CN109454645B - 一种刚柔混合式救援机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种刚柔混合式救援机器人，包括左横梁，左机械手指组，右横梁，右机械手指组；左机械手指组位于左横梁下方，右机械手指组位于右横梁下方，左右两个机械手指组相向交错排布。本发明为刚性与柔性相混合，具有可根据被救者不同的的姿势和位置来自适应调整形状的特性，且可以控制锁定与释放，有效保证了本发明的灵活性、安全性和复杂环境的适应性，通过驱动气囊的充放气实现对机械手指组形状的锁定与释放；并且外部为柔性，有效保证了与被救者接触时的舒适性，减少在抱起、移动、放下被救者过程中对被救者造成的二次伤害。

Description

一种刚柔混合式救援机器人

技术领域

本发明涉及一种救援机器人领域，特别是一种刚柔混合式救援机器人。

背景技术

救援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。救援机器人能代替救援人员进入易燃易爆、有毒、缺氧、浓烟等危险灾害事故现场进行数据采集、处理、反馈，有效地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。现场指挥人员可以根据其反馈结果，及时对灾情作出科学判断，并对灾害事故现场作出正确、合理的决策。尽管日、美、德等发达国家在救援机器人的研发方面取得了很大的成果，但是设计的机械手大都为刚性，只能通过拖拽衣服将被救人员拖上救援架，对被救者容易造成二次伤害；目前柔性救援机器人大多以探测为主，因其无法完成将被救援对象转移等大负载作业，所以在救援操作上存在困难。

目前，公开号为CN104667462A的发明专利公开了一种消防救援机器人，包括复合履带、机械手、机体及操纵控制台、信息采集器组、升降装置、步进电机、灭火救援装置等，其中，工作部分由机械手和救援装置构成，机械手由刚性材料制成。此发明中机械手采用步进电机控制，运动精准，工作稳定，机械手爪输出力大，但机械爪材料为刚性，与人体接触时容易造成二次伤害。

公开号为CN107891919A的发明专利公开了一种气压软轴联合驱动的软体救援机器人，包括软体管道、软轴、手柄和工具，该发明采用气压驱动实现对软体管道弯曲，避过障碍进入废墟内部，有效的避免了在工作过程中对被困人员或易倒塌废墟内部的碰撞，同时为软轴提供了唯一的固定通道，该发明采用软轴传递动力，软轴的末端可以安装多种救援工具，但是由于该救援机器人是由柔性材料制成，所以无法完成将被救援对象转移等大负载救援作业。

机械爪是组成机器人的重要部件，特别是在救援时，为避免对人造成二次伤害，要求机械爪的表面为柔性，整体刚度可控，可根据外界力变化进行适应性变形等一系列操作。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供种刚柔混合式救援机器人。本发明可根据外界力变化进行适应性变形、刚度可控、能够自锁、满足救援机器人要求。

为实现上述目的，本发明是根据以下技术方案实现的：

一种刚柔混合式救援机器人，其特征在于，包括：左横梁、左机械手指组、右横梁、右机械手指组；其中，所述左横梁的顶部与传统机器人末端通过法兰固定连接，所述左机械手指组位于左横梁下方，左机械手指组上端与左横梁下侧固定连接；所述右横梁的顶部与传统机器人末端通过法兰固定连接，所述右机械手指组位于右横梁下方，右机械手指组上端与右横梁下侧固定连接；所述左机械手指组和右机械手指组分别由5根和4根机械手指组成；每个机械手指包括保护气囊、锁紧装置、驱动气囊；所述保护气囊位于锁紧装置的外部，其两端分别与锁紧装置两端固定连接；所述驱动气囊位于锁紧装置的内部，其一侧与锁紧装置内侧固定连接；所述锁紧装置由若干个依次嵌套的相同锁紧节和一个头组成，每两个相邻锁紧节之间为转动连接，头与末端锁紧节为转动连接；所述锁紧节包括一个套壳、两个棘轮、两个回程弹簧、两个棘轮开关、一个控制开关、两个轴承、一根传动轴；所述传动轴通过轴承与套壳组成转动连接；所述控制开关位于套壳的内部，与传动轴固定连接；所述传动轴两端伸出套壳部分均由内到外依次设置棘轮和棘轮开关，棘轮和棘轮开关与传动轴固定连接；每个所述回程弹簧嵌套在棘轮和棘轮开关之间并固定在棘轮开关上。

上述技术方案中，所述左机械手指组和所述右机械手指组相向交错排布。

上述技术方案中，所述保护气囊由柔性材料制成并且为管状。

上述技术方案中，所述驱动气囊呈折叠状，位于锁紧装置的内部；驱动气囊伸出一根气管调节气囊的充放气。

上述技术方案中，所述驱动气囊驱动方式为气动或者液动。

上述技术方案中，所述套壳的两个侧面形状由长方形和半圆形组合而成，两个上下平面的形状为长方形，套壳由刚性材料制成，套壳的每两个相邻侧面之间都设有肋板。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1.本发明为刚性与柔性相混合，具有可根据被救者不同的的姿势和位置来自适应调整形状的特性，且可以控制锁定与释放，有效保证了本发明的灵活性、安全性和复杂环境的适应性。

2.本发明外部为柔性，有效保证与被救者接触时的舒适性，减少在抱起、移动、放下被救者过程中对被救者造成的二次伤害。

3.本发明中机械手指组形状的锁定与释放通过驱动气囊的充放气实现，调节方式简单易实现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的整体结构俯视图；

