CN106914880A - 具有侦查及医疗救护功能的机器人 - Google Patents

Abstract

具有侦查及医疗救护功能的机器人，它涉及了一种可移动的侦查救援机器人。本发明是针对现有的侦查及救援机器人行走机构和机械臂机动性和灵活性较差，尚无法有效执行侦查、救援等所需的必要动作，以及价格昂贵、系统复杂、可靠性差、维护困难等缺点，提出了一种全新的，具有强大越障能力和灵活机械臂的侦查及医疗救护机器人，能穿越复杂地形到达事故现场，实现侦查现场环境，为伤员投递药品，拖运伤员等功能。

Description

具有侦查及医疗救护功能的机器人

技术领域

本发明涉及一种可移动的侦查救援机器人，可代替人类在危险环境下，对险情展开侦查，对伤员展开初步医疗救助等工作。

背景技术

近年来英美法德等国家军队先后装备了若干用于侦检、排险等领域的移动机器人系统，最具有代表性和装备最多的当首推PackBot510系列侦察机器人，此外美军部队还广泛装备了一种体积稍大的Talonbo侦察机器人，上装机械臂、摄像头、手爪等机构，可对前方阵地进行侦察及危险品处置。美军医学研究与物资战略计划局(USAMRMC)也研制了一种JAUS机器人，配装核化生侦检系统，并将核化生侦检传感器装载于JAUS机器人的机械臂上。法国ECA机器人公司研发的CAMELEON型化学、生物、放射性、核及爆炸物处理无人地面探测车辆，通过集成不同的任务模块，可同时或分别开展反简易爆炸装置、化生探测、扫除地雷及标记污染地域等任务。

医疗救护机器人技术是集医学、生物力学、机械学、机械力学、材料学、计算机图形学、计算机视觉、数学分析、机器人等诸多学科为一体的新型交叉研究领域，具有重要的研究价值，在军用和民用上有着广泛的应用前景，是目前机器人领域的一个研究热点。医疗机器人主要用于伤病员的救援和转运等，此类机器人通过远程遥控制导，从而确保穿越复杂地形，将伤员及时运送到后方医院，它的出现，将显着降低战地医护人员的伤亡概率。除了战地救护外，这种机器人还能用于很多场合，特别是在发生地震、核生化袭击或有害物质泄露的危险环境中，医疗救护机器人都可以凭借非凡的载重能力与韧性一展拳脚。

我国由于机器人的研究起步较晚等原因，在移动侦察机器人的设计、制造以及应用等方面同发达国家仍有一定的差距，代表国内机器人研究水平的当属哈尔滨工业大学机器人所、上海交通大学机器人所和中国科学院沈阳自动化研究所的机器人学国家重点实验室，哈工大研制了一款“反恐机器人”，结构原理与美军的Pacbot系列机器人十分接近，但外形体积稍大，沈阳自动化所也研制了一款“反恐防爆机器人”，在行走机构的没计上采用一种变体轮的方式，与哈工大研制的“反恐机器人”略有不同。这两种机器人均可用于放射性物质处理、生化危机处置、爆炸物处理等，在人员遥控下能实现复杂地形环境下的排险作业。

