CN107878584B - 防爆型侦察机器人及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种防爆型侦察机器人，包括防爆型侦察机器人移动平台、防爆型环境参数采集机构、防爆型红外数据采集机构、防爆型摄像机构和上位机控制台，在经过左右高度不同的障碍物时不掉带或侧翻；遇到高温火焰对自身本体或履带烧灼时仍能安全行进；通过通讯协议及控制机制，实现目标驱动下的底盘控制算法，提高机器人运动响应速度和控制精度；提高了侦察机器人在复杂、恶劣甚至高危环境中的运动性能、安全性和适用性，提高了侦察机器人的生存几率，可代替工作人员进入放射性、高温、易燃易爆、有毒、缺氧、浓烟等危险灾害事故现场进行侦察、数据采集甚至救援等，有效解决工作人员在上述场所面临的人身安全、数据信息采集不足等问题。

Description

防爆型侦察机器人及工作方法

技术领域

本发明属于机器人领域，具体涉及一种防爆型侦察机器人及工作方法。

背景技术

当前，每年火灾、化学危险品和放射性物质等泄露及燃烧、爆炸、坍塌事故，给人民群众的生命安全和财产造成巨大损失。

工作人员在高危事故现场救援和勘察、在危险工作场所中工作等存在许多劣势。比如，在面临易燃易爆气体、有毒有害、高温浓烟等灾害情况时，由于缺少有效装备及设施，救援人员贸然采取行动必将给消防人员带来很大危险。工作人员虽然可着防护设备进入火场，需携带诸多探测设备进行火场参数测量，给工作人员带来沉重的体力负担，甚至对爆炸场合等紧急情况的逃生带来障碍。而在各类放射性、有毒气体等场所工作的人员，也极易受到中毒、病变等人身威胁。

侦察机器人作为特种机器人的一种，在灭火和抢险救援中愈加发挥举足轻重的作用。例如，消防机器人作为一种消防装备，可替代工作人员进入高温、易燃易爆、有毒、缺氧、浓烟等危险灾害事故现场进行灭火、洗消、排烟、照明、侦察以及数据采集、处理、反馈等，可有效解决消防人员在上述场所面临的人身安全、数据信息采集不足等问题。现场指挥人员可以利用其进行先期压制，并根据其反馈结果，及时对灾情做出科学判断，从而对灾害事故现场工作做出正确、合理地决策。当然，还有很多用在其它各类场合或环境的侦察机器人。但是，当前国内外市场上的侦察机器人主要针对室内结构型环境，普通的轮式机器人或履带式机器人不适用于高危易燃易爆气体的场所；履带式移动机器人较轮式机器人在运动性能上更具优势，但面对复杂非结构环境时，当前履带机器人由于爬坡越障能力弱而无法满足机器人对移动平台的性能需求，限制了机器人运动响应速度和控制精度。

目前国内外投入使用的侦察类机器人一般由带动力的全地形底盘作为行驶与载重基体，在其之上装载灭火设备、洗消设备、排烟设备、照明设备、侦察设备等进行各种特种救援作业，以及装载数据采集、处理、反馈设备进行现场数据反馈，并且配有水雾自保功能抵抗高温高热环境，所有设备的控制及传输均通过无线传输进行，侦察类机器人的应用显著提高了处理恶性事故的能力并大大减少了人员的伤亡。

当前侦察机器人的方案主要有三类：

Ⅰ.侧重上装设备而忽视整体防护性能的类别：

该类技术主要侧重上装传感器等的性能或种类，而忽视整套侦察机器人的防护性能。当即：忽略了侦察机器人在实际侦察中可能遇到的复杂恶劣环境，例如在易燃易爆、高温高湿等场合。

例如：(1)专利号为201620549875.1的实用新型专利公布了这一种特种消防机器人，包括车体，车体外部配置有与电器控制装置无线连接的后台无线监控装置；底盘行走装置是装有宽型履带的行走装置，其设置在车体的底部；动力装置采用电动发动机，设置在车体后补，并与底盘行走装置传动连接进行驱动；电气控制装置安装于车体的后侧顶部的左上角；无线传输装置与图像采集装置连接；无线接收装置设置于无线传输装置附近；应急处理设备与电器控制装置相连接而实现相应的工作方式；图像采集装置、照明装置设置于车体前部。但是该专利并没有具备防爆防水等防护功能，不适合用在高危的环境中；且底盘的性能决定了该机器人的通过性和越障能力，该机器人不适用于在复杂地面环境中工作。

(2)专利号为201610469358.8的发明专利公布了一种消防用小型侦察机器人，包括移动载体、设备舱、防水喇叭、照明灯、云台摄像头装置和移动机构；移动载体和移动机构连接，移动机构带动移动载体移动；设备舱设置于移动载体上，设有可开合的设备舱盖；设备舱用于装备存放；防水喇叭设置于设备舱的前端；照明灯置于设备舱前端；云台摄像头装置设置于设备舱的前端，用于采集行进道路上的影像。本发明可广泛应用于灭火与抢险救援领域，在地铁、隧道、大型仓库、地下空间、大型商场等密闭、昏暗的场所深入侦察，并通过声音、导向光引导受困人员撤退，机器人上携带的防毒面具和强光手电也可为受困人员逃生提供必要的帮助。同样的，该专利并没有具备防爆防水等防护功能，不适合用在高危的环境中，也不适用于在复杂地面环境中工作。

(3)相似的还有申请号为201520943168.6的实用新型专利，申请号为201620188445.1的实用新型专利，申请号为201710109232.4的发明专利。

Ⅱ.侧重底盘减震而忽视机器人越障能力和平衡能力的类别：

例如：(1)申请号为201520714972.7的实用新型专利公布了一种用于侦察机器人的移动系统，包括：机箱主体、履带、设置于履带内的前悬挂、交叉悬挂和后悬挂，其中：前悬挂、交叉悬挂和后悬挂依次相连，机箱主体通过上轴与履带内的上导轮相连；所述的前悬挂包括：通过前轴相连的前臂、前中臂、连接前臂和前中臂的前弹簧、与前臂相连的前导轮和后导轮；所述的交叉悬挂包括：通过中间轴连接的交叉臂、连接交叉臂上部的中间弹簧、位于交叉臂下部的平衡臂和平衡轮；所述的后悬挂包括：分别通过后弹簧和驱动轴相连的后中臂、后臂、与驱动轴相连的驱动链轮、与从动轴相连的从动链轮和驱动轮；该实用新型便于跨越和通过复杂地形、狭小空间，消防水炮覆盖面积广，有效保护了消防员的生命安全，增强灭火效果。该方案亦存在致命弊端，由于该移动底盘使用了前悬挂、交叉悬挂和后悬挂，该结构决定了侦察机器人无法实现爬楼等功能。当机器人经过左右高低不平的“单边桥”时，极易发生掉履带甚至侧翻等问题。

(2)专利号为201610649548.8的发明专利公布了一种关节履带与车轮相复合的移动平台及消防机器人，包括关节履带底盘、前车轮组件、后摆架、后车轮组件、连杆；关节履带底盘的两个主履带组件连接在其主车体的两侧，摆臂履带组件与主履带组件构成关节履带结构；摆臂履带组件的摆臂架中部、后摆架中部分别与主车体前后两端可枢转地相连，连杆的两端分别与摆臂架、后摆架铰连，这样主车体、摆臂架、后摇架与连杆构成四连杆机构；前车轮组件与摆臂架的后端相连，后车轮组件与后摆架末端相连；关节履带底盘的摆臂驱动件驱动摆臂架摆动，使得所述四连杆机构变形，实现了该发明履带式行走模式与轮式行走模式的转换。同样的该发明专利也不具备自我重心调节能力，无法实现复杂地面环境下的移动与越障功能。

(3)与此类技术方案相似的还有申请号为201610091164.9的发明专利，申请号为201610303161.7发明专利，申请号为201620549875.1的实用新型专利等。

Ⅲ.侧重提高底盘通过性或稳定性而忽视其控制灵活度及精度的类别：

该类技术拟通过添加外部的设备或机构来增强侦察机器人的通过性或稳定性，例如通过增加支撑装置来抵消消防水炮工作的后坐力。

例如：专利号为201620234467.7公布了一种履带式机器人平台减震结构，包括：支重轮、减震弹簧、驱动轮、承重轮、X型支架、上导向轮、下导向轮、支撑板、减速机输出轴和刚性连接架。减震系统设计成三段式(前段、中间段、后段)独立弹簧悬挂系统，前段独立悬挂系统设置有上、下导向轮确定系统接近角、履带轮廓范围；中间独立悬挂系统采用X架形式，沿履带方向布置四个支重轮；后段独立悬挂系统设置驱动轮，驱动轮同时承担履带导向作用，确定系统分离角。每段独立悬挂系统各使用一根弹簧减震器，直接与机器人箱体铰接。本实用新型提供的减震结构具有结构简单、减震效果好、使用寿命长等优点。类似的还有专利号为201511004350.6公布的一种消防机器人的辅助支撑装置，但是该类专利技术仅侧重在提高底盘通过性或稳定性，但是并没有对目前存在的底盘由于实施驱动策略而造成的对上装控制资源过多占用的问题，从而决定了这类技术中的底盘控制灵活度及精度不会太高。

