CN109483584B - 可伸缩式柔性驱动救援机器人及其救援方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可伸缩式柔性驱动救援机器人，包括法兰盘、上平台和工作臂，法兰盘固定设于上平台第一端面的中央位置，工作臂对称设于上平台的第二侧板和第三侧板的第一端面，工作臂包括法兰连接板、外套壳、内套壳、滑轨、滑块、驱动气囊和承载气囊，承载气囊设于内套壳内侧，且第一端与内套壳第二端固连，第二端与内套壳的内侧第一端面固连，驱动气囊设于外套壳内侧，且第一端与外套壳内侧的第一端面固连，第二端与承载气囊的第一端固连；以及在驱动气囊的驱动下可以实现工作臂的伸缩运动，完成救援任务。本发明整体构架由刚性材料制成，可以满足负载要求，采用驱动气囊的柔性驱动可以有效保证被救援对象的人身安全。

Description

可伸缩式柔性驱动救援机器人及其救援方法

技术领域

本发明属于救援机器人领域，具体涉及一种可伸缩式柔性驱动救援机器人及其救援方法。

背景技术

随着时代的发展、科技的进步，人们的生活水平日益提高，但自然灾害、意外事故依然威胁着人们的生命财产安全。在诸如火灾、地震、海啸所造成的救援环境之中，给我们带来的困难不仅在于危险环境之中施救人员难以直接进入，更是如何在复杂环境之下安全有效的实施救援工作，因此，能够代替人工的救援机器人应运而生。目前存在的救援机器人可以分为刚性机器人和柔性机器人，刚性机器人，顾名思义，主体为刚性材料，驱动方式大多为电机驱动。其弊端在于，钢体与人体接触的过程之中，极容易对被救援对象造成二次伤害，无法安全的完成救援任务；而柔性机器人，则是以柔性材料为主，驱动方法有气体、电磁和形状记忆合金SMA等，可以安全的与人体接触，但其动作不够可靠，无法有效的完成救援任务。

目前公开号为CN102152310A的发明专利公开了一种井下救灾机械手包括井上三脚架、提升机构、张合机构、卡锁机构、充气机构、翻转机构和监控系统组成，该发明结构简单，采用纯机械操作，如操作正确对井下人员不会造成二次伤害。但其刚性结构直接接触人体，不但需要机械结构的灵敏度很高，还需要操作者有足够的操作经验；而且在救援无意识的被救援对象，该结构存在很大的局限性。

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的方式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，但其柔性的结构使得其在承受大负载目标时动作不尽可靠。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种可伸缩式柔性驱动救援机器人，本发明具有动作可靠，有承载大负载的能力，反应迅速，适应性强，同时又能保证被救援者的安全。

本发明所采用的技术方案是提供一种可伸缩式柔性驱动救援机器人，包括法兰盘、上平台和工作臂，所述上平台包括平台主板和与平台主板成一定角度弯折设置的第二侧板和第三侧板，且所述第二侧板和第三侧板对称设置，所述法兰盘包括第一凸缘、第二凸缘和法兰体，所述第一凸缘和第二凸缘上均匀设有多个螺栓孔，通过螺栓将所述第一凸缘固连于所述平台主板第一端面的中央位置；所述工作臂包括法兰连接板、外套壳、内套壳、滑轨、滑块、驱动气囊和承载气囊，所述法兰连接板固定连接于所述上平台的第二侧板和第三侧板的第一端面，所述外套壳有多个，固定连接于所述法兰连接板的第一端面，所述外套壳内侧的第一端面和第二端面对称设有两条滑轨，且所述滑轨与外套壳内壁固定连接，两条所述滑轨的第一侧均设有一滑块且与所述滑轨之间组成滑动配合，所述内套壳设于两个所述滑块之间，且与所述滑块固定连接；以及所述承载气囊设置于内套壳的内侧，且所述承载气囊的第一端与内套壳的第二端固定连接，第二端与内套壳的内侧第一端面固定连接，所述驱动气囊设置于外套壳的内侧，且所述驱动气囊的第一端与外套壳内侧的第一端面固定连接，第二端与所述承载气囊的第一端固定连接。

