CN105730535A

CN105730535A - 一种三面驱动的废墟搜救机器人

Info

Publication number: CN105730535A
Application number: CN201610093113.XA
Authority: CN
Inventors: 邓绍昆; 张震; 吴磊; 程伟伟; 施侃; 陈伟
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2016-02-21
Filing date: 2016-02-21
Publication date: 2016-07-06

Abstract

本发明涉及一种三面驱动的废墟搜救机器人，包括：前端通讯设备，弹性本体和三面驱动的履带机构，若干弹性本体和若干履带机构依次交替通过螺钉固定在连接圆环上串连在一起，形成一种仿生足多关节机器人；所述的前端通讯设备通过螺钉安装在头部履带机构的连接圆环上。本发明具有较好的运动能力，同时体积相对较小，性能稳定，可进入废墟搜救工作或者管道中进行相关的检测等。

Description

一种三面驱动的废墟搜救机器人

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种三面驱动的废墟搜救机器人，用于复杂的坍塌、危险的废墟以及狭窄的管道中的探测或者搜救工作。

背景技术

21世纪以来，全球的自然灾害（如地震、火灾、洪水）、人为的恐怖袭击（如爆炸）和潜在的生化危机（核泄漏、有毒化学物质）等不断威胁着人们的安全，因此人类对这些灾害的快速处理以及应急能力非常关心。在突发恐怖袭击事件、地震及火灾等意外伤害发生后，都可能造成一些大范围的房屋坍塌和人员伤亡，因此现场探测与搜救便成为我们最关心的工作。但是现场一般都是复杂的坍塌、危险的废墟环境，在一些狭窄的缝隙和管道当中搜救人员和搜救犬很难进入废墟当中，因此导致搜救的范围只能限制在坍塌的废墟表面进行相关的搜救工作。然而搜救人员进入房屋和建筑物中便存在一些巨大的危险，他们体重和移动都可能会导致建筑物发生二次倒塌的现象，会对我们的搜救人员造成第二次伤害。因此，搜救人员必须在结构工程师进行评估分析之后，并对不稳定的倒塌结构进行支撑加固后才能进入废墟当中，但是这个过程拖延了搜救受灾者的救援时间。同时，由于搜寻空间条件恶劣，易导致救援队员劳累，从而易对周围建筑结构做出错误判断，错过没有知觉受灾者的概率上升，而且救援人员也存在重大的健康风险和安全风险，影响救援工作的快速展开。因为灾难发生后的72h为黄金抢救时间，救援人员难以快速、高效、安全地进行工作，且救援任务逐渐超出了救援人员的能力范围，因此，搜救机器人已经成为一个重要的发展方向。利用机器人技术替代人类进入危险地震废墟快速开展灾情信息获取和幸存者搜索定位，成为提高地震救援能力和救援效率的关键因素。

在众多科研人员的努力下，他们将机器人技术、营救行动技术、灾害学等多学科知识有机融合，他们已经发明了各种各样的搜救机器人，针对不同的环境发明了不同的机器人。这些机器人将有效地提高救援的效率和减少救援人员的伤亡。搜救机器人是指用在灾后非结构环境下执行搜索与救援任务的特种机器人。机器人在搜索与救援过程中明显具有以下几个方面的优势：在发生倒塌后，机器人可以立即展开对幸存者的搜索，进入结构不稳定的建筑物，降低救援队员的风险，为搜救工作节约时间；可以进入狭窄空间，扩展搜救专家的工作范围；可以携带多种传感器，探测幸存者空间状况，在机器人软件的帮助下对搜索区域实行完整的三维搜索，绘制结构图，提升工作效率和可靠性。

目前搜救机器人主要有以下三大类：蛇形搜救机器人、无人机和履带式搜救机器人。蛇形机器人体积相对较小，他们利用各个关节产生的力矩使机器人实现蜿蜒运动，具有灵活的运动特性，但是他们往往采用被动轮式运动，这就决定了他们往往只适合在相对平坦的地面或者水中运动；无人机主要是悬浮在空中通过传感器提供相应的实时信息和运送物资为主而在废墟中的搜救工作起不到关键性的作用，而且天气恶劣时对无人机的影响也比较大；而履带式搜救机器人，由于采用履带作为驱动轮作为其运动方式，在运动过程中与地面保持较大接触面的特点，使其能够产生较大的抓地力，保证搜救设备能够平稳运动。但是履带式搜救机器人由于整体结构往往比较大，限制了其进入废墟内部进行搜索探测的能力，因此其实际应用存在一定局限性。

