CN104527831B - 一种煤矿井下六足蜘蛛搜救机器人 - Google Patents

一种煤矿井下六足蜘蛛搜救机器人 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种煤矿井下六足蜘蛛搜救机器人，其特征在于：它包括主体支架、控制主板、图像采集装置和六个仿生肢；主体支架包括通过多个立柱连接的上、下两支板；六个仿生肢分布在两支板的六个突出端外侧；每一仿生肢均包括连接在突出端的圆形连接盘，圆形连接盘与一腿部电机连接；腿部电机外侧连接的电机支架的底部连接另一电机支架,另一电机支架内连接内肢电机，内肢电机连接的圆形连接盘连接在U形连接架一支臂上，U形连接架另一支臂与另一电机支架连接；U形连接架的底部连接的另一U形连接架的一支臂与一外肢电机连接，另一支臂与电机支架连接，电机支架内连接外肢电机；外肢电机上部连接一仿胫骨节。本发明在各关节处装有垂直双舵机。

Description

一种煤矿井下六足蜘蛛搜救机器人
技术领域
本发明涉及一种搜救机器人，特别是关于一种煤矿井下六足蜘蛛搜救机器人。
背景技术
在灾难搜救中应用救援机器人的研究起步比较晚，虽然现今机器人搜救技术不断更新，但大多仍停留在实验室阶段，并且还存在很多在搜救过程中难以克服的问题，因此在实际搜救行动中能发挥重要作用的搜救机器人很少。
现有的灾难搜救机器人与操作者之间的通信方式有无线和有线两种方式，采用有线电缆方式可以方便的给搜救机器人提供电源和有效的进行信号传输，但随着搜寻范围的深入电缆很容易发生缠绕或者被卡住影响机器人运动。而无线通信方式与有线通信方式相比信号传输更为方便，但是由于信号受煤矿井下各种坍塌物体的阻碍，使得通信距离严重缩短，且其稳定性很难保证。而且当有矿难发生时，由于爆炸使得煤矿井下巷道的路面状况变得更为恶劣，机器人在进行搜救工作时必须具有很强的越障能力，但是现有的很多煤矿井下搜救机器人都采用轮式和履带式结构，无法具备较强的翻越障碍的能力。同时，由于矿难搜救环境恶劣，通道较为狭窄，因此搜救机器人无法将氧气，食物，水等救灾物资运送给矿难人员使其展开自救，而且由于搜救机器人本身结构设计不完善，自身承受负载能力较差并且没有足够的空间存放救灾物资。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种越障能力强且能携带救援物资的煤矿井下六足蜘蛛搜救机器人。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种煤矿井下六足蜘蛛搜救机器人，其特征在于：它包括一主体支架、一控制主板、一图像采集装置和六个仿生肢；所述主体支架包括平行设置的上支板和下支板，所述上支板与下支板通过多个支柱紧固连接；所述上支板与所述下支板均设置有中部两个和端部四个突出端；所述六个仿生肢分布在所述上支板和下支板的六个所述突出端的外侧；每一所述仿生肢包括一紧固连接在所述上支板突出端底面的第一圆形连接盘，所述第一圆形连接盘与一设置在所述上支板与下支板之间的腿部电机的转轴紧固连接；在所述腿部电机外侧通过一电机支架紧固连接一转轴为水平方向的内肢电机，所述内肢电机的转轴紧固连接一第二圆形连接盘，所述第二圆形连接盘紧固连接在第一U形连接架的一个支臂上，所述第一U形连接架的另一个支臂转动连接在所述电机支架上；在所述第一U形连接架的底部紧固连接一反向设置的第二U形连接架，所述第二U形连接架的一个支臂通过一第三圆形连接盘与一外肢电机的转轴紧固连接，所述第二U形连接架的另一个支臂转动连接在一与所述外肢电机紧固连接的电机支架上；所述外肢电机上部紧固连接一仿胫骨节；所述控制主板包括一电机控制模块和一数据传输模块，所述电机控制模块与位于每一所述仿生肢上的所述腿部电机、内肢电机和外肢电机电连接；所述图像采集装置包括一紧固连接在所述上支板的上方的摄像头支架，在所述摄像头支架上紧固连接一摄像头，在所述摄像头前端安装有一红外传感装置，所述摄像头、红外传感装置均与所述数据传输模块电连接，所述数据传输模块与所述电机控制模块电连接。
