CN106695801A - 一种多功能救援机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多功能救援机器人，其特征在于包括了机器人头部、通用机械臂、多功能机械手、躯体、上机械腿和下机械腿；所述的多功能机械手采用模块化设计，可拆卸，可根据场合需要选择三爪机械手、钻头机械手或液压扩张钳机械手；所述的下机械腿仿蜘蛛式六足设计，可以根据场合需要安装或拆卸使用，当拆卸下机械腿时，上机械腿发挥行走功能，此时作为一种小型机器人进行救援作业。本发明可以根据场合选择用完整机器人还是小型机器人，方便机器人快速进入一些空间受限的场合开展救援作业，适应性强；此外，下机械腿仿蜘蛛式六足设计，使机器人移动灵活稳定，多功能机械手的模块化设计，可让机器人实施多种救援作业，实用性强。

Description

一种多功能救援机器人
技术领域
本发明涉及一种机器人，尤其涉及一种多功能救援机器人。
背景技术
当今社会，各种自然灾害及生产生活中的突发事故时有发生，如果救援不力，将会造成巨大的生命和财产损失。目前，大部分情况下主要还是靠救护人员进行一线营救，面对复杂的灾难现场，不仅救援效率不高，而且可能会对救护人员的生命安全产生巨大威胁。
随着科技的不断进步，尤其是机器人技术的不断成熟，越来越多的救援机器人出现在了救灾现场，帮助人们在废墟中寻找幸存者或者执行其他救援任务。然而，现有的救援机器人普遍存在体积较大、功能单一等弊端，对于抗震救灾过程中遇到的空间狭小的死角常常无法触及，也不能同时执行多种救援任务；此外，现有的很多救援机器人运动不够灵活稳定，不能很好地适应灾难现场地形不规则和崎岖不平的环境，从而影响了救援效率。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种可以根据场合选择用完整机器人还是小型机器人，且可以同时执行多种救援任务的仿蜘蛛式多功能救援机器人，以解决上述现有技术中所存在的问题。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种多功能救援机器人，包括机器人头部、通用机械臂、多功能机械手(如三爪机械手、钻头机械手)、躯体、上机械腿和下机械腿，所述的机器人头部和左右两个通用机械臂及下方躯体分别铰接，所述的躯体和上机械腿及下机械腿分别用螺栓固定连接。所述的下机械腿可以根据场合需要安装或拆卸使用，当下机械腿安装时，上机械腿合拢，下机械腿发挥行走功能，即所述的机器人头部、通用机械臂、多功能机械手、躯体及下机械腿组成一个完整机器人执行救援任务；当下机械腿拆卸时，上机械腿展开并发挥行走功能，即所述的机器人头部、通用机械臂、多功能机械手、躯体及上机械腿重构成一个小型机器人独立执行救援任务。
优选的，所述的机器人头部上方设有通讯装置，前方设有摄像头，内部设有CPU，左右两侧分别安装一只由舵机驱动的通用机械臂，以用于安装各种类型的机械手，从而执行不同的救援任务。
优选的，所述的多功能机械手安装在通用机械臂的前端，多功能机械手采用模块化设计，可拆卸，可以根据场合需求选择三爪机械手、钻头机械手或液压扩张钳机械手等不同类型和功能的机械手，例如通用机械臂和三爪机械手配合可以组成三爪臂，开展一些抓取任务；通用机械臂和钻头机械手配合可以组成钻头臂，开展一些钻孔、挖坑作业。
优选的，所述的上机械腿为设置在躯体下端的行走机构，可以根据场合需要合拢或展开，一共三只，均匀分布在躯体下端圆周，每只上机械腿分别由一个舵机驱动。
优选的，所述的下机械腿为设置在躯体下方的行走机构，仿蜘蛛式六足设计，可以根据场合需要安装或拆卸使用，每只下机械腿均设有距离传感装置、传动装置、旋转和行走机构，可以进行向前平移、爬升以及转向等动作。
与现有技术相比，本发明的特点和优势在于：①整体机器人可拆分设计，可以根据场合选择用完整机器人还是小型机器人，方便机器人快速进入一些空间受限的场合进行救援作业；②下机械腿仿蜘蛛式六足设计，使机器人能在地面环境复杂的救灾现场灵活移动；③多功能机械手的模块化设计可以让机器人实施多种救援作业，实用性强。
附图说明
图1是本发明的整体结构局部爆炸图；
图2是本发明的完整机器人的结构示意图；
图3是本发明的小型机器人的结构示意图；
图4是本发明的三爪臂的结构示意图；
图5是本发明的钻头臂的结构示意图；
图6是本发明的液压扩张钳机械手的结构示意图；
图7是本发明的躯体和上机械腿的结构示意图；
图8是本发明的下机械腿的结构示意图；
图9是本发明的下机械腿的爆炸图；
图10是本发明的结构模块框图。
附图标记说明：