图3是本发明的机械手指的正剖视图；

图4是本发明的锁紧装置结构示意图；

图5是本发明的锁紧节结构及其连接示意图；

图6是本发明的套壳的俯视图。

图中：1-气管、2-回程弹簧、3-棘轮开关、4-轴承、5-传动轴、6-控制开关、7-锁紧节、8-棘轮、9-套壳、10-头、11-保护气囊、12-驱动气囊、13-左横梁、14-右横梁、15-法兰、16-机械手指、17-肋板、18-人体。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“径向”、“轴向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在图1至图6所示的本发明的示意简图中，左横梁13的顶部与传统机器人末端通过法兰15固定连接，左机械手指组位于左横梁下方，左机械手指组上端与左横梁下侧固定连接；右横梁14的顶部与传统机器人末端通过法兰固定连接，右机械手指组位于右横梁下方，右机械手指组上端与右横梁下侧固定连接；左机械手指组和右机械手指组分别由5根和4根机械手指16组成；机械手指包括保护气囊11、锁紧装置、驱动气囊12；保护气囊位于锁紧装置的外部，其两端分别与锁紧装置两端固定连接；驱动气囊位于锁紧装置的内部，其一侧与锁紧装置内侧固定连接；锁紧装置由若干个依次嵌套的相同锁紧节7和一个头10组成，每两个相邻锁紧节之间为转动连接，头与末端锁紧节为转动连接；锁紧节包括一个套壳9，两个棘轮8，两个回程弹簧2，两个棘轮开关3，一个控制开关6，两个轴承4，一根传动轴5；传动轴5通过轴承与套壳组成转动连接；控制开关6位于套壳9的内部，与传动轴5固定连接；传动轴5两端伸出套壳9部分均由内到外依次设置棘轮8和棘轮开关3，棘轮8和棘轮开关3与传动轴5固定连接；回程弹簧2嵌套在棘轮8和棘轮开关3之间。

本发明的所述左机械手指组和所述右机械手指组相向交错排布。

本发明的所述保护气囊11由柔性材料制成并且为管状。本发明的驱动气囊12呈折叠状，位于锁紧装置的内部；驱动气囊12伸出一根气管1调节气囊的充放气。

本发明的驱动气囊驱动11方式为气动或者液动。优选地，本发明选择气动方式。

本发明的套壳的两个侧面形状由长方形和半圆形组合而成，两个上下平面的形状为长方形，套壳由刚性材料制成，套壳的每两个相邻侧面之间都设有肋板17。

本发明的具体使用方式如下：

在救援过程中，机械手指组伸入到被救者下方，驱动气囊未充气时，棘轮开关与棘轮未锁死，机械手指组形状可根据外部环境进行自适应性调整，到达需要的位置或运动过程中都可以通过充放气改变驱动气囊的大小进而调整控制开关，从而改变棘轮开关的位置，从而实现对机械手指组形状的锁定与释放，保护气囊使机械手指组与被救者身体为柔性接触，当机械手指组到达最终位置时，形状调整完成，左右两个机械手指组成相向交错排布状态，然后将被救者转移至安全位置。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种刚柔混合式救援机器人，其特征在于，包括：左横梁、左机械手指组、右横梁、右机械手指组；其中，所述左横梁的顶部与传统机器人末端通过法兰固定连接，所述左机械手指组位于左横梁下方，左机械手指组上端与左横梁下侧固定连接；所述右横梁的顶部与传统机器人末端通过法兰固定连接，所述右机械手指组位于右横梁下方，右机械手指组上端与右横梁下侧固定连接；所述左机械手指组和右机械手指组分别由5根和4根机械手指组成；每个机械手指包括保护气囊、锁紧装置、驱动气囊；所述保护气囊位于锁紧装置的外部，其两端分别与锁紧装置两端固定连接；所述驱动气囊位于锁紧装置的内部，其一侧与锁紧装置内侧固定连接；所述锁紧装置由若干个依次嵌套的相同锁紧节和一个头组成，每两个相邻锁紧节之间为转动连接，头与末端锁紧节为转动连接；所述锁紧节包括一个套壳、两个棘轮、两个回程弹簧、两个棘轮开关、一个控制开关、两个轴承、一根传动轴；所述传动轴通过轴承与套壳组成转动连接；所述控制开关位于套壳的内部，与传动轴固定连接；所述传动轴两端伸出套壳部分均由内到外依次设置棘轮和棘轮开关，棘轮和棘轮开关与传动轴固定连接；每个所述回程弹簧嵌套在棘轮和棘轮开关之间并固定在棘轮开关上，驱动气囊未充气时，棘轮开关与棘轮未锁死，机械手指组形状根据外部环境进行自适应性调整，到达需要的位置或运动过程中通过充放气改变驱动气囊的大小进而调整控制开关，从而改变棘轮开关的位置，从而实现对机械手指组形状的锁定与释放。

2.根据权利要求1所述的一种刚柔混合式救援机器人，其特征在于，所述左机械手指组和所述右机械手指组相向交错排布。

3.根据权利要求1所述的一种刚柔混合式救援机器人，其特征在于，所述保护气囊由柔性材料制成并且为管状。

4.根据权利要求1所述的一种刚柔混合式救援机器人，其特征在于，所述驱动气囊呈折叠状，位于锁紧装置的内部；驱动气囊伸出一根气管调节驱动气囊的充放气。

5.根据权利要求4所述的一种刚柔混合式救援机器人，其特征在于，所述驱动气囊驱动方式为气动或者液动。

6.根据权利要求1所述的一种刚柔混合式救援机器人，其特征在于，所述套壳的两个侧面形状由长方形和半圆形组合而成，两个上下平面的形状为长方形，套壳由刚性材料制成，套壳的每两个相邻侧面之间都设有肋板。

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