所述仿胫骨节为一薄板状结构，其前端呈锥状，后端为一与所述外肢电机形状相配合的直角沟槽；所述仿胫骨节前端设置橡胶减震器。
所述腿部电机、内肢电机和外肢电机均采用垂直双舵机。
在所述上支板上还设置有避障器、瓦斯浓度传感器和温湿度传感器，所述避障器、瓦斯浓度传感器和温湿度传感器与所述控制主板电连接。
所述主体支架上设置有自救箱。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于在各关节处安装有垂直双舵机，因此可以有效提高机器人运动的灵活度，同时增加机器人的负载能力。2、本发明由于安装有红外传感装置、避障器、瓦斯浓度传感器、温湿度传感器等监测传感器，因此可以有效提高机器人的越障和避障功能，同时实时监测井下环境，并将现场情况反映给外界工作人员，并进一步确定最佳救援方案。3、本发明由于在控制主板上设置有数据传输模块，因此在搜救过程中，机器人可以沿途自动播撒数据模块作为信号中转基站，在返回过程中机器人可沿着信号强度强的方向返回，以此方法可以实现机器人的原路返回。4、本发明的主体支架上由于设置有自救箱，因此可以携带氧气、药品、水等救灾物资，使遇难者可以展开自救。
附图说明
图1是本发明整体结构的主视示意图；
图2是本发明整体结构的俯视示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1、图2所示，本发明包括一主体支架1、一控制主板2、一图像采集装置3和六个仿生肢4。
本发明的主体支架1包括上、下平行设置的上支板11和下支板12，在上支板11与下支板12之间紧固连接多个支柱13。上支板11与下两支板12形状相同，均由中部向两侧先渐缩又渐扩，使上支板和下支板12均形成中部两个、端部四个共计六个的突出端。
本发明的六个仿生肢4分别分布在上支板11和下支板12的六个突出端的外侧。每一仿生肢4均包括一紧固连接在上支板11突出端底面的圆形连接盘41，圆形连接盘41与一垂直设置在上支板11与下支板12之间的腿部电机5的转轴紧固连接。腿部电机5外侧通过一电机支架42紧固连接一转轴为水平方向设置的内肢电机6，内肢电机6的转轴紧固连接一圆形连接盘44，圆形连接盘44紧固连接在一U形连接架45的一个支臂上，U形连接架45的另一个支臂通过一销轴与电机支架43的一端连接，且销轴与内肢电机6的转轴具有同轴关系。在U形连接架45的底部紧固连接另一反向设置的U形连接架46的底部，U形连接架46的一个支臂通过一圆形连接盘47与一外肢电机7的转轴紧固连接，另一支臂通过一销轴与一电机支架48的一端连接，销轴与外肢电机7的转轴具有同轴关系，外肢电机7紧固连接在电机支架48内。外肢电机7上部紧固连接一仿胫骨节49。
本发明的控制主板2紧固连接在上支板11的顶部，控制主板2包括一电机控制模块和一数据传输模块，电机控制模块与位于每一仿生肢4上的腿部电机5、内肢电机6和外肢电机7电连接，用于控制腿部电机5、内肢电机6和外肢电机7的开启、关闭及旋转。
本发明的图像采集装置3包括一紧固连接在主体支架1的上支板11的上方前部的摄像头支架31，摄像头支架31上部紧固连接有一摄像头32，在摄像头32前端安装有一红外传感装置(图中未示出)，摄像头32、红外传感装置均与数据传输模块电连接，数据传输模块与电机控制模块电连接；红外传感装置用于检测前方的障碍物信息，摄像头32用于采集前方图像信息，障碍物信息和前方图像信息均并通过控制主板2上的数据传输模块将图像发送至外界，外界操作者可通过数据传输模块向将运动指令下达至电机控制模块，使相应的电机执行运动指令以避开障碍物；或者红外传感装置检测到前方障碍物信息并传输给数据传输模块后，由数据传输模块直接对电机控制模块下达运动指令，使相应的电机执行运动指令以避开障碍物。