优选地，所述上平台横截面呈等腰梯形结构，且内侧设有肋板，所述肋板的中心处设有第一孔阵，所述上平台的第二侧板和第三侧板对称设有第二孔阵。

优选地，所述外套壳为弯曲槽体，且内侧设有凸台结构。

优选地，所述内套壳为弯曲槽体，其横截面由大到小渐变。

优选地，所述驱动气囊和所述承载气囊均由柔性材料制成，且所述驱动气囊的第二端和承载气囊的第一端通过粘结剂粘合，且其内腔相通。

优选地，所述工作臂有多个，对称设于所述上平台的第二侧板和第三侧板的第一端面。

优选地，所述可伸缩式柔性驱动救援机器人的救援方法，包括以下步骤：

S1：打开空气压缩机，给驱动气囊的充气口充气，充气后的驱动气囊形状伸长并推动内套壳从而带动滑块在滑轨上进行滑动，并使内套壳伸出，内套壳的末端伸入到被救援对象的底部；

S2：在驱动气囊伸长同时，承载气囊充气且向内膨胀，柔性支撑被救援对象；

S3：在所述滑轨上设置限位块，两侧的工作臂在合拢过程中末端接触时，限位块与滑块接触限制工作臂进一步的伸长，此时驱动气囊的伸长量达到最大伸长量；

S4：驱动气囊伸长到最大伸长量以后，两侧对称的工作臂的末端完全闭合，所述内套壳进入被救援对象的底部，所述工作臂将被救援对象整体环抱住，所述承载气囊与被救援对象直接接触，保持被救援对象处于原来位姿。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、本发明的外套壳与内套壳由刚性材料制成，具有承载大负荷的能力，内部设置有滑轨滑块，动作可靠；

2、本发明采用柔性气囊驱动，在驱动的过程中不会对被救援对象造成二次伤害，且有承载气囊的存在，避免了被救援对象与刚性机架的直接接触，具有安全性。

附图说明

图1为本发明可伸缩式柔性驱动救援机器人的整体结构示意图；

图2为本发明可伸缩式柔性驱动救援机器人的整体结构剖视图；

图3为本发明的上平台结构示意图；

图4为本发明的法兰盘结构示意图；

图5为本发明的气囊结构示意图；

图6为本发明的外套壳局部结构剖视图；

图7为本发明的内套壳局部剖视图；以及

图8为本发明的工作示意图。

本发明的主要附图标记如下：

法兰盘1，上平台2，工作臂3，第一凸缘11，第二凸缘12，法兰体13，平台主板21，第二侧板22，第三侧板23，法兰连接板301，外套壳302，内套壳303，滑轨304，滑块305，驱动气囊306，承载气囊307，限位块308，人体4。

具体实施方式

为详尽本发明之技术内容、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。

本发明提供一种可伸缩式柔性驱动救援机器人，如图1～7所示，包括法兰盘1、上平台2和工作臂3，上平台2包括平台主板21和与平台主板21成一定角度弯折设置的第二侧板22和第三侧板23，且第二侧板22和第三侧板23对称设置，上平台2横截面呈等腰梯形结构，且内侧设有肋板27，肋板27的设置可增强平台主板21、第二侧板22和第三侧板23之间的连接强度，从而保证整个装置在工作过程中的安全性，提高被救援人员的安全保障，上平台2的第二侧板22和第三侧板23对称设有第二孔阵25，第二孔阵25每四个孔一组，设置为多组，用来与工作臂3进行固定连接，平台主板21的前后两端为非受力部分，在平台主板21的前后两端对称设置多个凹入部26，可以起到减轻整体设备重量的作用，从而有效地提高了整个装备在救援过程中的机动性，提高救援效率，平台主板21的中央位置设有第一孔阵24。