当然，即使在非灾害现场，侦察机器人也可代替工作人员进入高温、易燃易爆、有毒、缺氧、浓烟等危险场合进行侦察以及数据采集、处理、反馈等，可有效解决工作人员在上述场所面临的人身安全、数据信息采集不足等问题。

但是，目前国内外市场上的侦察机器人主要针对室内结构型环境，防护级别很低甚至绝大多数机器人并不具备防护能力，普通的侦察器人不适用于高危易燃易爆、高温高湿等场所；尽管履带式移动机器人较轮式机器人在运动性能上更具优势，但面对复杂非结构环境时，当前履带机器人由于爬坡越障能力弱而无法满足机器人对移动平台的性能需求。针对核辐射、易燃易爆气体、有毒有害、高温浓烟等灾害情况的侦察机器人种类极少，尽管当前市场的侦察机器人种类繁多、功能各异，但是绝大多数均侧重于在普通环境实现侦察作业，无法进入环境恶劣甚至充满易燃易爆的场所工作。

当前普通的侦察机器人，主要存在如下技术缺陷：

Ⅰ.侦察机器人防护级别不够或无防护能力，不适合进入核辐射、易燃易爆气体、有毒有害、高温高湿等高危和恶劣环境中侦察作业。同时侦察机器人上所携带的传感器设备一般也不具备防护能力。

Ⅱ.侦察机器人在地面复杂的环境运动时，有时需越过较大的障碍物或较宽的沟壑，甚至有时需要攀爬坡度较大的楼梯等，当侦察机器人经过左右高度不同的路面甚至左右高度相差较大的“单边桥”时，由于重心位置偏离机器人中心重心处太多，导致悬挂系统和履带行走机构形变较大，不仅很容易发生掉履带事故，更会因侦察机器人的重心不稳而发生侧翻事故。

Ⅲ.当侦察机器人进入高温环境时，周围会有燃烧的物体对机器人本体造成伤害，例如烧灼机器人壳体和履带，橡胶履带遇到高温及火焰会变形、烧灼，当烧灼后的侦察机器人只剩下悬挂系统，此时机器人无法再行进。这种不仅造成整套侦察机器人的损失，更会耽误整个事故处理进程。

总结来说，现有的侦察机器人，对于火灾或其它恶劣灾害现场的适用性和适应性较差，无法满足在复杂、恶劣甚至高危环境中的侦察需求，这在很大程度上限制了侦察机器人的推广使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在放射环境、高温、易燃易爆、有毒、缺氧、浓烟等危险灾害事故现场或危险区域、危险工作场所等中进行侦察、数据采集甚至救援，运动性能好、安全性和适用性强的防爆型侦察机器人及其工作方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种防爆型侦察机器人，包括防爆型侦察机器人移动平台、防爆型环境参数采集机构、防爆型红外数据采集机构、防爆型摄像机构和上位机控制台，所述防爆型环境参数采集机构、防爆型红外数据采集机构、防爆型摄像机构均固定安装在防爆型侦察机器人移动平台上，上位机控制台为单独的控制系统，设置在远离恶劣复杂场所，通过无线连接与防爆型侦察机器人进行信息交互；所述防爆型侦察机器人移动平台包括侦察机器人壳体、动力驱动输出组件、悬挂减震组件、高温履带组件、平衡整定组件、控制驱动组件、能源供给组件、天线组件、传感组件；所述防爆型环境参数采集机构包括防爆摄像机、防爆环境参数采集传感器、防爆升降组件；所述防爆型红外数据采集机构包括防爆回转组件、红外图像采集组件；所述防爆型摄像机构为普通的彩色CCD或CMOS摄像机，包括防爆示宽摄像机和固定支架；所述上位机控制台包括操纵控制台本体、控制摇杆组件、显示组件、控制模块、供电模块。

具体地，所述侦察机器人壳体外形为不规则长方体结构，是防爆型侦察机器人移动平台上各类组件安装的载体平台，内部设置动力驱动输出组件、平衡整定组件，侦察机器人壳体包括周围壳体和上盖板，还包括周围壳体后端两侧的动力输出孔，其中周围壳体和上盖板、壳体上的动力输出孔均采用隔爆密封实现与外界气体等的隔离；

动力驱动输出组件包括伺服驱动电机、编码器、减速齿轮箱，伺服驱动电机为两套，伺服驱动电机的转轴与减速齿轮箱连接并固定在侦察机器人壳体内部的后侧，左右对称放置，编码器安装在伺服驱动电机的转轴后端，减速齿轮箱的动力输入端与伺服驱动电机的转轴连接，其动力输出端为转轴，与悬挂减震组件中的驱动轮直连，减速齿轮箱的动力输出端上的转轴穿过上述侦察机器人壳体两侧的动力输出孔；

悬挂减震组件包括驱动轮、从动轮、托带轮、承重轮、减震摆臂板、减震阻尼元件、张紧元件、悬挂减震本体；

驱动轮为主动轮组，设置在侦察机器人壳体后端，数量为两个，左右对称设置，与减速齿轮箱的动力输出轴直连；

从动轮数量为四个，分两组，每组中的两个并排设置，两组左右对称设置，架设在悬挂减震本体两侧，从动轮的转轴安装在悬挂减震本体上并且与张紧元件连接；

托带轮直径小于驱动轮和从动轮，数量为十六个共八组，每组中的两个并排设置，左右共六组且对称设置，安装在悬挂减震本体的最上端，另外两组托带轮安装在最前端减震摆臂板的中下侧；

承重轮直径比托带轮大且比驱动轮小，数量为二十八个，共十四组，左右各七组对称设置，通过转轴分别安装在减震摆臂板的最下端，其中，每组左侧的承重轮与履带的左侧内沿接触，右侧的承重轮与履带的右侧内沿接触；

减震摆臂板呈长条薄板状，数量与承重轮个数一致，共二十八片，分为十四组，左右各七组对称设置，上端通过转轴连接在悬挂减震本体横梁上，减震摆臂板中间与减震阻尼元件下端连接，减震摆臂板最下端与承重轮连接，所述减震摆臂板与悬挂减震本体和减震阻尼元件形成杠杆结构，减震摆臂板的倾斜角度均呈现与移动底盘前进方向夹角为钝角方向排列；

减震阻尼元件为弹性阻尼元件，共十四个分为两组，每组七个设置在左右两个悬挂减震本体内，减震阻尼元件的上端通过转轴驱动在悬挂减震本体上，下端通过转轴固定在各自对应的减震摆臂板上；

张紧元件为直线导轨配合张紧弹簧组成的套件，安装在悬挂减震本体内部的前端，张紧元件与从动轮的转轴接触，通过张紧弹簧的左右，使从动轮始终向外扩张压缩高温履带组件；

悬挂减震本体为长条片状结构，共四片，两片为一组，每组中的两片悬挂减震本体安装在侦察机器人壳体的一侧，悬挂减震本体通过减速齿轮箱、转轴结构与侦察机器人壳体连接为一个整体，且悬挂减震本体的内部安装有驱动轮、从动轮、托带轮、减震摆臂板、减震阻尼元件和张紧元件，为悬挂减震组件的载体平台；

高温履带组件包括履带、钢链加强组件，履带为高效减震防滑抓地履带，包括弹性履带主体、芯骨架、加强防滑条、加强防滑块，分布在由驱动轮、从动轮、托带轮和承重轮组成的不规则环形主体外侧，履带的内沿与驱动轮、从动轮、托带轮和承重轮接触，并且履带在其之间滚动铺设，带动防爆型侦察机器人移动平台运动；

钢链加强组件为多个链状结构，材质为不锈钢，宽度稍窄于履带的宽度，每个链状结构通过轴连接，形成闭合的椭圆链状环，嵌套在履带中间；

平衡整定组件包括横向调节组件、滑动平台，横向调节组件为横向放置的直线滑台，包含滑台主体、驱动电机、滑块，通过控制驱动电机控制滑块在滑台主体上位移，横向调节组件安装在侦察机器人壳体内腔的前端处，横向布置；

滑动平台为方形平板结构，安装在横向调节组件的滑块上，滑动平台上端固定有大功率锂电池；

控制驱动组件包括控制器、无线视频发射模块、无线数传模块、驱动器、箱体，控制器与无线视频传输模块、无线传输模块、驱动器连接，另外控制器还与能源供给组件连接；无线视频发射模块为无线视频发射设备，安装在箱体内，与火灾探察摄像机连接，还与车载视频传输天线连接；无线数传模块为无线数传模块，与车载无线数传天线连接；驱动器为电机驱动器与伺服驱动电机、平衡整定组件中的横向调节组件连接；箱体为控制器、无线视频发射模块、无线数传模块、驱动器的安装载体，箱体安装固定在侦察机器人壳体内；

能源供给组件为大功率锂电池，安装固定在平衡整定组件的滑动平台上，大功率锂电池连接控制器和驱动器，

天线组件包括车载无线数传天线、车载视频传输天线，车载无线数传天线为棒状天线，安装固定在侦察机器人壳体的左后方；车载视频传输天线亦为棒状天线，安装固定在侦察机器人壳体的右后方；

传感组件包括防爆照明灯、防爆警灯、防爆警笛、红外和激光组合避障传感器，防爆照明灯安装在防爆型侦察机器人移动平台的前方，防爆警灯和防爆警笛为一体结构，安装在防爆型侦察机器人移动平台两侧，红外和激光组合避障传感器包括红外避障传感器和激光测距矩阵，安装在防爆型侦察机器人移动平台的前端和后端，防爆照明灯、防爆警灯、防爆警笛、红外和激光组合避障传感器均与控制器连接。