发明内容

对于目前的技术存在的缺陷，本发明的目的在于设计一种三面驱动的废墟搜救机器人，它具有较好的运动能力，同时体积相对较小，性能稳定，并且可以进入废墟缝隙或者狭窄的管道内部进行探测和搜救工作。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种三面驱动的废墟搜救机器人，包括：前端通讯设备，弹性本体和三面驱动的履带机构，若干弹性本体和若干履带机构依次交替通过螺钉固定在连接圆环上串连在一起，形成一种仿生足多关节机器人；所述的前端通讯设备通过螺钉安装在头部履带机构的连接圆环上。所述的前端通讯设备可以有：摄像头、音频设备、水气通道、红外线传感器等。

所述三面驱动的履带机构包括三个履带装置，侧面连接块，圆弧挡板，弯折连接杆，连接圆环；所述三个履带装置成中心对称方式布置，每个履带装置之间是通过螺钉将侧面的两个侧面连接块固定在各自履带装置的侧面挡板而连在在一起的，每个履带装置相互之间的夹角为60度；所述圆弧挡板安装在两个履带装置的侧面挡板上；所述连接圆环用螺钉通过三个弯折连接杆分别安装在侧面连接块上。安装侧面的圆弧挡板，是为了保证了机器人在运动过程中三个履带装置始终有一个履带装置能与地面接触，避免了卡死的情况出现。当进入较小的管道空洞中还可以借助另外两个履带装置增加驱动力。

所述履带装置包括同步带、上支撑板、侧面挡板内部连接块、主动齿轮、从动齿轮、轴套、轴承、微型电机、减速器、下支撑板、电控箱；所述微型电机和减速器是一体的，并且是前后错位安装在下支撑板上；减速器的轴上套有一轴套，轴套与主动齿轮过盈配合，主动齿轮通过紧固孔固定在轴套上；微型电机另一端套有一轴承，轴承与从动齿轮过盈配合，并通过紧固孔将从动齿轮固定在轴承上；所述主动齿轮通过同步带将力矩传递给从动齿轮，进而驱动履带转动；所述侧面挡板通过内部连接块固定在下支撑板上；所述电控箱在履带装置内部，通过螺钉固定在下支撑板上；所述上支撑板通过螺钉固定在微型电机和减速器上。

所述弹性本体材料为钢丝纤维编织合成树脂软管。所述履带可以采用同步带，其主体材料为橡胶，其参数是按标准同步带规格设计。所述履带机构可以是以铝材质为主，因为铝材质比较轻，也可以减小负载。

本发明的工作原理如下：

本发明一种三面驱动的废墟搜救机器人，它的头部关节有一个前端通讯设备，可以来判断废墟缝隙中的周围环境，并传输到上位机的智能显示屏中，而驱动关节由三个双条履带装置成中心对称方式组成的，驱动关节通过安装了侧面的过度圆弧挡板，保证了机器人在运动过程中三个履带装置始终有一个履带装置能与地面接触，每个履带上都装有压力传感器，当它们检测有压力的时，信号传送到姿态控制芯片中，于此同时各个履带装置的相对位置也会反馈至上位机的姿态控制芯片，上位机通过前端通讯设备中的摄像头和姿态芯片的信息再给各个关节的相应电机驱动芯片发送信号，驱动电机转动，带动履带转动，从而机器人运动。

与现有技术相比，本发明具有如下突出的实质性特点和显著的优点:

本发明每个履带上都装有压力传感器，当它们检测有压力的时候电机才会有相应的转动。并且履带能与地面产生较摩擦，可以适应多种地形，能翻越一定高度的障碍物，尤其适用于发生灾害后的现场救援；本发明可以利用蛇型姿态，进入复杂的废墟内部，利用CPG协调控制各个仿生足的驱动，实现多关节搜救机器人在狭小的缝隙中快速移动。