发明内容

本发明的目的是针对现有的侦查及救援机器人行走机构和机械臂机动性和灵活性较差，尚无法有效执行侦查、救援等所需的必要动作，以及价格昂贵、系统复杂、可靠性差、维护困难等缺点，提出了一种全新的，具有强大越障能力和灵活机械臂的侦查及医疗救护机器人。本发明通过全新的底盘设计，结合巧妙的连杆式机械臂，将医疗救护机器人的实用性大大提高，使机器人可以通过远程遥控制导，确保其能穿越复杂地形到达事故现场，实现侦查现场环境，为伤员投递药品，拖运伤员等功能。本发明是用于环境侦查及伤员救护的装置，由移动底座和机械臂组成。具有侦查及医疗救护功能的机器人移动底座为非承载式车体结构，采用履带式行走机构，机械臂由两节管体组成，第一节管体的首端通过云台与移动底座连接，第一节管体中段部位安装有后视摄像头，第一节管体的末端与第二节管体的首端铰接，第二节管体的首端安装有云台及前视摄像头，两节管体铰接处设置有一抓钩，可抓取或释放安放在移动底座后方的药箱，第二节管体的末端安装有云台及主摄像头。本发明设计简单，可靠性高，功能完备，性能优异，其移动底座能通过草地、雪地、泥地、沙漠、沙石地等复杂地形，主摄像头安装于机械臂末端，可以跟随机械臂升降、旋转、俯仰等，并在机械臂末端云台的驱动下以任意角度观察现场情况，机械臂两节管体铰接处设置的抓钩可以抓取车体后方搭载的药箱，投递给伤员进行初步自救。

附图说明

图1是本发明整体轴侧图。

图2是本发明整体结构的分解示意图。

图3是移动底座100整体结构分解示意图。

图4是右履带轮机构104-1和左履带轮机构104-2的结构示意图。

图5是车体框架103轴侧图。

图6是车体框架103结构分解示意图。

图7是上层车体框架103-1结构示意图。

图8是下层车体框架103-2结构示意图。

图9是下层车体框架前端103-2-1结构示意图。

图10是下层车体框架后端103-2-2结构示意图。

图11机械臂与移动底座连接云台结构示意图。

图12机械臂第一节管体与第二节管体连接示意图。

图13机械臂第二节管体末端与主摄像头连接示意图。

具体实施方式

本发明主要零部件：

100.移动底座 101.机械臂 102.药箱

103.车体框架 104-1.右履带轮机构 104-2.左履带轮机构

103-1.上层车体框架 103-2.下层车体框架 103-2-1.下层车体框架前端

103-2-2.下层车体框架后端 1.履带 4.驱动轮

36.左侧履带轮驱动电机 37.右侧履带轮驱动电机

具体实施方式一：如图1和图2所示，所述具有侦查及医疗救护功能的机器人，包括移动底座100、机械臂101、药箱102，所述机械臂101上的云台固接于移动底座100的前部，所述药箱102放置于移动底座100的后部。

具体实施方式二：如图3、图4和图10所示，所述移动底座100包括车体框架103、右履带轮机构104-1和左履带轮机构104-2，所述车体框架103的第一横梁22的一端与右履带轮机构104-1的内支撑杆2和外支撑杆3固接，所述车体框架103的第二横梁34的一端与右履带轮机构104-1的内支撑杆2和外支撑杆3固接，将右履带轮机构104-1安装固定在车体框架103右侧，所述车体框架103的第一横梁22的另一端与左履带轮机构104-2的内支撑杆2和外支撑杆3固接，所述车体框架103的第二横梁34的另一端与左履带轮机构104-2的内支撑杆2和外支撑杆3固接，将左履带轮机构104-2安装固定在车体框架103左侧。所述右履带轮机构104-1和左履带轮机构104-2由履带1、内支撑杆2、外支撑杆3、驱动轮4、第一从动轮5、第二从动轮6、驱动轴7、第一轮轴8、第二轮轴9组成，所述驱动轴7固接于驱动轮4的轴心位置，所述驱动轴7两端分别套入轴承10-1和轴承10-2，所述轴承10-1基座固定在内支撑杆2后段，所述轴承10-2基座固定在外支撑杆3后段，所述第一轮轴8安装在第一从动轮5轴心位置，所述第一轮轴8两端分别套入轴承10-3和轴承10-4，所述轴承10-3基座固定在内支撑杆2中段，所述轴承10-4基座固定在外支撑杆3中段，所述第二轮轴9安装在第二从动轮6轴心位置，所述第二轮轴9两端分别套入轴承10-5和轴承10-6，所述轴承10-5基座固定在内支撑杆2前段，所述轴承10-6基座固定在外支撑杆3前段，所述履带1将驱动轮4、第一从动轮5和第二从动轮6包围，使其均与履带1内表面接触，所述右履带轮机构104-1的驱动轴7与右轮万向节45输出端固接，所述左履带轮机构104-2的驱动轴7与左轮万向节44输出端固接。

