CN103661651A

CN103661651A - 一种具有切断障碍物功能的小型搜救机器人

Info

Publication number: CN103661651A
Application number: CN201310716970.7A
Authority: CN
Inventors: 朱延河; 臧希喆; 赵杰; 王继斌; 尚红; 张涛
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2013-12-23
Filing date: 2013-12-23
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2033-12-23
Also published as: CN103661651B

Abstract

一种具有切断障碍物功能的小型搜救机器人，它涉及一种搜救机器人，以解决现有切割机器人或切割机械臂大多难以移动，且切割臂各构件之间相对位置关系固定，存在体积大，不能在空间狭窄复杂的场合进行工作的问题。本发明包括切割机械臂、移动小车、移动伸缩机构和切割刀具，切割机械臂包括切割手、小臂和大臂，移动小车包括车壳体和车体移动部件，车壳体为一端开口的长方形盒体，切割刀具固定安装在切割手的一端上，切割手的另一端与小臂的一端连接，小臂的另一端与大臂转动连接，大臂固定安装在移动伸缩机构上，移动伸缩机构和大臂均通过车壳体的开口设置在壳体内，车体移动部件固定安装在壳体上。本发明用于环境复杂恶劣的切割环境中使用。

Description

一种具有切断障碍物功能的小型搜救机器人

技术领域

本发明涉及一种搜救机器人，具体涉及一种具有切断障碍物功能的小型搜救机器人。

背景技术

随着社会的发展，诸多如地震救灾等环境复杂恶劣的领域迫切地需求像切割机器人这样的特种机器人，以进入狭窄深层空间，实现切割作业，切断障碍，开辟通道。现有的切割机器人或者切割机械臂大多难以移动，且切割臂各构件之间相对位置关系固定，体积较大，不能在空间狭窄复杂的场合进行工作，且活动性较差，难以适应复杂恶劣的工作环境；由于结构较大，不方便携带和移动。

发明内容

本发明为了解决现有切割机器人或切割机械臂大多难以移动，且切割臂各构件之间相对位置关系固定，存在体积大，不能在空间狭窄复杂的场合进行工作的问题，进而提供一种具有切断障碍物功能的小型搜救机器人。

本发明的具有切断障碍物功能的小型搜救机器人包括切割机械臂、移动小车、移动伸缩机构和切割刀具，切割机械臂包括切割手、小臂和大臂，移动小车包括车壳体和车体移动部件，车壳体为一端开口的长方形盒体，切割刀具固定安装在切割手的一端上，切割手的另一端与小臂的一端连接，小臂的另一端与大臂转动连接，大臂固定安装在移动伸缩机构上，移动伸缩机构和大臂均通过车壳体的开口设置在壳体内，车体移动部件固定安装在壳体上。

本发明的有益效果是：

一、本发明的搜救机器人在不工作时，切割机械臂可收回置于移动小车中，减小机器人的体积，方便携带，本发明具有活动性与环境适应能力强的特点，可以进入多种复杂狭窄的环境之中，完成切割工作。

二、本发明的体积与现有技术相比减少了一倍以下。

三、本发明还具有结构设计简单，容易加工，成本低的特点。

附图说明

图1是本发明工作状态下整体结构立体图；

图2是本发明不工作状态下，切割机械臂收缩在外壳体21中的结构立体图；

图3是齿条20、滑轨17和滑块35的连接结构示意图；

图4是外壳体21一侧位于一条履带24内的结构示意图；

图5是本发明切割机械臂A的工作状态下的剖视图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1～图5说明本实施方式，本实施方式包括切割机械臂A、移动小车B、移动伸缩机构C和切割刀具4，切割机械臂A包括切割手1、小臂2和大臂3，移动小车B包括车壳体21和车体移动部件D，车壳体21为一端开口21-1的长方形盒体，切割刀具4固定安装在切割手1的一端上，切割手1的另一端与小臂2的一端连接，小臂2的另一端与大臂3转动连接，大臂3固定安装在移动伸缩机构C上，移动伸缩机构C和大臂3均通过车壳体21的开口21-1设置在壳体21内，车体移动部件D固定安装在壳体21上。