1机器人头部；11摄像头；12通讯装置；2通用机械臂；21机械臂第一关节；22机械臂第一舵机；23机械臂第二关节；24机械臂第二舵机；25机械臂直线电机；3多功能机械手；31三爪机械手；32钻头机械手；33液压扩张钳机械手；4躯体；41躯体第一舵机；42躯体第二舵机；43躯体第三舵机；44躯体舵机支撑板；45躯体外壳；5上机械腿；51上机械腿第一条腿；52上机械腿第二条腿；53上机械腿第三条腿；6下机械腿；61直线电机块；611直线电机；612直线电机固定环；613直线电机固定底座；614直线电机固定螺栓；62轴承；63弹簧；64伸缩轴；65下机械腿第一舵机块；651下机械腿第一舵机；652下机械腿第一舵机轴；653舵机箱；舵机箱固定板654；66下机械腿第二舵机块；661下机械腿第二舵机；662下机械腿第二舵机轴；663下机械腿第二舵机支撑板；67下机械腿第三舵机块；671下机械腿第三舵机；672下机械腿第三舵机轴；673下机械腿第三舵机支撑板；674下机械腿第三舵机固定轴；68仿蜘蛛足；681距离传感器；682仿蜘蛛足弹簧；683轴孔；684连接件。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明一种仿蜘蛛的多功能救援机器人，包括机器人头部1、通用机械臂2、多功能机械手3(如三爪机械手31、钻头机械手32)、躯体4、上机械腿5和下机械腿6。所述的机器人头部1和左右两个通用机械臂2及下方躯体4分别铰接，所述的躯体4和上机械腿5及下机械腿6分别用螺栓固定连接。所述的机器人头部1上方设有通讯装置12，前方设有摄像头11，内部设有CPU，左右两侧分别安装一只由舵机驱动的通用机械臂2，以用于安装各种类型的机械手，从而执行不同的救援任务；所述的多功能机械手3安装在通用机械臂2的前端，多功能机械手3采用模块化设计，可拆卸，可以根据场合需求选择三爪机械手31、钻头机械手32等不同类型和功能的机械手，例如通用机械臂2和三爪机械手31配合可以组成三爪臂，开展一些抓取任务；通用机械臂2和钻头机械手32配合可以组成钻头臂，开展一些钻孔、挖坑作业；所述的上机械腿5为设置在躯体4下端的行走机构，可以根据场合需要合拢或展开，一共三只，均匀分布在躯体4的下端圆周；所述的下机械腿6为设置在躯体4下方的行走机构，仿蜘蛛式六足设计，可以根据场合需要安装或拆卸使用。
如图2～3所示，本发明的下机械腿6可以根据场合需要安装或拆卸使用，当下机械腿6安装时，上机械腿5合拢，下机械腿6发挥行走功能，即所述的机器人头部1、通用机械臂2、多功能机械手3、躯体4及下机械腿6组成一个完整机器人执行救援任务；当下机械腿6拆卸时，上机械腿5展开，发挥行走功能，即所述的机器人头部1、通用机械臂2、多功能机械手3、躯体4及上机械腿5重构成一个小型机器人独立执行救援任务。
如图4～5所示，本发明的三爪臂、钻头臂分别由通用机械臂2和三爪机械手31、通用机械臂2和钻头机械手32配合组成，通用机械臂2内部设有两台舵机(即机械臂第一舵机22和机械臂第二舵机24)及一台驱动电机(即机械臂驱动电机25)，机械臂两台舵机分别控制通用机械臂的两个关节(即机械臂第一关节21和机械臂第二关节23)的转动，机械臂直线电机25控制多功能机械手3(如三爪机械手31和钻头机械手32)的伸缩运动，从而实现取物或钻孔等动作。
如图6所示，本发明的多功能机械手3也可以根据场合需要选择液压扩张钳机械手33，从而开展一些例如剪断钢筋或撑开障碍物的抢险救援任务。
如图7所示，本发明的躯体4由三台舵机41～43、舵机支撑架44以及躯体外壳45组成，三台舵机41～43分别驱动三只上机械腿51～53。
如图8～9所示，本发明的下机械腿6仿蜘蛛式六足设计，每条下机械腿由直线电机块61、轴承62、弹簧63、伸缩轴64、下机械腿第一舵机块65、下机械腿第二舵机块66、下机械腿第三舵机块67及仿蜘蛛足68组成，所述的直线电机块61由直线电机611、直线电机固定环612、直线电机固定底座613及直线电机固定螺栓614组成；所述的下机械腿第一舵机块65由下机械腿第一舵机651、下机械腿第一舵机轴652、舵机箱653及舵机箱固定板654组成，下机械腿第一舵机651安装在舵机箱653内并由两端的舵机箱固定板654固定；所述伸缩轴64贯穿直线电机块61、轴承62、弹簧63和下机械腿第一舵机块65；所述的下机械腿第二舵机块66由下机械腿第二舵机661、下机械腿第二舵机轴662及下机械腿第二舵机支撑板663组成，下机械腿第二舵机块66通过下机械腿第二舵机支撑板663与下机械腿第一舵机块65连接；所述的下机械腿第三舵机块67由下机械腿第三舵机671、下机械腿第三舵机轴672、下机械腿第三舵机支撑板673及下机械腿第三舵机固定轴674组成，下机械腿第三舵机671通过下机械腿第三舵机固定轴674与下机械腿第三舵机支撑板673连接，下机械腿第三舵机块67通过下机械腿第三舵机支撑板673与下机械腿第二舵机块66连接；所述的仿蜘蛛足68由距离传感器681、仿蜘蛛足弹簧682、轴孔683及连接件684组成，仿蜘蛛足68通过轴孔683和下机械腿第三舵机轴672的配合实现与下机械腿第三舵机块67连接，连接件684的两端分别连接下机械腿第三舵机块67和仿蜘蛛足68。