具体地，所述防爆摄像机安装在升降平台的一侧，包括前置防爆摄像机、后置防爆摄像机，前置防爆摄像机和后置防爆摄像机均为普通的彩色CCD或CMOS摄像机，前置防爆摄像机和后置防爆摄像机前后对称设布置，前置防爆摄像机和后置防爆摄像机均与控制器、无线视频发射模块连接，所述防爆摄像机外部装有方形防护外壳；

防爆环境参数采集传感器包括一氧化碳、硫化氢和氢气传感器，防爆环境参数采集传感器安装设置在升降平台另外一侧，与防爆摄像机的安装位置对称，防爆环境参数采集传感器与控制器连接，防爆环境参数采集传感器外部装有方形防护外壳，外壳前后设置有通孔；

防爆升降组件包括防爆升降电机、升降推杆、升降平台、拖链、拖链走线筒、升降组件外壳，防爆升降电机为隔爆型电机，安装在防爆升降组件的最底侧，防爆升降电机的输出轴与升降推杆连接，防爆升降电机还与口控制器连接；

升降推杆为长柱形实体，长度与升降组件外壳高度一致，升降推杆位于升降组件外壳内部，升降推杆的下端与防爆升降电机输出轴连接，上端与升降平台连接；

升降平台为平板结构，升降平台上安装防爆摄像机和防爆环境参数采集传感器，升降平台的下端安装固定在升降推杆的上端；

拖链内部设置有防爆摄像机和防爆环境参数采集传感器的电气连接线，拖链安装设置在拖链走线筒内，结构为双层复合结构；

拖链走线筒为空心方形筒结构，拖链走线筒的高度与升降推杆或升降组件外壳一致，拖链走线筒安装固定在升降组件外壳的一侧；

升降组件外壳为空心方形筒结构，外形比拖链走线筒稍大，内部设置防爆升降电机与升降推杆，升降组件外壳安装固定在防爆型侦察机器人移动平台的车体上端中心偏后位置处。

具体地，所述防爆回转组件包括水平旋转组件、垂直旋转组件，水平旋转组件包括水平旋转防爆电机、水平旋转传动组件和水平回转壳体，水平旋转防爆电机为隔爆型电机，安装在水平回转壳体内部下端，且与侦察机器人壳体上端面连接固定；水平旋转传动组件为齿轮传动机构，分别连接水平旋转防爆电机和水平回转壳体；水平回转壳体为圆柱形腔体结构，内部设置有水平旋转防爆电机和水平旋转传动组件，位于侦察机器人壳体上端面处，水平回转壳体的上端还连接固定有垂直旋转组件中的垂直回转壳体；

垂直旋转组件包括垂直旋转防爆电机、垂直旋转传动组件和垂直回转壳体，垂直旋转防爆电机为隔爆型电机，安装在垂直回转壳体内部，垂直旋转传动组件为齿轮传动机构，分别连接垂直旋转防爆电机和垂直回转壳体，垂直回转壳体为圆柱形腔体结构，内部设置有垂直旋转防爆电机和垂直旋转传动组件，安装于水平旋转组件中的水平回转壳体上端，垂直回转壳体的两端还连接固定有平台，平台上安装固定红外图像采集组件；

红外图像采集组件包括防爆红外热成像仪、防爆红外摄像机，防爆红外热成像仪外形为圆柱形，防爆红外热成像仪安装在垂直旋转组件中的垂直回转壳体一侧，防爆红外热成像仪与控制器、无线视频发射模块连接；

防爆红外摄像机外形亦为圆柱形，防爆红外摄像机安装在垂直旋转组件中的垂直回转壳体另一侧，与防爆红外热成像仪的安装位置对称，防爆红外摄像机与控制器、无线视频发射模块连接。

具体地，所述防爆示宽摄像机安装在侦察机器人壳体的前方位置处，防爆示宽摄像机与控制器、无线视频发射模块连接，防爆示宽摄像机通过固定支架连接固定于侦察机器人壳体上。

具体地，所述操纵控制台本体为方形可开启的控制箱，分为上半部分和下半部分，上半部分设置有显示组件，下半部分设置有遥控摇杆、无线天线、控制模块和供电模块，控制摇杆组件包括防爆型侦察机器人移动平台控制摇杆、防爆型环境参数采集机构控制摇杆、防爆型摄像机构控制摇杆，控制摇杆组件与控制模块连接，显示组件为高清显示器，固定在操纵控制台本体的上半部分内；控制模块包括主控模块、视频接收模块、无线传输模块，主控模块为上位机控制台的控制核心，与控制摇杆组件、显示组件和供电模块连接，主控模块安装固定在操纵控制台本体内，视频接收模块为无线视频接收设备，安装在操纵控制台本体内，与图像视频显示组件连接，无线传输模块为无线数传模块，与主控模块连接；供电模块为锂电池，安装在操纵控制台本体内，连接显示组件、控制模块。

进一步地，减速齿轮箱可为普通的齿轮箱，也可以是行星减速齿轮箱。

进一步地，所述钢链加强组件可为不锈钢材料。

进一步地，当火焰对高温履带组件中的履带烧灼甚至融化后，此时钢链加强组件开始与所述驱动轮、从动轮、托带轮和承重轮接触，并且所述张紧元件继续张紧从动轮，使得侦察机器人通过钢链加强组件缓慢行走，直至机器人脱离险境。

进一步地，上述中的承重轮个数并不局限于当前的数量，可根据实际需要增加或减少。

进一步地，上述中的减震阻尼元件和减震摆臂板的个数并不局限于当前的数量，可根据实际需要增加或减少。

进一步地，上述中的防爆型侦察机器人移动平台、防爆型环境参数采集机构、防爆型红外数据采集机构、防爆型摄像机构均具备一定的防护能力，包括防爆等级和防水等级，且防爆级别至少为EXd(ib)IIB T4 Gb，防水等级至少为IP66。

本发明具有以下有益效果：本发明的防爆型侦察机器人在经过左右高度不同的障碍物时不会发生掉履带，更不会侧翻；遇到高温火焰对自身本体或履带烧灼时仍能安全行进；通过通讯协议及控制机制，实现目标驱动下的底盘控制算法，解决了移动底盘与上装控制器的资源占用过多而导致的机器人运动响应速度和控制精度难题；提高了侦察机器人在复杂、恶劣甚至高危环境中的运动性能、安全性和适用性，提高了侦察机器人的生存几率，可代替工作人员进入放射性、高温、易燃易爆、有毒、缺氧、浓烟等危险灾害事故现场进行侦察、数据采集甚至救援等，有效解决工作人员在上述场所面临的人身安全、数据信息采集不足等问题。

附图说明

图1是本发明防爆型侦察机器人整体立体结构示意图。

图2是本发明防爆型侦察机器人整体主视结构示意图。

图3是本发明防爆型侦察机器人整体左视结构示意图。

图4是本发明防爆型侦察机器人整体右视结构示意图。

图5是本发明侦察机器人整体俯视结构示意图。

图6是本发明侦察机器人去除上装后的立体结构示意图。

图7是本发明侦察机器人去除上装后的俯视结构示意图。

图8是本发明侦察机器人去除上装后的主视结构示意图。

图9是本发明侦察机器人去除上装后的左视结构示意图。

图10是本发明侦察机器人的上位机控制台立体结构示意图。

图11是本发明侦察机器人的上位机控制台俯视结构示意图。

图12是本发明侦察机器人的动力驱动输出组件俯视结构示意图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案做进一步描述，但是本发明的保护范围并不限于这些实施例。凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。

如图1-12所示，一种防爆型侦察机器人，包括防爆型侦察机器人移动平台1、防爆型环境参数采集机构2、防爆型红外数据采集机构3、防爆型摄像机构4和上位机控制台5，所述防爆型环境参数采集机构2、防爆型红外数据采集机构3、防爆型摄像机构4均固定安装在防爆型侦察机器人移动平台1上，上位机控制台5为单独的控制系统，设置在远离恶劣复杂场所，通过无线连接与防爆型侦察机器人进行信息交互。防爆型侦察机器人移动平台1带动整套防爆侦察机器人行进并进行信息融合和对其它设备的控制等；而且还是其它上装设备的移动载体。防爆型环境参数采集机构2实现对周围环境中各类参数的采集，还包括实现对车体前后方图像视频的采集。防爆型红外数据采集机构3实现对车体四周红外成像情况和红外影像的采集。防爆型摄像机构4对车体前方及车体两侧的环境进行图像视频采集。上位机控制台5主要实现对侦察机器人的操控并实现现场参数的实时显示等功能。

如图3、4、7、8所示，所述防爆型侦察机器人移动平台1包括侦察机器人壳体11、动力驱动输出组件12、悬挂减震组件13、高温履带组件14、平衡整定组件15、控制驱动组件16、能源供给组件17、天线组件18、传感组件19。

所述侦察机器人壳体11外形为不规则长方体结构，是防爆型侦察机器人移动平台1上各类组件安装的载体平台，内部为腔体构造，内部设置动力驱动输出组件12、平衡整定组件15，整体采用隔爆型结构实现，具体为：侦察机器人壳体11包括周围壳体和上盖板，还包括周围壳体后端两侧的动力输出孔，其中周围壳体和上盖板、壳体上的动力输出孔均采用隔爆密封实现与外界气体等的隔离。