上述实施例中，仿胫骨节49为一薄板状结构，其前端呈锥状，用于与地面接触进行爬行，后端为一与外肢电机7形状相配合的直角沟槽。仿胫骨节49前端可设置橡胶减震器(图中未示出)，用于在恶略环境下对本发明机器人进行减震。
上述实施例中，腿部电机5、内肢电机6和外肢电机7均采用垂直双舵机，这样可以有效提高仿生肢4的灵活度。
上述实施例中，在图像采集装置3上可以设置避障器、瓦斯浓度传感器和温湿度传感器(图中未示出)，各传感器与控制主板2电连接，用于监测井下环境，并将现场情况反映给外界工作人员，并进一步确定最佳救援方案。
在上述实施例中，主体支架1上可以设置用于携带氧气、药品、水等救灾物资的自救箱(图中未示出)，使遇难者可以展开自救。
本发明在搜救过程中能在搜救过程中沿途自动播撒数据模块作为信号中转基站，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，建立无线通讯网络。返回过程中本发明机器人可沿着信号强度强的方向返回，找到最近的路由节点模块，自动关闭使其停止工作，再沿着下一个信号强的方向走。以此方法可以实现机器人的原路返回。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (7)

1.一种煤矿井下六足蜘蛛搜救机器人，其特征在于：它包括一主体支架、一控制主板、一图像采集装置和六个仿生肢；
所述主体支架包括平行设置的上支板和下支板，所述上支板与下支板通过多个支柱紧固连接；所述上支板与所述下支板均设置有中部两个和端部四个突出端；
所述六个仿生肢分布在所述上支板和下支板的六个所述突出端的外侧；每一所述仿生肢包括一紧固连接在所述上支板突出端底面的第一圆形连接盘，所述第一圆形连接盘与一设置在所述上支板与下支板之间的腿部电机的转轴紧固连接；在所述腿部电机外侧通过一电机支架紧固连接一转轴为水平方向的内肢电机，所述内肢电机的转轴紧固连接一第二圆形连接盘，所述第二圆形连接盘紧固连接在第一U形连接架的一个支臂上，所述第一U形连接架的另一个支臂转动连接在所述电机支架上；在所述第一U形连接架的底部紧固连接一反向设置的第二U形连接架，所述第二U形连接架的一个支臂通过一第三圆形连接盘与一外肢电机的转轴紧固连接，所述第二U形连接架的另一个支臂转动连接在一与所述外肢电机紧固连接的电机支架上；所述外肢电机上部紧固连接一仿胫骨节；
所述控制主板包括一电机控制模块和一数据传输模块，所述电机控制模块与位于每一所述仿生肢上的所述腿部电机、内肢电机和外肢电机电连接；
所述图像采集装置包括一紧固连接在所述上支板的上方的摄像头支架，在所述摄像头支架上紧固连接一摄像头，在所述摄像头前端安装有一红外传感装置，所述摄像头、红外传感装置均与所述数据传输模块电连接，所述数据传输模块与所述电机控制模块电连接。
2.如权利要求1所述的一种煤矿井下六足蜘蛛搜救机器人，其特征在于：所述仿胫骨节为一薄板状结构，其前端呈锥状，后端为一与所述外肢电机形状相配合的直角沟槽；所述仿胫骨节前端设置橡胶减震器。
3.如权利要求1所述的一种煤矿井下六足蜘蛛搜救机器人，其特征在于：所述腿部电机、内肢电机和外肢电机均采用垂直双舵机。
4.如权利要求2所述的一种煤矿井下六足蜘蛛搜救机器人，其特征在于：所述腿部电机、内肢电机和外肢电机均采用垂直双舵机。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种煤矿井下六足蜘蛛搜救机器人，其特征在于：在所述上支板上还设置有避障器、瓦斯浓度传感器和温湿度传感器，所述避障器、瓦斯浓度传感器和温湿度传感器与所述控制主板电连接。
6.如权利要求1或2或3或4所述的一种煤矿井下六足蜘蛛搜救机器人，其特征在于：所述主体支架上设置有自救箱。
7.如权利要求5所述的一种煤矿井下六足蜘蛛搜救机器人，其特征在于：所述主体支架上设置有自救箱。
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