如图10所示，本发明是一种基于结构模块化的多功能救援机器人，主要包括控制模块、通讯模块、导航模块、行走模块、执行模块和避障模块。所述的控制模块主要通过安装在机器人头部1的CPU实现；通讯模块使用无线通讯方式，包括安装在机器人头部1的通讯装置12(含信号发射装置和信号接收装置)和安装在远程控制端的通讯装置(含信号发射装置和信号接收装置)；导航模块通过安装在机器人头部1的摄像头11实现视觉导航；行走模块通过救援机器人的上机械腿5和下机械腿6实现；执行模块通过通用机械臂2和多功能机械手3(如三爪机械手31、钻头机械手32和液压扩张钳机械手33)实现；避障模块主要通过安装在下机械腿上6的距离传感器681实现；所述的通讯模块、导航模块、行走模块、执行模块和避障模块均受控制模块的统一控制。
以上结合附图对本发明的结构原理进行了详细说明，下面将对本发明工作原理进行说明：
信号发出者在远程控制端给救援机器人发出行走、取物、钻孔等指令信号，救援机器人的通讯模块(即机器人头部1的通讯装置12)接收到信号后，通过机器人头部的控制模块(即机器人头部1的CPU)控制行走模块(即上机械腿5和下机械腿6)、执行模块(即通用机械臂2和多功能机械手3)的舵机开始工作，同时，在行走过程中，控制模块会启动避障模块和导航模块，以帮助救援机器人顺利行走。救援机器人的通用机械臂2内部设有两台机械臂舵机(22和24)和一台直线电机25，两台机械臂舵机(22和24)分别控制两个关节(21和23)的转动，机械臂直线电机25控制多功能机械手的伸缩运动，从而实现取物、钻孔、扩张等动作；救援机器人的躯体4有三台舵机41～43，分别控制上机械腿5的三条腿51～53的运动；救援机器人的下机械腿6仿蜘蛛式六足设计，每条下机械腿均设有三台舵机(即下机械腿第一舵机651、第二舵机661和第三舵机671)、一台直线电机611及距离传感器681，三台舵机(651、661和671)分别控制下机械腿在三个方向上的转动，直线电机611控制下机械腿的伸缩运动，距离传感器681可以实现机器人行走过程中的避障功能，通过控制三台舵机和一台直线电机，可以实现机器人向前平移、爬升以及转向等动作。
以上是完整救援机器人的工作原理，然而在救灾中，经常会遇到空间比较狭隘，大型救援机器人无法进入的情景，这种情况下，本发明所提供的一种多功能救援机器人可快速拆卸下机械腿6，重新构成一个小型机器人开展救援任务，此时行走功能由上机械腿5完成。
以上所述的实施例为本发明的最佳实施例，但并非用以限制本发明。在不背离本发明原理的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所属的权利要求范围之内。

Claims (2)

1.一种多功能救援机器人，包括机器人头部、通用机械臂、多功能机械手、躯体、上机械腿和下机械腿；所述的机器人头部和左右两个通用机械臂及下方躯体分别铰接；所述的躯体和上机械腿及下机械腿分别用螺栓固定连接；所述的下机械腿可以根据场合需要安装或拆卸使用，当下机械腿安装时，上机械腿合拢，下机械腿发挥行走功能，即所述的机器人头部、通用机械臂、多功能机械手、躯体及下机械腿组成一个完整机器人执行救援任务；当下机械腿拆卸时，上机械腿展开，发挥行走功能，即所述的机器人头部、通用机械臂、多功能机械手、躯体及上机械腿重构成一个小型机器人独立执行救援任务。
2.如权利要求1所述的一种多功能救援机器人，其特征在于所述的机器人头部上方设有通讯装置，前方设有摄像头，内部设有CPU，左右两侧分别安装一只由舵机驱动的通用机械臂，以用于安装各种类型的多功能机械手，从而执行不同的救援任务；所述的上机械腿为设置在躯体下端的行走机构，可以根据场合需要合拢或展开，一共三只，均匀分布在躯体下端圆周，每只上机械腿分别由一个舵机驱动；所述的下机械腿为设置在躯体下方的行走机构，仿蜘蛛式六足设计，可以根据场合需要安装或拆卸使用，每只下机械腿均设有三台舵机、一台直线电机及距离传感器。
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