如图12所示，动力驱动输出组件12包括伺服驱动电机121、编码器122、减速齿轮箱123，伺服驱动电机121为两套，伺服驱动电机121的转轴与减速齿轮箱123连接并固定在侦察机器人壳体11内部的后侧，左右对称放置，伺服驱动电机121为整套防爆型侦察机器人移动平台1运动的来源，通过控制驱动组件16中的驱动器164实现驱动正反转，实现对驱动轮131的正反转控制，进而实现带动防爆型侦察机器人移动平台1前进、后退、转弯等功能。编码器122安装在伺服驱动电机121的转轴后端，用以测量伺服驱动电机121的转速，从而实现对伺服驱动电机121的闭环控制，增加对防爆型侦察机器人移动平台1控制的精度。减速齿轮箱123主要实现将伺服驱动电机121的转速降低并增加输出扭矩功能。减速齿轮箱123的动力输入端与伺服驱动电机121的转轴连接，其动力输出端为转轴，与悬挂减震组件13中的驱动轮131直连，减速齿轮箱123的动力输出端上的转轴穿过上述侦察机器人壳体11两侧的动力输出孔。

上述动力驱动输出组件12的整体工作过程或效果为：所述控制驱动组件16中的驱动器164驱动伺服驱动电机121转动，带动减速齿轮箱123内部齿轮啮合转动，最终将动力传输至悬挂减震组件13上的驱动轮131上，实现对防爆型侦察机器人移动平台1的运动驱动；在此过程中，编码器122实时检测伺服驱动电机121转速，通过控制算法形成对伺服驱动电机121的闭环控制，增加控制精准度。

如图8所示，悬挂减震组件13包括驱动轮131、从动轮132、托带轮133、承重轮134、减震摆臂板135、减震阻尼元件136、张紧元件137、悬挂减震本体138。

驱动轮131为主动轮组，设置在侦察机器人壳体11后端，数量为两个，左右对称设置，与减速齿轮箱123的动力输出轴直连，给高温履带组件14提供运动动力。通过动力输出传动直连，可大大提高电机的传动效率，提升移动底盘的整体机动性能。

从动轮132数量为四个，大小与所述驱动轮131相似，分两组，每组中的两个并排设置，两组左右对称设置，架设在悬挂减震本体138两侧，从动轮132的转轴安装在悬挂减震本体138上并且与张紧元件137连接；从动轮132的转动主要依靠高温履带组件14驱动。

托带轮133直径小于驱动轮131和从动轮132，数量为十六个共八组，每组中的两个并排设置，左右共六组且对称设置，安装在悬挂减震本体138的最上端，实现对履带的导向拖动功能。另外两组托带轮133安装在最前端减震摆臂板135的中下侧，主要作用有：提高托带轮133对履带的拖动归位功能，防止掉履带问题；提高履带底盘的通过性，尤其是越障能力，放置越障时障碍物对最前端减震摆臂板的卡壳现象。

承重轮134直径比托带轮133稍大、比驱动轮131稍小，数量为二十八个，共十四组，左右各七组对称设置，通过转轴分别安装在减震摆臂板135的最下端，其中，每组左侧的承重轮134与履带141的左侧内沿接触，右侧的承重轮134与履带141的右侧内沿接触。

减震摆臂板135呈长条薄板状，数量与承重轮134个数一致，共二十八片，分为十四组，左右各七组对称设置，上端通过转轴连接在悬挂减震本体138横梁上，减震摆臂板135中间与减震阻尼元件136下端连接，减震摆臂板135最下端与承重轮134连接，所述减震摆臂板135与悬挂减震本体138和减震阻尼元件136形成杠杆结构，当遇到冲击震动时，承重轮134可绕减震摆臂板135上端的转轴旋转，并压缩减震阻尼元件136，从而吸收由于障碍物产生的冲击和震动。减震摆臂板135的倾斜角度均呈现与移动底盘前进方向夹角为钝角方向排列，当移动底盘遇到凸起障碍物时，最前侧减震摆臂板135上的承重轮134会受力，进而压缩减震阻尼元件136，实现最前侧减震摆臂板135的顺向形变和受力；若凸起障碍物较大，此时第二根、第三根……减震摆臂板135依次受力发生形变，实现减震摆臂板135的顺向位移变化，保证移动底盘整体的平稳性和通过性，减少甚至消除外界的震动，实现越障和爬坡功能，保证底盘上部消防、救援或信息采集设备的安全稳定性。

减震阻尼元件136为弹性阻尼元件，共十四个分为两组，每组七个设置在左右两个悬挂减震本体138内，减震阻尼元件136的上端通过转轴驱动在悬挂减震本体138上，下端通过转轴固定在各自对应的减震摆臂板135上。

张紧元件137为直线导轨配合张紧弹簧组成的套件，安装在悬挂减震本体138内部的前端，张紧元件137与从动轮132的转轴接触，通过张紧弹簧的左右，使从动轮132始终向外扩张压缩高温履带组件14，从而保证履带的张紧程度，减少或避免掉履带。

悬挂减震本体138为长条片状结构，共四片，两片为一组，每组中的两片悬挂减震本体138安装在侦察机器人壳体11的一侧，悬挂减震本体138通过减速齿轮箱123、转轴结构与侦察机器人壳体11连接为一个整体，且悬挂减震本体138的内部安装有驱动轮131、从动轮132、托带轮133、减震摆臂板135、减震阻尼元件136和张紧元件137，为悬挂减震组件13的载体平台。

上述悬挂减震组件13的整体效果为：驱动轮131主要实现对高温履带组件14的动力驱动；从动轮132和托带轮133主要实现对高温履带组件14的拖动和导向功能，防止高温履带组件14偏离运动轨道；承重轮134主要实现对整套防爆型侦察机器人移动平台1复合的承载，并配合减震阻尼元件136实现越障、爬坡和对震动的消除；所述减震阻尼元件136主要将因外界的震动及压力通过减震摆臂板135进行减少甚至消除；所述张紧元件137主要实现将从动轮132始终向外扩张压缩高温履带组件14，从而保证履带的张紧程度，减少或避免掉履带；而悬挂减震本体138则为悬挂减震组件13的载体平台。

如图8所示，高温履带组件14包括履带141、钢链加强组件142，履带141为高效减震防滑抓地履带，包括弹性履带主体、芯骨架、加强防滑条、加强防滑块，分布在由驱动轮131、从动轮132、托带轮133和承重轮134组成的不规则环形主体外侧，履带141的内沿与驱动轮131、从动轮132、托带轮133和承重轮134接触，并且履带在其之间滚动铺设，带动防爆型侦察机器人移动平台1运动。钢链加强组件142为多个链状结构，材质为不锈钢，宽度稍窄于履带141的宽度，每个链状结构通过轴连接，形成闭合的椭圆链状环，嵌套在履带141中间，作用主要有两个：增强履带本体的强度和耐磨度，防止侦察机器人在负载大载荷下爬楼、越障时发生履带撕裂问题，增加履带本体的耐磨度和抗拉升性。当侦察机器人进入火场时，防止因高温和火焰对履带灼伤而导致橡胶融化，侦察机器人无法撤退自保问题。

上述高温履带组件14的整体工作效果为：在正常情况下，履带141可实现对防爆型侦察机器人移动平台1的驱动运动效果，同时履带141内的钢链加强组件142可实现增强履带抗拉性和抗磨性等效果；而当遇到紧急情况，例如当侦察机器人的履带因为高温或火焰发生变形甚至烧灼时，此时履带141内的钢链加强组件142开始发挥作用，代替履带141完成对防爆型侦察机器人移动平台1的驱动运动功能。

如图7所示，平衡整定组件15包括横向调节组件151、滑动平台152，横向调节组件151为横向放置的直线滑台，包含滑台主体、驱动电机、滑块，通过控制驱动电机控制滑块在滑台主体上位移，横向调节组件151安装在侦察机器人壳体11内腔的前端处，横向布置；滑动平台152为方形平板结构，安装在横向调节组件151的滑块上，滑动平台152上端固定有大功率锂电池171。

上述平衡整定组件15整体工作效果为：横向调节组件151可实现对滑动平台152的横向调节，由于滑动平台152上端固定有大功率锂电池171，从而平衡整定组件15可实现对重量较大的大功率锂电池171进行横向位置调节，最终可实现对整套防爆型侦察机器人移动平台1的重心位置左右调节，以使防爆型侦察机器人移动平台1可更高效的越障和经过“单边桥”而不侧翻等行为。

如图7所示，控制驱动组件16包括控制器161、无线视频发射模块162、无线数传模块163、驱动器164、箱体165，控制器161为防爆型侦察机器人移动平台1的“大脑”，控制器161与无线视频传输模块162、无线传输模块163、驱动器164连接，另外控制器161还与能源供给组件17连接，实现能量供给功能。所述控制器161主要功能如下：

1)控制无线传输模块163接收来自上位机控制台5中的指令并进行解码、分析；根据接收的指令发送控制命令，驱动防爆型侦察机器人移动平台1运动；

2)控制无线数传模块163将防爆型侦察机器人移动平台1等相关参数传输至无线传输模块543上；

3)控制无线视频发射模块162将采集的图像、视频信息传输至上位机控制台5上；

4)控制防爆型环境参数采集机构2工作，实现对现场环境参数的采集功能；

5)控制防爆型红外数据采集机构3工作，实现对现场红外图像或视频的采集功能；

6)控制防爆型摄像机构4工作，实现对车体前方图像和视频的采集功能；

无线视频发射模块162为无线视频发射设备，安装在箱体165内，与火灾探察摄像机410连接，可将所述防爆型红外数据采集机构3和防爆型摄像机构4采集的图像、视频信息发送，还与车载视频传输天线182连接，以确保发射信号功率足够，保证信息传输距离。

