过丝杆驱动电机安装座（34）固定在平台底板（8）的上面上。

6.根据权利要求1所述的仿人形排爆机器人，其特征是：所述躯体（13）的下端设有直齿内齿轮（6），所述直齿内齿轮（6）的下端面设置在转盘底板（7）上，在直齿内齿轮（6）的下端设有向外延伸的环形凸台，在所述环形凸台与转盘底板（7）之间设有复数个钢球（15），在环形凸台的上面设有转盘固定板（5），在所述转盘固定板（5）与环形凸台之间设有复数个钢球（15），直齿内齿轮（6）与直齿外齿轮（14）啮合，所述直齿外齿轮（14）通过躯体驱动电机（16）驱动。

7.根据权利要求1所述的仿人形排爆机器人，其特征是：所述头部（1）下端的中部设有头部固定轴（11），所述头部固定轴（11）上的齿轮与头部转动驱动轴（12）上的齿轮啮合，所述头部转动驱动轴（12）通过头部转动驱动电机（2）驱动。

8.根据权利要求1所述的仿人形排爆机器人，其特征是：所述头部（1）上设有摄像头。

9.根据权利要求1所述的仿人形排爆机器人，其特征是：所述手臂（3）设置在锥齿轮安装轴A（28）的一端，所述锥齿轮安装轴A（28）的另一端穿过躯体（13）设有锥齿轮A（27），所述锥齿轮A（27）与锥齿轮B（29）啮合，所述锥齿轮B（29）设置在锥齿轮安装轴B（30）的一端，所述锥齿轮安装轴B（30）的另一端连接手臂驱动电机（31）。

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