附图说明

图1是本发明的前三个关节的完整装配图。

图2是本发明的三面驱动的履带机构完整装配图。

图3是本发明的三面驱动的履带机构装配图。

图4是本发明的履带装置装配图。

图5是本发明的履带装置爆炸图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的描述。

如图1所示，一种三面驱动的废墟搜救机器人，包括：前端通讯设备1，弹性本体2和三面驱动的履带机构，若干弹性本体2和若干履带机构依次交替通过螺钉7固定在连接圆环4上串连在一起，形成一种仿生足多关节机器人；所述的前端通讯设备1通过螺钉安装在头部履带机构的连接圆环4上。

如图2和图3所示，所述三面驱动的履带机构包括三个履带装置，侧面连接块8，圆弧挡板3，弯折连接杆10，连接圆环4；所述三个履带装置成中心对称方式布置，每个履带装置之间是通过螺钉7将侧面的两个侧面连接块8固定在各自履带装置的侧面挡板9而连在在一起的，每个履带装置相互之间的夹角为60度；所述圆弧挡板3安装在两个履带装置的侧面挡板9上；所述连接圆环4用螺钉7通过三个弯折连接杆10分别安装在侧面连接块8上。

如图4和图5所示，所述履带装置包括同步带5、上支撑板6、侧面挡板9、内部连接块20、主动齿轮11、从动齿轮16、轴套12、轴承15、微型电机14、减速器13、下支撑板18、电控箱19；所述微型电机14和减速器13是一体的，并且是前后错位安装在下支撑板18上；减速器13的轴上套有一轴套12，轴套12与主动齿轮11过盈配合，主动齿轮11通过紧固孔17固定在轴套12上；微型电机14另一端套有一轴承15，轴承15与从动齿轮16过盈配合，并通过紧固孔17将从动齿轮16固定在轴承15上；所述主动齿轮11通过同步带5将力矩传递给从动齿轮16，进而驱动履带转动；所述侧面挡板9通过内部连接块20固定在下支撑板18上；所述电控箱19在履带装置内部，通过螺钉固定在下支撑板18上；所述上支撑板6通过螺钉固定在微型电机14和减速器13上。

Claims

1.一种三面驱动的废墟搜救机器人，包括：前端通讯设备（1），弹性本体（2）和三面驱动的履带机构，其特征在于：若干弹性本体（2）和若干履带机构依次交替通过螺钉（7）固定在连接圆环（4）上串连在一起，形成一种仿生足多关节机器人；所述的前端通讯设备（1）通过螺钉安装在头部履带机构的连接圆环（4）上。

2.根据权利要求1所述的三面驱动的废墟搜救机器人，其特征在于，所述三面驱动的履带机构包括三个履带装置，侧面连接块（8），圆弧挡板（3），弯折连接杆（10），连接圆环（4）；所述三个履带装置成中心对称方式布置，每个履带装置之间是通过螺钉（7）将侧面的两个侧面连接块（8）固定在各自履带装置的侧面挡板（9）而连在在一起的，每个履带装置相互之间的夹角为60度；所述圆弧挡板（3）安装在两个履带装置的侧面挡板（9）上；所述连接圆环（4）用螺钉（7）通过三个弯折连接杆（10）分别安装在侧面连接块（8）上。

3.根据权利要求2所述的三面驱动的废墟搜救机器人，其特征在于，所述履带装置包括同步带（5）、上支撑板（6）、侧面挡板（9）、内部连接块（20）、主动齿轮（11）、从动齿轮（16）、轴套（12）、轴承（15）、微型电机（14）、减速器（13）、下支撑板（18）、电控箱（19）；所述微型电机（14）和减速器（13）是一体的，并且是前后错位安装在下支撑板（18）上；减速器（13）的轴上套有一轴套（12），轴套（12）与主动齿轮（11）过盈配合，主动齿轮（11）通过紧固孔（17）固定在轴套（12）上；微型电机（14）另一端套有一轴承（15），轴承（15）与从动齿轮（16）过盈配合，并通过紧固孔（17）将从动齿轮（16）固定在轴承（15）上；所述主动齿轮（11）通过同步带（5）将力矩传递给从动齿轮（16），进而驱动履带转动；所述侧面挡板（9）通过内部连接块（20）固定在下支撑板（18）上；所述电控箱（19）在履带装置内部，通过螺钉固定在下支撑板（18）上；所述上支撑板（6）通过螺钉固定在微型电机（14）和减速器（13）上。

4.根据权利要求1所述的三面驱动的废墟搜救机器人，其特征在于，所述弹性本体（2）材料为钢丝纤维编织合成树脂软管。