无线数传模块163为无线数传模块，主要用于数据、指令传输，与车载无线数传天线181连接，以保证传输信号与距离。所述无线数传模块163还可通过车载无线数传天线181接收来自无线传输模块543的控制指令。

驱动器164为电机驱动器，与伺服驱动电机121、平衡整定组件15中的横向调节组件151连接，实现相应电机驱动功能。

箱体165为控制器161、无线视频发射模块162、无线数传模块163、驱动器164的安装载体，箱体165安装固定在侦察机器人壳体11内。

控制驱动组件16整体的功能为：对整套的侦察机器人实现控制、信息融合、处理等功能，同时还可实现相关数据的传输功能等。

能源供给组件17为大功率锂电池171，主要为整套防爆型侦察机器人移动平台1提供电能，并且其为整套防爆型侦察机器人移动平台1的重心微调手段，安装固定在平衡整定组件15的滑动平台152上，大功率锂电池171连接控制器161和驱动器164为其提供能源。能源供给组件17的主要功能是为整套侦察机器人上的耗电元件提供能源。

如图4所示，天线组件18包括车载无线数传天线181、车载视频传输天线182，车载无线数传天线181为棒状天线，主要为了增加所述无线数传模块163发射和接收信息的强度，使得防爆型侦察机器人移动平台1在障碍物较多的场合也能接收到来自上位机控制台5的指令和将自身参数等发送至上位机控制台5上。所述车载无线数传天线181安装固定在所述侦察机器人壳体11的左后方。所述车载视频传输天线182亦为棒状天线，主要为了增加所述无线视频发射模块162发射距离，保证在障碍物较多的场合也能将火灾探察组件400采集的图像视频信息等发送至上位机控制台5上。所述车载视频传输天线182安装固定在所述侦察机器人壳体11的右后方。天线组件18的主要功能为增强发射信号并提高通讯能力。

如图4所示，传感组件19包括防爆照明灯191、防爆警灯192、防爆警笛193、红外和激光组合避障传感器194，防爆照明灯191安装在防爆型侦察机器人移动平台1的前方，防爆警灯192和防爆警笛193为一体结构，分别实现灯光警示和声音警示功能，安装在防爆型侦察机器人移动平台1两侧，红外和激光组合避障传感器194包括红外避障传感器和激光测距矩阵，安装在防爆型侦察机器人移动平台1的前端和后端，主要实现对车体前、后端的障碍物检测，实现机器人在复杂环境中的智能避障等功能。所述红外和激光组合避障传感器194为红外测距传感器和激光传感器的组合以实现测距的可靠性。防爆照明灯191、防爆警灯192、防爆警笛193、红外和激光组合避障传感器194均与控制器161连接。红外和激光组合避障传感器194将检测的机器人与障碍物的距离分别上传至控制器分析和控制使用。传感组件19的主要功能为：通过各类传感器件实现照明、警示、报警灯功能；同时通过红外和激光组合避障传感器实现侦察机器人的避障等功能。

如图2、4所示，所述防爆型环境参数采集机构2包括防爆摄像机21、防爆环境参数采集传感器22、防爆升降组件23。

所述防爆摄像机21安装在升降平台233的一侧，包括前置防爆摄像机211、后置防爆摄像机212，前置防爆摄像机211和后置防爆摄像机212均为普通的彩色CCD或CMOS摄像机，外壳采用隔爆型技术进行处理，可在高危恶劣换环境中使用。前置防爆摄像机211和后置防爆摄像机212前后对称设布置，前置防爆摄像机211可实现对车体前方的周围环境进行图像或视频采集，后置防爆摄像机212则可试下对车体后方的周围环境进行图像或和视频采集。前置防爆摄像机211和后置防爆摄像机212均与控制器161连接实现图像或视频采集动作的启动与停止，同时还与所述无线视频发射模块162连接，将采集的图像或视频信息的无线发送。所述防爆摄像机21外部装有方形防护外壳，实现对防爆摄像机21的机械防护。所述防爆摄像机21的整体功能为：实现对防爆型侦察机器人移动平台1车体前后方的图像和视频信息采集。

防爆环境参数采集传感器22包括一氧化碳、硫化氢和氢气传感器，还可按需搭载其它各类环境参数传感器，主要实现对火灾现场的有毒气体等进行检测，防爆环境参数采集传感器22安装设置在升降平台233另外一侧，与防爆摄像机21的安装位置对称，防爆环境参数采集传感器22与控制器161连接，并将检测的危险气体数据上传供其分析使用。防爆环境参数采集传感器22外部装有方形防护外壳，外壳前后设置有通孔，实现对防爆环境参数采集传感器22的机械防护，同时防止外部异物进入传感器内部影响测量精度。所述防爆环境参数采集传感器22的整体功能为：通过配置不同的传感器类别，实现对防爆型侦察机器人移动平台1车体所在位置处环境中气体相关采参数的检测。

如图2、4所示，防爆升降组件23包括防爆升降电机231、升降推杆232、升降平台233、拖链234、拖链走线筒235、升降组件外壳236。防爆升降电机231为隔爆型电机，安装在防爆升降组件23的最底侧，防爆升降电机231的输出轴与升降推杆232连接并提供动力来带动升降推杆232上下移动，防爆升降电机231还与口控制器161连接并受其电气信号控制。

升降推杆232为长柱形实体，长度与升降组件外壳236高度一致，升降推杆232位于升降组件外壳236内部，升降推杆232的下端与防爆升降电机231输出轴连接，内部通过传动机构实现转动与上下移动动作的转换，上端与升降平台233连接。

升降平台233为平板结构，升降平台233上安装防爆摄像机21和防爆环境参数采集传感器22，升降平台233的下端安装固定在升降推杆232的上端，可在所述升降推杆232带动下实现上下移动。

拖链234为普通拖链，内部设置有防爆摄像机21和防爆环境参数采集传感器22的电气连接线，拖链234安装设置在拖链走线筒235内，结构为双层复合结构，工作效果为：所述防爆摄像机21和防爆环境参数采集传感器22带动各自电气连接线上下移动时，可通过复合的拖链234实现上下移动而不会产生电气连接线缠绕等问题。所述拖链234的作用主要有：防止防爆摄像机21和防爆环境参数采集传感器22中的电气连接线发生缠绕；可实现所述防爆摄像机21、防爆环境参数采集传感器22和升降平台233的上下移动并保证线材够用而不发生冗余外露问题。

拖链走线筒235为空心方形筒结构，内部空心结构主要用以盛放所述拖链234。拖链走线筒235的高度与升降推杆232或升降组件外壳236一致，拖链走线筒235安装固定在升降组件外壳236的一侧。

升降组件外壳236为空心方形筒结构，外形与所述拖链走线筒235类似，外形比拖链走线筒235稍大，内部设置防爆升降电机231与升降推杆232，升降组件外壳236安装固定在防爆型侦察机器人移动平台1的车体上端中心偏后位置处。

防爆升降组件23的整体工作效果为：所述防爆升降电机231受控制器161控制指令的作用进行正反转动作，进而带动升降推杆232上下移动，带动升降推杆232上端的升降平台233、以及升降平台233上端的防爆摄像机21和防爆环境参数采集传感器22上下移动，实现相关图像视频采集和环境参数的采集。此处之所以使用防爆升降组件23实现采集组件(防爆摄像机21和防爆环境参数采集传感器22)的上下位置变换的原因为：由于不同气体的密度不同，在复杂恶劣环境中，不同高度位置上的气体浓度会产生分层现象，使用防爆升降组件23则可实现对不同高度上的气体参数进行检测，满足不同高度气体检测的要求。另外，当侦察机器人在现场运动或采集前后环境图像或视频资料时，可能会因前后障碍物等因素而发生遮挡现象，通过采用高度可变的防爆升降组件23则可实现对不同高度上图像或视频信息的采集，满足复杂和恶劣环境现场采集的需求。

防爆型环境参数采集机构2的整体工作过程或效果为：防爆摄像机21可采集所述防爆型侦察机器人移动平台1车体前方和后方的图像或视频信息，防爆环境参数采集传感器22则可采集该点空气中的气体浓度参数；在所述防爆摄像机21或防爆环境参数采集传感器22工作过程中，防爆升降组件23可实现对防爆摄像机21或防爆环境参数采集传感器22的位置升降，从而采集不同高度的环境参数信息。