具体实施方式三：如图5、图6、图7、图8、图9和图10所示，所述车体框架103包括设备箱11、车体上层结构103-1、车体下层结构103-2，车体上层结构103-1的铝板18两端分别与车体下层结构103-2的第一铝板38、第二铝板39后端固接，车体上层结构103-1的短横梁16两端分别与车体下层结构103-2的第一立柱25、第二立柱23上端固接。所述车体上层结构103-1由面板12，第一纵梁13，第二纵梁14，短横梁15、16，铝板18、部件17、21，加固件19、20组成，所述面板12两边分别固接于第一纵梁13、第二纵梁14上部。所述第一纵梁13前端通过直角连接件与短横梁15、16垂直固接，所述第二纵梁14前端通过直角连接件与短横梁15、16垂直固接，所述第一纵梁13后端、部件17、铝板18一端依次叠加固接，加固件19一端固接铝板18，另一端固接第一纵梁13后端，所述第二纵梁14后端、部件21、铝板18另一端依次叠加固接，加固件20一端固接铝板18，另一端固接第二纵梁14后端。所述车体下层结构103-2包括前端框架103-2-1和后端框架103-2-2，所述后端框架103-2-2的第一铝板38、第二铝板39分别固接于前端框架103-2-1的上横梁31下部。

所述前端框架103-2-1由第一立柱25、第二立柱23、第一横梁22、第二横梁34、前加强部件24、右加强部件26、左加强部件27、右支撑架28、左支撑架29、后加强部件35、第三立柱30、第四立柱33、上横梁31、支撑件32、底板21组成，所述第一横梁22固接在底板21中部，所述第一立柱25、第二立柱23下端分别固接于第一横梁22同一侧面，所述前加强部件24一端固接于第一立柱25上端，另一端固接于第二立柱23下端，所述右加强部件26、左加强部件27一端分别固接于第一横梁22同一侧面，所述右加强部件26另一端固接于第三立柱30上端，所述左加强部件27另一端固接于第四立柱33上端，所述右支撑架28底端固接于第三立柱30上端，所述左支撑架29底端固接于第四立柱33上端，所述第三立柱30、第四立柱33下端分别垂直固接于第二横梁34上部，所述上横梁31两端分别垂直固接于第三立柱30、第四立柱33中间部位，所述支撑件32、后加强部件35两端分别垂直固接于上横梁31、第二横梁34中间部位，所述第二横梁34下部与底板21后端固接。

所述后端框架103-2-2由第一铝板38、第二铝板39、后横梁40、第一支撑柱41、第二支撑柱42、电机支架43、右轮万向节45、左轮万向节44、右轮电机37、左轮电机36组成，所述第一铝板38、第二铝板39后端固接于后横梁40两端的上部，所述后横梁40中部侧面固接第一支撑柱41、第二支撑柱42上端，所述第一支撑柱41和第二支撑柱42下端之间固接电机支架43一端，所述右轮电机37底座固接于第二铝板39前端下部，所述右轮电机37前部固接于电机支架43圆弧缺口处，所述右轮电机37转动轴与右轮万向节45一端固接，所述右轮万向节45的另一端固接右履带轮机构104-1的驱动轴7一端，所述左轮电机36底座固接于第一铝板38前端下部，所述左轮电机36前部固接于电机支架43圆弧缺口处，所述左轮电机36转动轴与左轮万向节44一端固接，所述左轮刀向节44的另一端固接左履带轮机构104-2的驱动轴7一端。