法兰盘1包括第一凸缘11、第二凸缘12和法兰体13，第一凸缘11和第二凸缘12上均匀设有多个螺栓孔，通过螺栓将第一凸缘11固连于平台主板21第一端面中央位置的第一孔阵24；工作臂3包括法兰连接板301、外套壳302、内套壳303、滑轨304、滑块305、驱动气囊306和承载气囊307，法兰连接板301固定连接于上平台2的第二侧板22和第三侧板23的第一端面，外套壳302有多个，固定连接于法兰连接板301的第一端面，外套壳302为弯曲槽体，且内侧设有凸台结构308，凸台结构308的设置可以有效地固定滑轨304，外套壳302内侧的第一端面和第二端面上的凸台结构308上对称设有两条滑轨304，且滑轨304与外套壳302内壁固定连接，两条滑轨304的第一侧均设有一滑块305且与滑轨304之间组成滑动配合，内套壳303设于两个滑块305之间，且与滑块305固定连接，内套壳303为弯曲槽体，其横截面由大到小渐变，可以与膨胀之后的承载气囊307切合在一起，对承载气囊307起到一个很好的保护作用；以及承载气囊307设置于内套壳303的内侧，且承载气囊307的第一端与内套壳303的第二端固定连接，第二端与内套壳303的内侧第一端面固定连接，驱动气囊306设置于外套壳302的内侧，且驱动气囊306的第一端设有一个充气口3061，驱动气囊306的第一端与外套壳302内侧的第一端面固定连接，第二端与承载气囊307的第一端固定连接，驱动气囊306第一端的充气口3061通过软管与外部救援设备的空气压缩机的出气口相连。驱动气囊306和承载气囊307均由柔性材料制成，且驱动气囊306的第二端和承载气囊307的第一端通过粘结剂粘合，且其内腔相通，可以对被救援人员起到一个很好的保护作用，避免二次伤害。

进一步地，本发明的可伸缩式柔性驱动救援机器人的救援方法，包括以下步骤：

S1：打开空气压缩机，给驱动气囊306的充气口充气，充气后的驱动气囊306形状伸长并推动内套壳303从而带动滑块305在滑轨304上进行滑动，并使内套壳303伸出，内套壳303的末端伸入到被救援对象的底部；

S2：在驱动气囊306伸长的同时，承载气囊307充气且向内膨胀，柔性支撑被救援对象；

S3：在所述滑轨304上设置限位块308，两侧的工作臂3在合拢过程中末端接触时，限位块308与滑块305接触限制工作臂3进一步的伸长，此时驱动气囊306的伸长量达到最大伸长量；

S4：驱动气囊306伸长到最大伸长量以后，两侧对称的工作臂3的末端完全闭合，内套壳303进入被救援对象的底部，工作臂3将被救援对象整体环抱住，承载气囊307与被救援对象直接接触，保持被救援对象处于原来位姿。

本发明的具体实施过程如下：

在使用时，将承载气囊307的第一端通过螺钉固定连接于内套壳303内侧的第二端，并将承载气囊307的第二端与内套壳303的内侧第一端面通过螺钉固定连接起来；将驱动气囊306的第一端与外套壳302内侧的第一端面通过螺钉固定连接起来，并将驱动气囊306的第二端与承载气囊307的第一端用强力粘结剂粘合固定起来，进一步地，驱动气囊306和承载气囊307均选为柔性材料，且驱动气囊306和承载气囊307的内腔相连通，驱动气囊306的第一端设有一个充气口3061。