如图2、3所示，所述防爆型红外数据采集机构3包括防爆回转组件31、红外图像采集组件32。

所述防爆回转组件31包括水平旋转组件311、垂直旋转组件312，水平旋转组件311包括水平旋转防爆电机311-A、水平旋转传动组件311-B和水平回转壳体311-C，水平旋转防爆电机311-A为隔爆型电机，安装在水平回转壳体311-C内部下端，且与侦察机器人壳体11上端面连接固定。水平旋转传动组件311-B为齿轮传动机构，分别连接水平旋转防爆电机311-A和水平回转壳体311-C，可将水平旋转防爆电机311-A的动力输出转换为水平回转壳体311-C的转动。水平回转壳体311-C为圆柱形腔体结构，内部设置有水平旋转防爆电机311-A和水平旋转传动组件311-B，位于侦察机器人壳体11上端面处，水平回转壳体311-C的上端还连接固定有垂直旋转组件312中的垂直回转壳体312-C，通过其自身的水平旋转，从而带动所述垂直回转壳体312-C的回转。水平旋转组件311的整体工作效果为：水平旋转防爆电机311-A受所述控制器161的控制指令作用进行正反转，通过带动水平旋转传动组件311-B从而实现水平回转壳体311-C的水平旋转运动，最终可实现带动所述垂直旋转组件312的水平回转运动的功能。

垂直旋转组件312包括垂直旋转防爆电机312-A、垂直旋转传动组件312-B和垂直回转壳体312-C，垂直旋转防爆电机312为隔爆型电机，安装在垂直回转壳体312-C内部。垂直旋转传动组件312-B为齿轮传动机构，分别连接垂直旋转防爆电机312-A和垂直回转壳体312-C，可将垂直旋转防爆电机312-A的动力输出转换为所述垂直回转壳体312-C的转动。垂直回转壳体312-C为圆柱形腔体结构，内部设置有垂直旋转防爆电机312-A和垂直旋转传动组件312-B，安装于水平旋转组件311中的水平回转壳体311-C上端，垂直回转壳体312-C的两端还连接固定有平台，平台上安装固定红外图像采集组件32；垂直旋转组件312中的垂直回转壳体312-C通过其自身的垂向旋转，从而带动所述红外图像采集组件32的垂直回转。垂直旋转组件312的整体工作效果为：垂直旋转防爆电机312-A受所述控制器161的控制指令作用进行正反转，通过带动垂直旋转传动组件312-B从而实现垂直回转壳体314的垂向旋转运动，最终可实现带动所述红外图像采集组件32的垂向回转功能。

防爆回转组件31的整体工作效果为：控制器161控制所述水平旋转组件311进行水平回转运动，同时也控制所述垂直旋转组件312进行垂向运动；由于所述水平旋转组件311和所述垂直旋转组件312安装位置关联，故可实现垂直旋转组件312的水平和垂向二维空间运动，从而可带动所述垂直旋转组件312的先关组件实现空间二维观测。

红外图像采集组件32包括防爆红外热成像仪321、防爆红外摄像机322，防爆红外热成像仪321外形为圆柱形，将红外热成像仪进行隔爆处理使其适合各类易燃易爆等场合，防爆红外热成像仪321安装在垂直旋转组件312中的垂直回转壳体312-C一侧，防爆红外热成像仪321与控制器161连接并受其启动和停止等信号的控制作用，防爆红外热成像仪321还与无线视频发射模块162连接，将采集的图像或视频信息的无线发送。防爆红外热成像仪321主要实现对车体周围环境的热量分布成像，具体功能为：不仅可探测出车体周围环境的温度分布情况，从而将温度分布情况上传至上位机控制台5供工作人员分析和决策。而且，所述防爆红外热成像仪321还可实现对火场中生命探测功能，通过感应人体所发出超低频电波产生的电场(由心脏产生)来找到生还者的位置。

防爆红外摄像机322外形亦为圆柱形，通过将防爆红外摄像机进行隔爆处理使其适合各类易燃易爆等场合，防爆红外摄像机322安装在垂直旋转组件312中的垂直回转壳体312-C另一侧，与防爆红外热成像仪321的安装位置对称，防爆红外摄像机322与控制器161连接并受其启动和停止等信号的控制作用；同时，防爆红外摄像机322还与无线视频发射模块162连接，将采集的图像或视频信息的无线发送。防爆红外摄像机322主要实现对车体周围的红外图像或视频的捕获功能，并可将所采集的视频图像信息上传至所述上位机控制台5供工作人员分析车体当前周围的环境状况并作出进一步侦察或救援等决策。

红外图像采集组件32的整体工作效果为：通过所述防爆红外热成像仪321和防爆红外摄像机322对车体周围环境的红外热成像分布图或图像视频信息的观测采集。

防爆型红外数据采集机构3的整体工作效果位：所述防爆回转组件31通过接收来自控制器161控制信号实现对其上的红外图像采集组件32进行空间回转观测功能，从而灵活的实现对侦察机器人周围的环境状态进行空间观测，便于后续侦察决策。防爆回转组件31主要为提高侦察机器人灵活的观察能力提供平台，而红外图像采集组件32则可实现对车体周围环境的红外热成像分布图或图像视频信息的观测采集功能。

如图3所示，所述防爆型摄像机构4为普通的彩色CCD或CMOS摄像机，包括防爆示宽摄像机41和固定支架42。所述防爆示宽摄像机41安装在侦察机器人壳体11的前方位置处，防爆示宽摄像机41工作后两侧的视角可覆盖所述所述侦察机器人壳体11的最前端两侧，以方便工作人员通过所述防爆示宽摄像机41采集的图像或视频信息确定侦察机器人在空间中的位置或确定侦察机器人与空间中障碍物或特定目标的大致距离。防爆示宽摄像机41外壳采用隔爆型技术进行处理，可在高危恶劣换环境中使用。防爆示宽摄像机41与控制器161连接实现图像或视频采集动作的启动与停止，同时还与所述无线视频发射模块162连接，将采集的图像或视频信息的无线发送。防爆示宽摄像机41通过固定支架42连接固定于侦察机器人壳体11上。

防爆型摄像机构4的整体功能为：实现对防爆型侦察机器人移动平台1车体前方的图像和视频信息采集，并实现简单的判断侦察机器人在空间中的位置或与空间中障碍物或特定目标的大致距离，起到示宽示远功能。

如图10、11所示，所述上位机控制台5包括操纵控制台本体51、控制摇杆组件52、显示组件53、控制模块54、供电模块55。所述操纵控制台本体51为方形可开启的控制箱，分为上半部分和下半部分，上半部分设置有显示组件53，下半部分设置有遥控摇杆52、无线天线54、控制模块54和供电模块55。操纵控制台本体51的主要功能是作为上位机控制台5的操作平台，起到载体和移动的作用。控制摇杆组件52包括防爆型侦察机器人移动平台控制摇杆、防爆型环境参数采集机构控制摇杆、防爆型摄像机构控制摇杆，主要实现对侦察机器人等运动控制或相关执行机构的操控。控制摇杆组件52与控制模块54连接实现信号的发送等。通过工作人员操纵各类摇杆可实现对侦察机器人及各类传感组件等的控制。显示组件53为高清显示器，固定在操纵控制台本体51的上半部分内，将接收的图像或视频信息实时显示，供操作人员分析、决策并控制侦察机器人或其上的各类执行机构。

控制模块54包括主控模块541、视频接收模块542、无线传输模块543，主控模块541为上位机控制台5的控制核心，与控制摇杆组件52、显示组件53和供电模块55连接，主控模块541安装固定在操纵控制台本体51内，主要功能如下：主控模块541可接收来自侦察机器人上防爆型环境参数采集机构2中防爆摄像机21和防爆型红外数据采集机构3中的红外图像采集组件32采集的各类图像、视频及环境参数信息并实时显示；主控模块541可接收来自侦察机器人上防爆型环境参数采集机构2中防爆环境参数采集传感器22采集的各类环境参数信息并实时显示；可将工作人员发送的指令通过无线模块543发送至所述无线数传模块163，从而实现对侦察机器人或其上的各类执行机构的控制。视频接收模块542为无线视频接收设备，安装在操纵控制台本体51内，与图像视频显示组件231连接，可接受来自无线视频发射模块162的图像、视频等信息并通过图像视频显示组件231进行实时显示。无线传输模块543为无线数传模块，主要用于数据、指令传输，与主控模块541连接，无线传输模块543还可向无线数传模块163发送控制指令从而控制所述防爆型侦察机器人移动平台1及其上装设备实现相应动作或功能。当然，所述无线传输模块543还可接收来自无线数传模块163发送的防爆型侦察机器人移动平台1环境参数信息等。控制模块54的工作效果为：通过主控模块541实现对上位机控制台5上各类电气模块的控制，例如对视频接收模块542和无线传输模块543控制以实现图像、视频及数据参数的发送和接受功能。

供电模块55为锂电池，安装在操纵控制台本体51内，连接显示组件53、控制模块54。供电模块55主要功能是为整套的上位机控制台5内的耗电组件提供电力支撑，保证工人人员在移动上位机控制台5时仍可进行监控。

上位机控制台5的整体工作效果为：操纵控制台本体51作为侦察机器人远程遥控的平台，内嵌各类控制摇杆组件52、显示组件53、控制模块54、供电模块55，工作人员可通过控制摇杆组件52实现对侦察机器人及上部的各类传感器等的控制，通过显示组件53显示侦查机器人采集的各类图像、视频及参数等信息，控制模块54则可实现对各类数据的接收、显示、分析和处理等，整套上位机控制台5则可通过供电模块55实现长时间室外供电。

本发明专利不仅公开了一种防爆型侦察机器人，而且还包括相应的工作方法，具体步骤如下。需要说明的是，在上述过程中，已经对本发明的技术方案作了详尽阐述，包括每个组件或模块的连接关系、工作方式乃至工作过过程和效果，下面仅对防爆侦察机器人的整体工作流程或大致功能实现做简单阐述。