具体实施方式四：如图2、图11、图12和图13所示，所述机械臂101包括第一节管体45、第二节管体57，所述第一节管体45中间部位安装有后视摄像头63，所述第一节管体45首端两侧分别与第一舵盘56-1、第二舵盘56-2固接，所述第一舵盘56-1轴心位置固接第一驱动器55-1的转动轴，所述第二舵盘56-2轴心位置固接第二驱动器55-2的转动轴，所述第一驱动器55-1通过辅助部件46、47、48固定于基座49一端，所述第二驱动器55-2固定于基座49另一端，所述基座49下部固接增强件50，所述增强件50中心位置固接轴51，所述轴51穿过第一轴承52、固定片53、第二轴承54，与第三驱动器55-3的转动轴固接，所述第三驱动器55-3与固定片53固接，所述第一轴承52固定在固定片53上，所述固定片53固定在短横梁15、16上。动作实施过程：第一驱动器55-1和第二驱动器55-2的驱动轴同步同向转动，驱动第一节管体45绕第一驱动器55-1和第二驱动器55-2的转动轴转动，固定片53和第三驱动器55-3固定在车体框架103前端，与第三驱动器55-3转动轴固接的机械臂101，由第三驱动器55-3驱动绕其转动轴旋转。

所述第一节管体45末端两侧分别与第一平板部件59、第二平板部件69固接，所述第一平板部件59与第二平板部件69平行，所述第四驱动器55-4固定在第一平板部件59上，其转动轴与第一平板部件59垂直，所述第四驱动器55-4的转动轴固接第三舵盘56-3于轴心位置，所述第三舵盘56-3固接第三平板部件60，其轴心垂直于第三平板部件60，所述第二节管体57首端两侧分别与第三平板部件60、第四平板部件68固接，所述第三平板部件60与第四平板部件68平行，所述前视摄像头平台64固定在第三平板部件60、第四平板部件68上，所述抓钩驱动器58固定在第一平板部件59上，其转动轴与第一平板部件59垂直，所述抓钩驱动器58的转动轴与联动轴61固接，二者轴心重合，所述两个“G”型抓钩62分别安装在联动轴61两端并与其固接，所述两个抓钩62初始位置一致。动作实施过程：与第四驱动器554转动轴固接的第二节管体57，由第四驱动器55-4驱动绕其转动轴旋转，抓钩驱动器58转动轴驱动联动轴61转动，从而带动联动轴61上的两个抓钩62转动，改变其位置形态达到抓取或释放药箱102的功能。

所述第二节管体57末端两侧分别与第五平板部件66、第六平板部件67固接，所述第五平板部件66与第六平板部件67平行，所述云台65有两个舵盘A、B，所述舵盘A、舵盘B轴心相互垂直，所述舵盘A固接第五平板部件66，其轴心垂直于第五平板部件66，所述舵盘B固接主摄像头70，其轴心与主摄像头70镜头轴心垂直。动作实施过程：云台65的舵盘A转动，驱动云台绕舵盘A的轴心转动，实现主摄像头70俯仰运动，云台65的舵盘B转动，驱动主摄像头70绕舵盘B的轴心转动，实现主摄像头70左右旋转运动。

Claims (5)

1.一种具有侦查及医疗救护功能的机器人，用于环境侦查及伤员救护的装置，由移动底座(100)、机械臂(101)和药箱(102)组成；

其特征在于：

具有侦查及医疗救护功能的机器人底座为非承载式车体结构，采用履带式行走机构，机械臂由两节管体组成，第一节管体(45)的首端通过云台与移动底座(100)连接，第一节管体(100)中部安装有后视摄像头(63)，第一节管体(45)的末端与第二节管体(57)的首端铰接，第二节管体的首端安装有云台及前视摄像头(64)，两节管体铰接处设置有两个抓钩(62)，可抓取或释放安放在移动底座(100)后方的药箱(102)，第二节管体(57)的末端安装有云台(65)及主摄像头(70)。