具体实施方式二：结合图1、图2和图5说明本实施方式，本实施方式的切割手1包括切割电机5、转动臂体5-1和法兰7，小臂2包括小臂体2-1、旋转电机6、旋转电机座9和两个第一滚珠轴承8，大臂3包括伸缩臂体3-1、回转电机10、连接轴11、轴承端盖13、回转电机座14、主动锥齿轮15、被动锥齿轮34和两个第二滚珠轴承12，转动臂体5-1、小臂体2-1和伸缩臂体3-1均为空心的壳体，法兰7的一个端面加工有圆轴7-1，圆轴7-1上套装有两个第一滚珠轴承8，切割电机5固定安装在转动臂体5-1内，旋转电机6固定安装在旋转电机座9内，旋转电机座9安装在小臂体2-1内，转动臂体5-1的一端与切割刀具4固定连接，切割电机5的输出轴与切割刀具4的刀具转轴配合连接，转动臂体5-1的另一端通过法兰7与小臂体2-1的一端连接，圆轴7-1穿过小臂体2-1的侧壁与旋转电机6的输出轴固定连接，小臂体2-1的另一端与伸缩臂体3-1的一端通过连接轴11转动连接，连接轴11的两端分别套装有一个第二滚珠轴承12，连接轴11的一端设有轴承端盖13，连接轴11的另一端通过键套装有主动锥齿轮15，主动锥齿轮15与被动锥齿轮34啮合，被动锥齿轮34安装在回转电机10的输出端上，回转电机10固定安装在回转电机座14内，回转电机座14固定安装在伸缩臂体3-1上。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1～图4说明本实施方式，本实施方式的车体移动部件D包括两个驱动履带轮22、两个从动履带轮23、两条履带24、两个挡板25、两个驱动电机27、两个被动齿轮30、两个主动齿轮28、两个支撑架33、四个轮轴29、八个第三滚珠轴承31和八个轴承座32，每个轴承座32内设置有一个第三滚珠轴承31，每个第三滚珠轴承31的两端面设置有轴承挡圈36，车壳体21的前、后端各安装有两个轮轴29，前端的两个轮轴29以车壳体21的纵向中心线N-N对称设置在车壳体21两侧的外侧壁上，后端的两个轮轴29以车壳体21的纵向中心线N-N对称设置车壳体21两侧的外侧壁上，车壳体21后端（即开口21-1一端）的两个轮轴29上各安装一个从动履带轮23，车壳体21前端的两个轮轴29上各安装一个驱动履带轮22，位于车壳体21同一侧的驱动履带轮22与从动履带轮23之间通过一条履带24连接，且同侧的驱动履带轮22与从动履带轮23之间设置一个支撑架33，支撑架33上相对车壳体21的纵向侧壁的端面与车壳体21固定连接，每个支撑架33的外侧与一个挡板25固定连接，每个轮轴29的两端分别安装有轴承座32，且轮轴29通过轴承座32安装在车壳体21上，每个驱动履带轮22中的轮轴29上安装一个被动齿轮30，被动齿轮30与主动齿轮28啮合，主动齿轮28通过键安装在驱动电机27的输出轴上，驱动电机27固装在支撑架33上。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图3说明本实施方式，本实施方式的移动伸缩机构C包括伸缩电机16、电机座18、带动齿轮19、齿条20、两个滑轨17和两个滑块35，两个滑轨17沿车壳体21的纵向平行固定在车壳体21底部的上表面上，每个滑轨17配合有一个与其滑动连接的滑块35，滑块35固定安装在伸缩臂体3-1的下端面上，伸缩臂体3-1上与连接轴11相反的一端固定安装有电机座18，伸缩电机16安装在电机座18上，伸缩电机16的输出轴上通过键套装有带动齿轮19，带动齿轮19与齿条20啮合，齿条20固定安装在车壳体21的上端面上，齿条20与滑轨17平行设置。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：结合图3说明本实施方式，本实施方式的两个滑轨17以车壳体21的纵向中心线N-N对称设置。其它组成及连接关系与具体实施方式四相同。

具体实施方式六：结合图4说明本实施方式，本实施方式的移动小车B还包括两组惰轮26，每个支撑架33的底部固定安装有一组惰轮26。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式七：结合图4说明本实施方式，本实施方式的履带24为整体式履带。整体式履带使得履带24为具有很高的强度，可以更好的吸收冲击震动，缓冲了地面不平整对切割机器人的震动和冲击。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。