(1)防爆侦察机器人运动控制及组合避障步骤：

1)工作人员在上位机控制台5上发出控制指令，控制模块54通过无线模块将指令发送至控制驱动组件16；

2)控制驱动组件16将指令解码、分析并发出控制信号至动力驱动输出组件12，驱动高温履带组件14运动，从而驱动侦察机器人壳体11前进、后退和转弯；

3)在侦察机器人行进过程中，控制驱动组件16通过红外和激光组合避障传感器194对车体前、后端的障碍物检测，实现机器人在复杂环境中的智能避障和信息融合等功能；

4)侦察机器人行进过程中，控制驱动组件16通过启动防爆型摄像机构4，对防爆型侦察机器人移动平台1车体前方的图像和视频信息采集，并粗略判断侦察机器人在空间中的位置或与空间中障碍物或特定目标的大致距离，起到示宽示远功能，采集的图像、视频信息通过上位机控制台5显示；

(2)防爆侦察机器人环境参数采集及回传步骤：

1)工作人员在上位机控制台5发出参数采集指令，控制模块54将指令发送至控制驱动组件16；

2)控制驱动组件16将指令解码、分析并发出控制信号启动或停止防爆型环境参数采集机构2中的防爆环境参数采集传感器22，对侦察机器人周围环境参数进行采集；

3)在参数采集过程中，控制驱动组件16发出控制信号控制防爆型环境参数采集机构2中的防爆升降组件23进行升降位置变换，配合防爆环境参数采集传感器22对不同高度处的环境进行信息采集；

4)控制驱动组件16将上述采集的各类环境参数信息通过无线数传模块163以无线方式传输至无线传输模块543上，并通过控制模块54解析后在显示组件53上显示，并供工作人员查看、分析和决策；

(3)侦察机器人现场图像、视频采集及回传步骤：

1)工作人员在上位机控制台5发出图像或视频采集指令，控制模块54将指令发送至控制驱动组件16；

2)控制驱动组件16发出指令控制并启动红外图像采集组件32中的防爆红外热成像仪321和防爆红外摄像机322，对侦察机器人周围的环境的热量分布成像和红外图像或视频进行采集；

3)在图像或视频采集过程中，控制驱动组件16发出控制信号控制防爆型红外数据采集机构3中的防爆回转组件31动作，对其中的水平旋转组件311、垂直旋转组件312进行水平和垂向回转功能，带动防爆红外热成像仪321和防爆红外摄像机322对车体周围三维空间内的信息进行采集；

4)在图像或视频采集过程中，控制驱动组件16将上述采集的各类环境参数信息通过无线视频发射模块162发送至视频接收模块542上，并最终在上位机控制台5上的后在显示组件53上显示，并供工作人员查看、分析和决策；

(4)侦察机器人越障通过“单边桥”重心调节步骤：

1)通过“左单边桥”：防爆侦察机器人控制驱动组件16控制平衡整定组件15中的横向调节组件151带动大功率锂电池171左移，使侦察机器人的重心左移，保证机器人通过左侧单边桥时的稳定性；

2)通过“右单边桥”：防爆侦察机器人控制驱动组件16控制平衡整定组件15中的横向调节组件151带动大功率锂电池171右移，使侦察机器人的重心右移，保证机器人通过右侧单边桥时的稳定性。

本发明不局限于上述实施方式，任何人应得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (9)

1.一种防爆型侦察机器人，其特征在于，包括防爆型侦察机器人移动平台、防爆型环境参数采集机构、防爆型红外数据采集机构、防爆型摄像机构和上位机控制台，所述防爆型环境参数采集机构、防爆型红外数据采集机构、防爆型摄像机构均固定安装在防爆型侦察机器人移动平台上，上位机控制台为单独的控制系统，设置在远离恶劣复杂场所，通过无线连接与防爆型侦察机器人进行信息交互；所述防爆型侦察机器人移动平台包括侦察机器人壳体、动力驱动输出组件、悬挂减震组件、高温履带组件、平衡整定组件、控制驱动组件、能源供给组件、天线组件、传感组件；所述防爆型环境参数采集机构包括防爆摄像机、防爆环境参数采集传感器、防爆升降组件；所述防爆型红外数据采集机构包括防爆回转组件、红外图像采集组件；所述防爆型摄像机构包括防爆示宽摄像机和固定支架；所述上位机控制台包括操纵控制台本体、控制摇杆组件、显示组件、控制模块、供电模块；

所述高温履带组件包括履带、钢链加强组件，履带为高效减震防滑抓地履带，包括弹性履带主体、芯骨架、加强防滑条、加强防滑块，分布在由驱动轮、从动轮、托带轮和承重轮组成的不规则环形主体外侧，履带的内沿与驱动轮、从动轮、托带轮和承重轮接触，并且履带在其之间滚动铺设，带动防爆型侦察机器人移动平台运动；

钢链加强组件为多个链状结构，材质为不锈钢，宽度稍窄于履带的宽度，每个链状结构通过轴连接，形成闭合的椭圆链状环，嵌套在履带中间；

平衡整定组件包括横向调节组件、滑动平台，横向调节组件为横向放置的直线滑台，包含滑台主体、驱动电机、滑块，通过控制驱动电机控制滑块在滑台主体上位移，横向调节组件安装在侦察机器人壳体内腔的前端处，横向布置；

滑动平台为方形平板结构，安装在横向调节组件的滑块上，滑动平台上端固定有大功率锂电池；

控制驱动组件包括控制器、无线视频发射模块、无线数传模块、驱动器、箱体，控制器与无线视频传输模块、无线传输模块、驱动器连接，另外控制器还与能源供给组件连接；无线视频发射模块为无线视频发射设备，安装在箱体内，与火灾探察摄像机连接，还与车载视频传输天线连接；无线数传模块为无线数传模块，与车载无线数传天线连接；驱动器为电机驱动器，与伺服驱动电机、平衡整定组件中的横向调节组件连接；箱体为控制器、无线视频发射模块、无线数传模块、驱动器的安装载体，箱体安装固定在侦察机器人壳体内；

能源供给组件为大功率锂电池，安装固定在平衡整定组件的滑动平台上，大功率锂电池连接控制器和驱动器，

天线组件包括车载无线数传天线、车载视频传输天线，车载无线数传天线为棒状天线，安装固定在侦察机器人壳体的左后方；车载视频传输天线亦为棒状天线，安装固定在侦察机器人壳体的右后方；

传感组件包括防爆照明灯、防爆警灯、防爆警笛、红外和激光组合避障传感器，防爆照明灯安装在防爆型侦察机器人移动平台的前方，防爆警灯和防爆警笛为一体结构，安装在防爆型侦察机器人移动平台两侧，红外和激光组合避障传感器包括红外避障传感器和激光测距矩阵，安装在防爆型侦察机器人移动平台的前端和后端，防爆照明灯、防爆警灯、防爆警笛、红外和激光组合避障传感器均与控制器连接。

2.如权利要求1所述的防爆型侦察机器人，其特征在于，所述侦察机器人壳体外形为不规则长方体结构，是防爆型侦察机器人移动平台上各类组件安装的载体平台，内部设置动力驱动输出组件、平衡整定组件，侦察机器人壳体包括周围壳体和上盖板，还包括周围壳体后端两侧的动力输出孔，其中周围壳体和上盖板、壳体上的动力输出孔均采用隔爆密封实现与外界气体等的隔离；

动力驱动输出组件包括伺服驱动电机、编码器、减速齿轮箱，伺服驱动电机为两套，伺服驱动电机的转轴与减速齿轮箱连接并固定在侦察机器人壳体内部的后侧，左右对称放置，编码器安装在伺服驱动电机的转轴后端，减速齿轮箱的动力输入端与伺服驱动电机的转轴连接，其动力输出端为转轴，与悬挂减震组件中的驱动轮直连，减速齿轮箱的动力输出端上的转轴穿过上述侦察机器人壳体两侧的动力输出孔。

3.如权利要求1所述的防爆型侦察机器人，其特征在于，所述悬挂减震组件包括驱动轮、从动轮、托带轮、承重轮、减震摆臂板、减震阻尼元件、张紧元件、悬挂减震本体；驱动轮为主动轮组，设置在侦察机器人壳体后端，数量为两个，左右对称设置，与减速齿轮箱的动力输出轴直连；

从动轮数量为四个，分两组，每组中的两个并排设置，两组左右对称设置，架设在悬挂减震本体两侧，从动轮的转轴安装在悬挂减震本体上并且与张紧元件连接；

托带轮直径小于驱动轮和从动轮，数量为十六个共八组，每组中的两个并排设置，左右共六组且对称设置，安装在悬挂减震本体的最上端，另外两组托带轮安装在最前端减震摆臂板的中下侧；

承重轮直径比托带轮大且比驱动轮小，数量为二十八个，共十四组，左右各七组对称设置，通过转轴分别安装在减震摆臂板的最下端，其中，每组左侧的承重轮与履带的左侧内沿接触，右侧的承重轮与履带的右侧内沿接触；

减震摆臂板呈长条薄板状，数量与承重轮个数一致，共二十八片，分为十四组，左右各七组对称设置，上端通过转轴连接在悬挂减震本体横梁上，减震摆臂板中间与减震阻尼元件下端连接，减震摆臂板最下端与承重轮连接，所述减震摆臂板与悬挂减震本体和减震阻尼元件形成杠杆结构，减震摆臂板的倾斜角度均呈现与移动底盘前进方向夹角为钝角方向排列；