2.根据权利要求1所述的具有侦查及医疗救护功能的机器人，其特征在于：所述车体框架(103)的第一横梁(22)的一端与右履带轮机构(104-1)的内支撑杆(2)和外支撑杆(3)固接，所述车体框架(103)的第二横梁(34)的一端与右履带轮机构(104-1)的内支撑杆(2)和外支撑杆(3)固接，将右履带轮机构(104-1)安装固定在车体框架(103)右侧，所述车体框架(103)的第一横梁(22)的另一端与左履带轮机构(104-2)的内支撑杆(2)和外支撑杆(3)固接，所述车体框架(103)的第二横梁(34)的另一端与左履带轮机构(104-2)的内支撑杆(2)和外支撑杆(3)固接，将左履带轮机构(104-2)安装固定在车体框架(103)左侧。

3.根据权利要求2所述的具有侦查及医疗救护功能的机器人，其特征在于：所述右履带轮机构(104-1)和左履带轮机构(104-2)的驱动轴(7)固接于驱动轮(4)的轴心位置，所述驱动轴(7)两端分别套入轴承(10-1、10-2)，所述轴承(10-1、10-2)基座固定在内支撑杆(2)和外支撑杆(3)后段，所述第一轮轴(8)安装在第一从动轮(5)轴心位置，所述第一轮轴(8)两端分别套入轴承(10-3、10-4)，所述轴承(10-3、10-4)基座固定在内支撑杆(2)和外支撑杆(3)中段，所述第二轮轴(9)安装在第二从动轮(6)轴心位置，所述第二轮轴(9)两端分别套入轴承(10-5、10-6)，所述轴承(10-5、10-6)基座固定在内支撑杆(2)和外支撑杆(3)前段，所述履带(1)将驱动轮(4)、第一从动轮(5)和第二从动轮(6)包围，使其均与履带(1)内表面接触，所述右履带轮机构(104-1)的驱动轴(7)与右轮万向节(45)输出端固接，所述左履带轮机构(104-2)的驱动轴(7)与左轮万向节(44)输出端固接。

4.根据权利要求1所述的具有侦查及医疗救护功能的机器人，其特征在于：车体上层结构(103-1)的铝板(18)两端分别与车体下层结构(103-2)的第一铝板(38)、第二铝板(39)后端固接，车体上层结构(103-1)的短横梁(16)两端分别与车体下层结构(103-2)的第一立柱(25)、第二立柱(23)上端固接，所述面板(12)两边分别固接于第一纵梁(13)、第二纵梁(14)上部，所述第一纵梁(13)前端通过直角连接件与短横梁(15、16)垂直固接，所述第二纵梁(14)前端通过直角连接件与短横梁(15、16)垂直固接，所述第一纵梁(13)后端、部件(17)、铝板(18)一端依次叠加固接，加固件(19)一端固接铝板(18)，另一端固接第一纵梁(13)后端，所述第二纵梁(14)后端、部件(21)、铝板(18)另一端依次叠加固接，加固件(20)一端固接铝板(18)，另一端固接第二纵梁(14)后端，所述车体下层结构(103-2)包括前端框架(103-2-1)和后端框架(103-2-2)，所述后端框架(103-2-2)的第一铝板(38)、第二铝板(39)分别固接于前端框架(103-2-1)的上横梁(31)下部，所述第一横梁(22)固接在底板(21)中部，所述第一立柱(25)、第二立柱(23)下端分别固接于第一横梁(22)同一侧面，所述前加强部件(24)一端固接于第一立柱(25)上端，另一端固接于第二立柱(23)下端，所述右加强部件(26)、左加强部件(27)一端分别固接于第一横梁(22)同一侧面，所述右加强部件(26)另一端固接于第三立柱(30)上端，所述左加强部件(27)另一端固接于第四立柱(33)上端，所述右支撑架(28)底端固接于第三立柱(30)上端，所述左支撑架(29)底端固接于第四立柱(33)上端，所述第三立柱(30)、第四立柱(33)下端分别垂直固接于第二横梁(34)上部，所述上横梁(31)两端分别垂直固接于第三立柱(30)、第四立柱(33)中间部位，所述支撑件(32)、后加强部件(35)两端分别垂直固接于上横梁(31)、第二横梁(34)中间部位，所述第二横梁(34)下部与底板(21)后端固接，所述第一铝板(38)、第二铝板(39)后端固接于后横梁(40)两端的上部，所述后横梁(40)中部侧面固接第一支撑柱(41)、第二支撑柱(42)上端，所述第一支撑柱(41)和第二支撑柱(42)下端之间固接电机支架(43)一端，所述右轮电机(37)底座固接于第二铝板(39)前端下部，所述右轮电机(37)前部固接于电机支架(43)圆弧缺口处，所述右轮电机(37)转动轴与右轮万向节(45)一端固接，所述右轮万向节(45)的另一端固接右履带轮机构(104-1)的驱动轴(7)一端，所述左轮电机(36)底座固接于第一铝板(38)前端下部，所述左轮电机(36)前部固接于电机支架(43)圆弧缺口处，所述左轮电机(36)转动轴与左轮万向节(44)一端固接，所述左轮万向节(44)的另一端固接左履带轮机构(104-2)的驱动轴(7)一端。

