CN104890751A - 一种履带搜寻器用越障行进机构 - Google Patents

Abstract

一种履带搜寻器用越障行进机构，包括大腿支撑组件、旋转升降组件、小腿伸缩组件和行走轮组件，旋转升降组件主要是在舵机提供动力情况下带动越障行进机构整体实现上升、下降等基本功能；大腿支撑组件与蜗轮通过传动轴连接固定在一起，在蜗杆带动蜗轮转动情况下使大腿支撑组件起到支撑、承重、转动等功能，小腿伸缩组件安装在大腿支撑组件的内部，其内部的法兰与丝杠连接实现伸缩板的伸缩功能；行走轮组件由电机与行进轮组成，主要实现行走中前进后退等功能。经过上面几部分机构的配合实现了履带搜寻器的越障、行进、爬坡等功能。

Description

一种履带搜寻器用越障行进机构

技术领域

本发明涉及越障机器人用行进设备技术领域，具体的说是一种履带搜寻器用的越障搜寻行进机构。

背景技术

近年来频频发生的地震、火灾、瓦斯爆炸、矿井坍塌等灾害给我们带来了巨大的损失。由于灾后搜救环境的复杂性和危险性，使得一些救援设备不能很好地发挥其自身优势，救援工作仍然十分困难。在一些危险性大的灾难中，如随时会引发爆炸的火灾现场、有易燃易爆或剧毒气体存在的现场、地震后存在易二次倒塌建筑物的现场等，施救人员未知灾难现场的内部险情，无法探入进行侦查或救援，如果贸然进入则很有可能对施救人员造成生命危险，造成严重的二次损失。现有的搜救设施往往在攀爬、越障等方面存在动作困难、能力有限、适用范围局限等问题，造成搜救效率较低，救援工作进展困难。因此，设计一种适用于履带搜寻器机器人的越障能力突出的越障行进机构实为重要。

发明内容

为了克服上述技术问题，本发明提供了一种履带搜寻器用越障行进机构，其具有优异的越障灵活性和环境适应能力，从而大大提高了搜救效率，减少了损失。

本发明为解决上述技术问题，所提供的技术方案是：一种履带搜寻器用越障行进机构，包括大腿支撑组件、旋转升降组件、小腿伸缩组件和行走轮组件，所述的大腿支撑组件包括转动设置在履带搜寻器主壳体上的一根传动轴、一端固定在传动轴上的两块大腿侧板和连接在两块大腿侧板末端之间一块大腿挡板，所述的两块大腿侧板相对设置，在两块大腿侧板之间的区域设置有小腿伸缩组件，该小腿伸缩组件包括驱动电机、丝杠、螺母和伸缩板，所述伸缩板的一端固定在螺母上，另一端穿过大腿挡板与行走轮组件连接，所述的螺母能够在驱动电机驱动丝杠传动的作用下，带动伸缩板实现在沿丝杠长度方向上的前后伸缩，所述的旋转升降组件包括驱动装置、固定在转轴上的蜗轮和配套设置在蜗轮一侧的蜗杆，驱动装置通过驱动蜗轮蜗杆相互作用，实现传动轴带动整个越障行进机构相对履带搜寻器的上下摆动。

所述的驱动电机通过一个电机固定架固定设置在两块大腿侧板之间，两块大腿侧板的内侧还设置有供伸缩板在其长度方向上实现前后伸缩滑动的轨道。

所述的行走轮组件包括行走轮、用于驱动行走轮行进的行进电机和电机支架，该电机支架与伸缩板的末端之间安装有减震装置。

所述的减震装置由连接在电机支架与伸缩板之间的长螺栓和套设在长螺栓上的弹簧组成。

所述的驱动装置为舵机。

本发明的有益效果：

1、本发明的履带搜寻器用越障行进机构结构简单、可调节灵活性强、越障功能显著。可通过旋转升降和伸缩等功能实现各种环境、地况的越障行进作业，并适配于各种履带搜寻器，安全可靠性强、实用性好。