将多个外套壳302用螺栓固定连接在法兰连接板301的第一端面，且将外套壳302设计为弯曲槽体，并在外套壳302的内侧对称设置两个凸台结构308，以此来有效地固定滑轨304，在外套壳302内侧的第一端面和第二端面上的凸台结构308上对称地设置两条滑轨304，且将滑轨304与外套壳302的内壁通过螺栓固定连接起来，并保证两条滑轨304的平行度，使设置于其上的滑块305可以平顺地滑动，以此来保证该装置在救援过程中可以快速地打开，以提高救援效率，在两条滑轨304的第一侧均设置一个滑块305，并保证滑块305与滑轨304之间组成滑动配合；将内套壳303设置在两个滑块305之间，并用螺钉将滑轨304与滑块305固定连接起来，内套壳303也设置为弯曲槽体，且其横截面由大到小渐变，这样可以保证与膨胀之后的承载气囊307很好地切合在一起，对承载气囊307起到一个很好的保护作用，使承载气囊307在工作的过程中不易破裂漏气，从而有效地保证了该装置在工作过程中的可靠性，进一步确保了被救援人员在搬运转移过程中的安全性，避免对其造成严重的二次伤害。将驱动气囊306和承载气囊307分别在外套壳302和内套壳303内装配好之后，再将外套壳302用螺栓固定连接在法兰连接板301的第一端面，进而将法兰连接板301用螺栓固定连接在上平台2的第二侧板22和第三侧板23的第一端面上的第二孔阵25之上。

进一步地，通过螺栓将法兰盘1的第一凸缘11固定连接在平台主板21第一端面中央位置的第一孔阵24中，然后，将法兰盘1的第二凸缘12通过螺栓固定连接在其他救援设备上，再将驱动气囊306第一端的充气口3061通过软管与配置在其他救援设备上的空气压缩机固定连接起来。

如图8所示，在需要对遇难人员进行救援时，首先由其他设备将本发明运送到被救援者的正上方，再缓缓下降至合适高度，然后打开空气压缩机，并通过给驱动气囊306的第一端的充气口3061充气，因其本身形状为弧形，且其运动和膨胀过程中有外套壳302的限制，所以驱动气囊306按照规划好的形状伸长，推动内套壳303，从而带动滑块305在滑轨304上进行滑动，达到内套壳303伸出的目的，内套壳303的末端较细，能顺利进入被救援对象的底部，在驱动气囊306伸长时，与此同时承载气囊307也充气向内膨胀，起到柔性支撑被救援对象的目的，驱动气囊306伸长运动到位以后，本发明将被救援对象整体环抱住，然后通过其他设备将本发明运送到安全位置，在运送的途中膨胀的承载气囊与人体直接接触，保证被救援对象不会受到二次伤害，到达安全位置以后，由其他设备将本发明缓缓下降到合适高度，然后开始抽出驱动气囊306中的气体，使得驱动气囊306与承载气囊307同时开始收缩，被救援对象在缓缓下落的同时，内套壳303整体从被救援对象身下缓缓抽出，被救援对象顺势落下，救援人员开始施救，最后撤走本发明用于下一次救援。

以上所述是本申请的优选实施方式，不以此限定本发明的保护范围，应当指出，对于该技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (7)

1.一种可伸缩式柔性驱动救援机器人，其特征在于，包括法兰盘、上平台和工作臂，

所述上平台包括平台主板和与平台主板成一定角度弯折设置的第二侧板和第三侧板，且所述第二侧板和第三侧板对称设置，所述法兰盘包括第一凸缘、第二凸缘和法兰体；

所述工作臂包括法兰连接板、外套壳、内套壳、滑轨、滑块、与空气压缩机相连接的驱动气囊和承载气囊，所述法兰连接板固定连接于所述上平台的第二侧板和第三侧板的第一端面，所述外套壳有多个，固定连接于所述法兰连接板的第一端面，所述外套壳内侧的第一端面和第二端面对称设有两条滑轨，且所述滑轨与外套壳内壁固定连接，两条所述滑轨的第一侧均设有一滑块且与所述滑轨之间组成滑动配合，所述内套壳设于两个所述滑块之间，且与所述滑块固定连接；