5.根据权利要求1所述的具有侦查及医疗救护功能的机器人，其特征在于：所述第一节管体(45)中间部位安装有后视摄像头(63)，所述第一节管体(45)首端两侧分别与第一舵盘(56-1)、第二舵盘(56-2)固接，所述第一舵盘(56-1)轴心位置固接第一驱动器(55-1)的转动轴，所述第二舵盘(56-2)轴心位置固接第二驱动器(55-2)的转动轴，所述第一驱动器(55-1)通过辅助部件(46、47、48)固定于基座(49)一端，所述第二驱动器(55-2)固定于基座(49)另一端，所述基座(49)下部固接增强件(50)，所述增强件(50)中心位置固接轴(51)，所述轴(51)穿过第一轴承(52)、固定片(53)、第二轴承(54)，与第三驱动器(55-3)的转动轴固接，所述第三驱动器(55-3)与固定片(53)固接，所述第一轴承(52)固定在固定片(53)上，所述固定片(53)固定在短横梁(15、16)上，所述第一节管体(45)末端两侧分别与第一平板部件(59)、第二平板部件(69)固接，所述第一平板部件(59)与第二平板部件(69)平行，所述第四驱动器(55-4)固定在第一平板部件(59)上，其转动轴与第一平板部件(59)垂直，所述第四驱动器(55-4)的转动轴固接第三舵盘(56-3)于轴心位置，所述第三舵盘(56-3)固接第三平板部件(60)，其轴心垂直于第三平板部件(60)，所述第二节管体(57)首端两侧分别与第三平板部件(60)、第四平板部件(68)固接，所述第三平板部件(60)与第四平板部件(68)平行，所述前视摄像头平台(64)固定在第三平板部件(60)、第四平板部件(68)上，所述抓钩驱动器(58)固定在第一平板部件(59)上，其转动轴与第一平板部件(59)垂直，所述抓钩驱动器(58)的转动轴与联动轴(61)固接，二者轴心重合，所述两个“G”型抓钩(62)分别安装在联动轴(61)两端并与其固接，所述两个抓钩(62)初始位置一致，所述第二节管体(57)末端两侧分别与第五平板部件(66)、第六平板部件(67)固接，所述第五平板部件(66)与第六平板部件(67)平行，所述云台(65)有两个舵盘(A、B)，所述两个舵盘(A、B)轴心相互垂直，所述第一舵盘(A)固接第五平板部件(66)，其轴心垂直于第五平板部件(66)，所述第二舵盘(B)固接主摄像头(70)，其轴心与主摄像头(70)镜头轴心垂直。