2、本发明中采用蜗轮蜗杆作为旋转升降传动装置，不仅可以高效率的传递动力，还能有效节省动力，保证结构间的不打滑，使结构整体安全可靠。在小腿伸缩功能中具体设置大腿轨道式滑道，大腿滑道不仅起到固定支撑小腿伸缩板的作用，还能保证小腿的自由伸缩，增加整体机构的承载能力。

3、本发明在伸缩板与行走轮组件连接部分具体采用长螺栓与弹簧搭配使用的活性联接，应用弹簧自身的伸缩特性，在装置突然途经变化坑凹地表时能很好地保证履带搜寻器的稳定性，不至于发生倾斜或翻盖的现象，保证了装置的整体安全性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

附图标记：1、传动轴，2、大腿侧板，3、大腿挡板，4、驱动电机，5、丝杠，6、螺母，7、伸缩板，8、驱动装置，9、蜗轮，10、蜗杆，11、轨道，12、行走轮，13、行进电机，14、电机支架，15、长螺栓，16、弹簧。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明：

一种履带搜寻器用越障行进机构，整体机构主要有旋转升降组件、大腿支撑组件、小腿伸缩组件、行走轮组件等四部分组成组成。旋转升降组件主要是在舵机提供动力情况下带动蜗轮9蜗杆10使大腿支撑组件、小腿伸缩组件、行走轮组件整体实现上升、下降等基本功能。舵机安装固定在履带搜寻器的基本壳体上，舵机输出轴通过联轴器与蜗杆10相连接，蜗杆10与蜗轮9相啮合实现动力的传输，蜗轮9与传动轴1通过固定连接将动力传输给传动轴1；大腿支撑组件与蜗轮9通过传动轴1连接固定在一起，在蜗杆10带动蜗轮9转动情况下使大腿支撑组件起到支撑、承重、转动等功能，并且在大腿支撑组件的内部安装有驱动电机4与丝杠5，丝杠5可以与小腿伸缩组件内的法兰连接实现小腿部分的伸缩功能。大腿内部所留有的空间是经过严格计算所得出的，能与小腿伸缩组件的外部尺寸所密封，但同时也能自由活动；小腿伸缩组件安装在大腿支撑组件内部，其内部的法兰与丝杠5联接，通过驱动电机4带动丝杠5，运用了丝杠传动与自锁原理实现了小腿伸缩功能；行走轮组件是由行进电机13与行走轮12组成，主要实现行走中前进后退等功能，行进电机13通过无线操作实现电机的正反转，带动行走轮12实现在越障、爬坡时的前进、后退功能。

所述的旋转升降组件主要由舵机、舵机固定架、蜗杆10、蜗杆固定架、蜗轮9、滚动轴承、联轴器等组成。舵机通过舵机固定架与蜗杆10固定架一同固定在履带搜寻器壳体上，滚动轴承安装固定在蜗杆固定架上下两端，蜗杆10与滚动轴承过盈配合固定在蜗杆固定架上，通过与联轴器联接与舵机构成动力传输组件。

所述大腿支撑组件主要由驱动电机4、大腿侧板2、电机固定架、轴承座支撑架、轨道11、丝杠5、大腿挡板3、联轴器等组成。蜗轮9与蜗杆10啮合进行动力传输，将动力传输到传动轴1上，传动轴1一端与大腿侧板2上端过盈配合在一起，使装置整体实现上升、下降等基本功能；大腿侧板2主要起到支撑、定位的作用，每一个大腿支撑组件是由两块大腿侧板2拼接固定而成，驱动电机4通过电机固定架固定在大腿侧板2上，两个大腿侧板2之间安装有轨道11，轨道11起到润滑、定位、支撑的作用；轴承座支撑架分别安装在大腿侧板2两端用以固定丝杠5，可以使丝杠5在大腿侧板2内部自由的圆周顺时针、逆时针转动；丝杠5通过联轴器与驱动电机4连接来实现丝杠的顺时针、逆时针，自由的圆周转动，从而带动小腿伸缩组件内部的螺母6转动实现小腿的伸缩；大腿挡板3安装在大腿侧板2下端，其尺寸参数经严密计算能与小腿伸缩组件的小腿伸缩板7相配合使用，主要起到定位、润滑、支撑的作用。