具体实施方式八：结合图4说明本实施方式，本实施方式的履带24的外表面设有数个直齿24-1。其它组成及连接关系与具体实施方式七相同。

具体实施方式九：结合图4说明本实施方式，本实施方式的数个直齿24-1的齿厚S不同，数个直齿24-1分为厚直齿24-1-1和薄直齿24-1-2，数个直齿24-1的分布：依次为两个厚直齿24-1-1、9～11个薄直齿24-1-2、两个厚直齿24-1-1、9～11个薄直齿24-1-2，以此类推。薄直齿24-1-2强度比较小容易折弯，厚直齿24-1-1强度比较大不易折弯，这样设计的优点是当切割机器人在运动越障时，较薄的外齿会折弯从而使履带24嵌入障碍，同时履带24转动，较厚的履带接触到障碍时则不会折弯，从而达到更加理想的抓地能力，提高切割机器人的越障能力。其它组成及连接关系与具体实施方式八相同。

工作原理

本发明的机器人工作主要可以分为三个阶段：切割机器人的运动、切割机械臂的伸出与切割、切割机械臂的回收。

切割机器人运动时，不进行切割工作，切割机械臂折叠收于移动小车的外壳体21中，移动小车的两个驱动电机27启动，带动主动齿轮28和被动齿轮30转动，两个轮轴29转动，两个驱动履带轮22随之转动，从而带动履带24与从动履带轮23运动。

到达切割位置时，伸缩电机16启动，带动齿轮19在固定的齿条20上转动，使整体切割机械臂与移动小车产生相对运动，伸出切割机械臂，回转电机10启动，通过主动锥齿轮15与被动锥齿轮34传动，连接轴11随之转动，使得小臂2回转，旋转电机6启动，带动末端切割手1转动，实现切割刀具4到达工作位置，接着切割电机5启动，进行切割工作。

切割完成后，切割电机5停机，旋转电机6与回转电机10启动，使小臂2与末端切割手1回到初始位置，伸缩电机16启动，带动整体切割机械臂回收到移动小车中，移动小车的两个驱动电机27启动，驱动移动小车前往下一个工作位置。

Claims

1.一种具有切断障碍物功能的小型搜救机器人，其特征在于：所述具有切断障碍物功能的小型搜救机器人包括切割机械臂（A）、移动小车（B）、移动伸缩机构（C）和切割刀具（4），切割机械臂（A）包括切割手（1）、小臂（2）和大臂（3），移动小车（B）包括车壳体（21）和车体移动部件（D），车壳体（21）为一端开口（21-1）的长方形盒体，切割刀具（4）固定安装在切割手（1）的一端上，切割手（1）的另一端与小臂（2）的一端连接，小臂（2）的另一端与大臂（3）转动连接，大臂（3）固定安装在移动伸缩机构（C）上，移动伸缩机构（C）和大臂（3）均通过车壳体（21）的开口（21-1）设置在壳体（21）内，车体移动部件（D）固定安装在壳体（21）上。

2.根据权利要求1所述一种具有切断障碍物功能的小型搜救机器人，其特征在于：所述切割手（1）包括切割电机（5）、转动臂体（5-1）和法兰（7），小臂（2）包括小臂体（2-1）、旋转电机（6）、旋转电机座（9）和两个第一滚珠轴承（8），大臂（3）包括伸缩臂体（3-1）、回转电机（10）、连接轴（11）、轴承端盖（13）、回转电机座（14）、主动锥齿轮（15）、被动锥齿轮（34）和两个第二滚珠轴承（12），转动臂体（5-1）、小臂体（2-1）和伸缩臂体（3-1）均为空心的壳体，法兰（7）的一个端面加工有圆轴（7-1），圆轴（7-1）上套装有两个第一滚珠轴承（8），切割电机（5）固定安装在转动臂体（5-1）内，旋转电机（6）固定安装在旋转电机座（9）内，旋转电机座（9）安装在小臂体（2-1）内，转动臂体（5-1）的一端与切割刀具（4）固定连接，切割电机（5）的输出轴与切割刀具（4）的刀具转轴配合连接，转动臂体（5-1）的另一端通过法兰（7）与小臂体（2-1）的一端连接，圆轴（7-1）穿过小臂体（2-1）的侧壁与旋转电机（6）的输出轴固定连接，小臂体（2-1）的另一端与伸缩臂体（3-1）的一端通过连接轴（11）转动连接，连接轴（11）的两端分别套装有一个第二滚珠轴承（12），连接轴（11）的一端设有轴承端盖（13），连接轴（11）的另一端通过键套装有主动锥齿轮（15），主动锥齿轮（15）与被动锥齿轮（34）啮合，被动锥齿轮（34）安装在回转电机（10）的输出端上，回转电机（10）固定安装在回转电机座（14）内，回转电机座（14）固定安装在伸缩臂体（3-1）上。