减震阻尼元件为弹性阻尼元件，共十四个分为两组，每组七个设置在左右两个悬挂减震本体内，减震阻尼元件的上端通过转轴驱动在悬挂减震本体上，下端通过转轴固定在各自对应的减震摆臂板上；

张紧元件为直线导轨配合张紧弹簧组成的套件，安装在悬挂减震本体内部的前端，张紧元件与从动轮的转轴接触，通过张紧弹簧的左右，使从动轮始终向外扩张压缩高温履带组件；

悬挂减震本体为长条片状结构，共四片，两片为一组，每组中的两片悬挂减震本体安装在侦察机器人壳体的一侧，悬挂减震本体通过减速齿轮箱、转轴结构与侦察机器人壳体连接为一个整体，且悬挂减震本体的内部安装有驱动轮、从动轮、托带轮、减震摆臂板、减震阻尼元件和张紧元件，为悬挂减震组件的载体平台。

4.如权利要求1所述的防爆型侦察机器人，其特征在于，所述防爆摄像机安装在升降平台的一侧，包括前置防爆摄像机、后置防爆摄像机，前置防爆摄像机和后置防爆摄像机均为普通的彩色CCD或CMOS摄像机，前置防爆摄像机和后置防爆摄像机前后对称设布置，前置防爆摄像机和后置防爆摄像机均与控制器、无线视频发射模块连接，所述防爆摄像机外部装有方形防护外壳；

防爆环境参数采集传感器包括一氧化碳、硫化氢和氢气传感器，防爆环境参数采集传感器安装设置在升降平台另外一侧，与防爆摄像机的安装位置对称，防爆环境参数采集传感器与控制器连接，防爆环境参数采集传感器外部装有方形防护外壳，外壳前后设置有通孔；

防爆升降组件包括防爆升降电机、升降推杆、升降平台、拖链、拖链走线筒、升降组件外壳，防爆升降电机为隔爆型电机，安装在防爆升降组件的最底侧，防爆升降电机的输出轴与升降推杆连接，防爆升降电机还与口控制器连接；

升降推杆为长柱形实体，长度与升降组件外壳高度一致，升降推杆位于升降组件外壳内部，升降推杆的下端与防爆升降电机输出轴连接，上端与升降平台连接；

升降平台为平板结构，升降平台上安装防爆摄像机和防爆环境参数采集传感器，升降平台的下端安装固定在升降推杆的上端；

拖链内部设置有防爆摄像机和防爆环境参数采集传感器的电气连接线，拖链安装设置在拖链走线筒内，结构为双层复合结构；

拖链走线筒为空心方形筒结构，拖链走线筒的高度与升降推杆或升降组件外壳一致，拖链走线筒安装固定在升降组件外壳的一侧；

升降组件外壳为空心方形筒结构，外形比拖链走线筒稍大，内部设置防爆升降电机与升降推杆，升降组件外壳安装固定在防爆型侦察机器人移动平台的车体上端中心偏后位置处。

5.如权利要求1所述的防爆型侦察机器人，其特征在于，所述防爆回转组件包括水平旋转组件、垂直旋转组件，水平旋转组件包括水平旋转防爆电机、水平旋转传动组件和水平回转壳体，水平旋转防爆电机为隔爆型电机，安装在水平回转壳体内部下端，且与侦察机器人壳体上端面连接固定；水平旋转传动组件为齿轮传动机构，分别连接水平旋转防爆电机和水平回转壳体；水平回转壳体为圆柱形腔体结构，内部设置有水平旋转防爆电机和水平旋转传动组件，位于侦察机器人壳体上端面处，水平回转壳体的上端还连接固定有垂直旋转组件中的垂直回转壳体；

垂直旋转组件包括垂直旋转防爆电机、垂直旋转传动组件和垂直回转壳体，垂直旋转防爆电机为隔爆型电机，安装在垂直回转壳体内部，垂直旋转传动组件为齿轮传动机构，分别连接垂直旋转防爆电机和垂直回转壳体，垂直回转壳体为圆柱形腔体结构，内部设置有垂直旋转防爆电机和垂直旋转传动组件，安装于水平旋转组件中的水平回转壳体上端，垂直回转壳体的两端还连接固定有平台，平台上安装固定红外图像采集组件；

所述红外图像采集组件包括防爆红外热成像仪、防爆红外摄像机，防爆红外热成像仪外形为圆柱形，防爆红外热成像仪安装在垂直旋转组件中的垂直回转壳体一侧，防爆红外热成像仪与控制器、无线视频发射模块连接；

防爆红外摄像机外形亦为圆柱形，防爆红外摄像机安装在垂直旋转组件中的垂直回转壳体另一侧，与防爆红外热成像仪的安装位置对称，防爆红外摄像机与控制器、无线视频发射模块连接。

6.如权利要求1所述的防爆型侦察机器人，其特征在于，所述防爆示宽摄像机安装在侦察机器人壳体的前方位置处，防爆示宽摄像机与控制器、无线视频发射模块连接，防爆示宽摄像机通过固定支架连接固定于侦察机器人壳体上。

7.如权利要求1所述的防爆型侦察机器人，其特征在于，所述操纵控制台本体为方形可开启的控制箱，分为上半部分和下半部分，上半部分设置有显示组件，下半部分设置有遥控摇杆、无线天线、控制模块和供电模块，控制摇杆组件包括防爆型侦察机器人移动平台控制摇杆、防爆型环境参数采集机构控制摇杆、防爆型摄像机构控制摇杆，控制摇杆组件与控制模块连接，显示组件为高清显示器，固定在操纵控制台本体的上半部分内；控制模块包括主控模块、视频接收模块、无线传输模块，主控模块为上位机控制台的控制核心，与控制摇杆组件、显示组件和供电模块连接，主控模块安装固定在操纵控制台本体内，视频接收模块为无线视频接收设备，安装在操纵控制台本体内，与图像视频显示组件连接，无线传输模块为无线数传模块，与主控模块连接；供电模块为锂电池，安装在操纵控制台本体内，连接显示组件、控制模块。

8.如权利要求1所述的防爆型侦察机器人，其特征在于，所述防爆型侦察机器人移动平台、防爆型环境参数采集机构、防爆型红外数据采集机构、防爆型摄像机构的防爆等级至少为EXd (ib) IIB T4 Gb，防水等级至少为IP66。

9.一种防爆型侦察机器人的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）防爆侦察机器人运动控制及组合避障步骤：

1）工作人员在上位机控制台上发出控制指令，控制模块通过无线模块将指令发送至控制驱动组件；

2）控制驱动组件将指令解码、分析并发出控制信号至动力驱动输出组件，驱动高温履带组件运动，从而驱动侦察机器人壳体前进、后退和转弯；

3）在侦察机器人行进过程中，控制驱动组件通过红外和激光组合避障传感器对车体前、后端的障碍物检测；

4）侦察机器人行进过程中，控制驱动组件通过启动防爆型摄像机构，对防爆型侦察机器人移动平台车体前方的图像和视频信息采集，并粗略判断侦察机器人在空间中的位置或与空间中障碍物或特定目标的大致距离，起到示宽示远功能，采集的图像、视频信息通过上位机控制台显示；

（2）防爆侦察机器人环境参数采集及回传步骤：

1）工作人员在上位机控制台发出参数采集指令，控制模块将指令发送至控制驱动组件；

2）控制驱动组件将指令解码、分析并发出控制信号启动或停止防爆型环境参数采集机构中的防爆环境参数采集传感器，对侦察机器人周围环境参数进行采集；

3）在参数采集过程中，控制驱动组件发出控制信号控制防爆型环境参数采集机构中的防爆升降组件进行升降位置变换，配合防爆环境参数采集传感器对不同高度处的环境进行信息采集；

4）控制驱动组件将采集的各类环境参数信息通过无线数传模块以无线方式传输至无线传输模块上，并通过控制模块解析后在显示组件上显示，并供工作人员查看、分析和决策；

（3）侦察机器人现场图像、视频采集及回传步骤：

1）工作人员在上位机控制台发出图像或视频采集指令，控制模块将指令发送至控制驱动组件；

2）控制驱动组件发出指令控制并启动红外图像采集组件中的防爆红外热成像仪和防爆红外摄像机，对侦察机器人周围的环境的热量分布成像和红外图像或视频进行采集；

3）在图像或视频采集过程中，控制驱动组件发出控制信号控制防爆型红外数据采集机构中的防爆回转组件动作，对其中的水平旋转组件、垂直旋转组件进行水平和垂向回转功能，带动防爆红外热成像仪和防爆红外摄像机对车体周围三维空间内的信息进行采集；

4）在图像或视频采集过程中，控制驱动组件将采集的各类环境参数信息通过无线视频发射模块发送至视频接收模块上，并最终在上位机控制台上的后在显示组件上显示，并供工作人员查看、分析和决策；

（4）侦察机器人越障通过“单边桥”重心调节步骤：

1）通过“左单边桥”：防爆侦察机器人控制驱动组件控制平衡整定组件中的横向调节组件带动大功率锂电池左移，使侦察机器人的重心左移，保证机器人通过左侧单边桥时的稳定性；

2）通过“右单边桥”：防爆侦察机器人控制驱动组件控制平衡整定组件中的横向调节组件带动大功率锂电池右移，使侦察机器人的重心右移，保证机器人通过右侧单边桥时的稳定性。

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