所述小腿伸缩组件主要由小腿伸缩板7和螺母6组成。小腿伸缩板7与所述大腿支撑组件大腿挡板2、轨道11相配合能很好地完成移动功能，小腿伸缩板7主要起到支撑重量、定位等作用；螺母6与所述大腿支撑组件的丝杠5相配合，在驱动电机4带动下经由联轴器、丝杠5的转动，根据丝杠传动原理实现小腿部分的伸缩。

所述行走轮组件主要由行走轮12、行进电机13、电机支架14组成。电机支架14通过长螺栓15与弹簧16配合使用，与上所述小腿伸缩组件小腿伸缩板7联接在一起，电机支架14起到载重的作用；长螺栓15起到定位、承载竖直方向载重的作用；弹簧16起到缓冲作用。行进电机13提供动力使行走轮12实现顺时针、逆时针转动，在越障时实现前进、后退的功能。

本发明的机械结构是整个履带搜寻器的基础，也是本装置能否适应多种环境完成作业要求的关键技术之一。通过对多种环境的分析，履带搜寻器装置需要满足以下设计要求：

1移动能力：由于履带搜寻器用于各种环境的搜寻工作，就要求履带搜寻器在移动能力上比较灵活， 能够在多种地形中进行移动，并且保障机器人的安全，适应多种地形是机器人的基本作业要求。

2攀爬能力：履带搜寻器工作环境复杂多样，可用于管道作业，作业中难免会有爬坡路况，这就要求要具备较强的抓地、攀爬能力，保障机器人能够顺利前行。

3越障能力：越障能力的大小影响着机器人的作业范围，因此是履搜寻器机械机构设计的重要指标， 所设计的机械结构应能跨越平地或复杂地形上的障碍物。

4抗震抗压防火能力：在地震发生后的废墟中工作，随时履带搜寻器都可能面临余震，而且在执行任务的过程中难免会有磕磕碰碰，所以抗震抗压能力对搜寻器的作业范围有着不可忽视的影响。而在火灾后的现场，又时刻面临着火力的侵袭，因此，对搜寻器的防火能力就有严格的设计要求。

5能源供给：能源系统是机器人整体中的重要组成部分，为保障机器人能长时间的工作，保持长时间的续航能力，机器人系统需要持续可靠的能源供给。

为了满足上述移动能力和攀爬能力，整体行进采用电机直接带动行走轮，并采用了大扭矩、低转速的减速直流电机，操纵简单，传动效率高。而且能减轻负重，使运动更灵活、便捷。

为了满足上述抗震抗压防火能力，特选用了硬度、刚度较高的材料用以加工制造基本零件，各类零件加工精度高、组装严密、线路放置合理安全。在材料上能适应抗震抗压的危险，在零件布置安放合理安全，能很好地满足所要求的抗震抗压防火的能力。

为了满足能源供给能力的需求，我们根据各个所选取部件的实际功率选取质量上乘的电源，保障机器人能长时间的工作，保持长时间的续航能力，机器人系统需要持续可靠的能源供给，保障搜救工作的顺利完成。

为了满足上述越障能力，越障能力的大小影响着机器人的作业范围，因此是履搜寻器机械机构设计的重要指标，所设计的机械结构应能跨越平地或复杂地形上的障碍物。本机构主要用途适用于越障行进的功能，所以在越障行进方面是其一大亮点。我们也会从结构、材料、机械原理、工作原理和部件机构部署等方面合理安排、选取来满足、适应不同地域、地貌完美的实现越障能力。