3.根据权利要求1或2所述一种具有切断障碍物功能的小型搜救机器人，其特征在于：所述车体移动部件（D）包括两个驱动履带轮（22）、两个从动履带轮（23）、两条履带（24）、两个挡板（25）、两个驱动电机（27）、两个被动齿轮（30）、两个主动齿轮（28）、两个支撑架（33）、四个轮轴（29）、八个第三滚珠轴承（31）和八个轴承座（32），每个轴承座（32）内设置有一个第三滚珠轴承（31），车壳体（21）的前、后端各安装有两个轮轴（29），前端的两个轮轴（29）以车壳体（21）的纵向中心线N-N对称设置在车壳体（21）两侧的外侧壁上，后端的两个轮轴（29）以车壳体（21）的纵向中心线N-N对称设置车壳体（21）两侧的外侧壁上，车壳体（21）后端的两个轮轴（29）上各安装一个从动履带轮（23），车壳体（21）前端的两个轮轴（29）上各安装一个驱动履带轮（22），位于车壳体（21）同一侧的驱动履带轮（22）与从动履带轮（23）之间通过一条履带（24）连接，且同侧的驱动履带轮（22）与从动履带轮（23）之间设置一个支撑架（33），支撑架（33）上相对车壳体（21）的纵向侧壁的端面与车壳体（21）固定连接，每个支撑架（33）的外侧与一个挡板（25）固定连接，每个轮轴（29）的两端分别安装有轴承座（32），且轮轴（29）通过轴承座（32）安装在车壳体（21）上，每个驱动履带轮（22）中的轮轴（29）上安装一个被动齿轮（30），被动齿轮（30）与主动齿轮（28）啮合，主动齿轮（28）通过键安装在驱动电机（27）的输出轴上，驱动电机（27）固装在支撑架（33）上。

4.根据权利要求3所述一种具有切断障碍物功能的小型搜救机器人，其特征在于：所述移动伸缩机构（C）包括伸缩电机（16）、电机座（18）、带动齿轮（19）、齿条（20）、两个滑轨（17）和两个滑块（35），两个滑轨（17）沿车壳体（21）的纵向平行固定在车壳体（21）底部的上表面上，每个滑轨（17）配合有一个与其滑动连接的滑块（35），滑块（35）固定安装在伸缩臂体（3-1）的下端面上，伸缩臂体（3-1）上与连接轴（11）相反的一端固定安装有电机座（18），伸缩电机（16）安装在电机座（18）上，伸缩电机（16）的输出轴上通过键套装有带动齿轮（19），带动齿轮（19）与齿条（20）啮合，齿条（20）固定安装在车壳体（21）的上端面上，齿条（20）与滑轨（17）平行设置。

5.根据权利要求4所述一种具有切断障碍物功能的小型搜救机器人，其特征在于：两个滑轨（17）以车壳体（21）的纵向中心线N-N对称设置。

6.根据权利要求1所述一种具有切断障碍物功能的小型搜救机器人，其特征在于：所述移动小车（B）还包括两组惰轮（26），每个支撑架（33）的底部固定安装有一组惰轮（26）。

7.根据权利要求3所述一种具有切断障碍物功能的小型搜救机器人，其特征在于：所述履带（24）为整体式履带。

8.根据权利要求7所述一种具有切断障碍物功能的小型搜救机器人，其特征在于：履带（24）的外表面设有数个直齿（24-1）。

9.根据权利要求8所述一种具有切断障碍物功能的小型搜救机器人，其特征在于：数个直齿（24-1）的齿厚（S）不同，数个直齿（24-1）分为厚直齿（24-1-1）和薄直齿（24-1-2），数个直齿（24-1）的分布：依次为两个厚直齿（24-1-1）、9～11个薄直齿（24-1-2）、两个厚直齿（24-1-1）、9～11个薄直齿（24-1-2）。