为了能使蜗轮蜗杆动力升降部分能高效率传递动力，需将蜗轮蜗杆紧密配合固定，能有效的升降，节省动力，不打滑，且安全可靠。

为了使小腿伸缩自由，采用了大腿滑道，大腿滑道不仅起到固定支撑小腿，还能保证小腿的自由伸缩，增加整体机构承载能力。

为了适应崎岖不平复杂地貌，在新行走轮与小腿连接部分采用了长螺栓与弹簧搭配使用的活性联接，应用弹簧自身伸缩特性，在突然途经变化坑凹地表是能很好地保证履带搜寻器的稳定性，不至于发生倾斜或翻盖的现象。

为了能完成上述各部分电机及零部件的运动，电路控制是非常重要的。搜寻器整体采用STC89C52型单片机进行控制。STC89C52型单片机具有很多优点：功能完善、可靠、实用性强、抗干扰能力强。

为了达到更好的使用效果，各零件的之间的配合需要紧密连接，这样才能更好的实现应有的功能，同时也能增长使用寿命，增加经济效益，合理节省资源。

本发明在具体使用时首先将旋转升降组件与所用的履带搜寻器的基本壳体固定在一起，这样才能更好的实现行进与检测功能；接着将大支撑腿部分上的传动轴同上述一样通过轴承固定在履带搜寻器的两侧壳体上，并与上述旋转升降组件的蜗杆紧密搭配，只有这样才能高效率的传输动力，有效利用能源。增加履带搜寻器的续航能力；再将小腿伸缩组件、行进轮组件安装配合起来。然后，连接各电机线路，接通电源，并作电路检查于是运行实验。最后，进行电路控制，遥控指挥实验检测，一旦所有步骤检查无误，即可进行现场使用。

Claims (5)

1.一种履带搜寻器用越障行进机构，其特征在于：包括大腿支撑组件、旋转升降组件、小腿伸缩组件和行走轮组件，所述的大腿支撑组件包括转动设置在履带搜寻器主壳体上的一根传动轴（1）、一端固定在传动轴（1）上的两块大腿侧板（2）和连接在两块大腿侧板（2）末端之间一块大腿挡板（3），所述的两块大腿侧板（2）相对设置，在两块大腿侧板（2）之间设置有小腿伸缩组件，该小腿伸缩组件包括驱动电机（4）、丝杠（5）、螺母（6）和伸缩板（7），所述伸缩板（7）的一端固定在螺母（6）上，另一端穿过大腿挡板（3）与行走轮组件连接，所述的螺母（6）能够在驱动电机（4）驱动丝杠（5）传动的作用下，带动伸缩板（7）在沿丝杠（5）长度方向上的前后移动，所述的旋转升降组件包括驱动装置（8）、固定在传动轴（1）上的蜗轮（9）和配套设置在蜗轮（9）一侧的蜗杆（10），驱动装置（8）通过驱动蜗轮（9）蜗杆（10）相互作用，实现传动轴（1）带动整个越障行进机构相对履带搜寻器的上下摆动。

2.根据权利要求书1所述的一种履带搜寻器用越障行进机构，其特征是：所述的驱动电机（4）通过一个电机固定架固定设置在两块大腿侧板（2）之间，两块大腿侧板（2）的内侧还设置有供伸缩板（7）在其长度方向上实现前后伸缩滑动的轨道（11）。

3.根据权利要求书1所述的一种履带搜寻器用越障行进机构，其特征是：所述的行走轮组件包括行走轮（12）、用于驱动行走轮（12）行进的行进电机（13）和电机支架（14），该电机支架（14）与伸缩板（7）的末端之间安装有减震装置。

4.根据权利要求书3所述的一种履带搜寻器用越障行进机构，其特征是：所述的减震装置由连接在电机支架（14）与伸缩板（7）之间的长螺栓（15）和套设在长螺栓（15）上的弹簧（16）组成。

5.根据权利要求书1所述的一种履带搜寻器用越障行进机构，其特征是：所述的驱动装置（8）为舵机。