所述承载气囊设置于内套壳的内侧，且所述承载气囊的第一端与内套壳的第二端固定连接，第二端与内套壳的内侧第一端面固定连接，所述驱动气囊设置于外套壳的内侧，且所述驱动气囊的第一端与外套壳内侧的第一端面固定连接，第二端与所述承载气囊的第一端固定连接；

外套壳为弯曲槽体，且内侧设有凸台结构，凸台结构的设置能固定滑轨，内套壳为弯曲槽体，其横截面由大到小渐变，能与膨胀之后的承载气囊切合在一起，对承载气囊起到一个保护作用；且驱动气囊的第一端设有一个充气口，驱动气囊的第一端的充气口通过软管与外部救援设备的空气压缩机的出气口相连；驱动气囊和承载气囊均由柔性材料制成，且驱动气囊的第二端和承载气囊的第一端通过粘结剂粘合，且其内腔相通；

在使用时，将承载气囊的第一端通过螺钉固定连接于内套壳内侧的第二端，并将承载气囊的第二端与内套壳的内侧第一端面通过螺钉固定连接起来；将驱动气囊的第一端与外套壳内侧的第一端面通过螺钉固定连接起来，并将驱动气囊的第二端与承载气囊的第一端用强力粘结剂粘合固定起来，

将多个外套壳用螺栓固定连接在法兰连接板的第一端面，且将外套壳设计为弯曲槽体，并在外套壳的内侧对称设置两个凸台结构，以此来有效地固定滑轨，在外套壳内侧的第一端面和第二端面上的凸台结构上对称地设置两条滑轨，且将滑轨与外套壳的内壁通过螺栓固定连接起来，并保证两条滑轨的平行度，使设置于其上的滑块能平顺地滑动，在两条滑轨的第一侧均设置一个滑块，并保证滑块与滑轨之间组成滑动配合；将内套壳设置在两个滑块之间，并用螺钉将滑轨与滑块固定连接起来，将驱动气囊和承载气囊分别在外套壳和内套壳内装配好之后，再将外套壳用螺栓固定连接在法兰连接板的第一端面，进而将法兰连接板用螺栓固定连接在上平台的第二侧板和第三侧板的第一端面上的第二孔阵之上。

2.根据权利要求1所述的可伸缩式柔性驱动救援机器人，其特征在于，所述上平台横截面呈等腰梯形结构，且内侧设有肋板，所述肋板的中心处设有第一孔阵，所述上平台的第二侧板和第三侧板对称设有第二孔阵。

3.根据权利要求1或者2所述的可伸缩式柔性驱动救援机器人，其特征在于，所述外套壳为弯曲槽体，且内侧设有凸台结构；所述内套壳为弯曲槽体，其横截面由大到小渐变。

4.根据权利要求3所述的可伸缩式柔性驱动救援机器人，其特征在于，所述第一凸缘和第二凸缘上均匀设有多个安装孔，通过螺栓将所述第一凸缘固连于所述平台主板第一端面的中央位置。

5.根据权利要求1所述的可伸缩式柔性驱动救援机器人，其特征在于，所述驱动气囊和所述承载气囊均由柔性材料制成，所述驱动气囊的第二端和承载气囊的第一端通过粘结剂粘合，且其内腔相通。

6.根据权利要求4所述的可伸缩式柔性驱动救援机器人，其特征在于，所述工作臂有多个，对称设于所述上平台的第二侧板和第三侧板的第一端面。

7.一种利用权利要求1-6之一所述的可伸缩式柔性驱动救援机器人的救援方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：打开空气压缩机，给驱动气囊的充气口充气，充气后的驱动气囊形状伸长并推动内套壳从而带动滑块在滑轨上进行滑动，并使内套壳伸出，内套壳的末端伸入到被救援对象的底部；

S2：在驱动气囊伸长同时，承载气囊充气且向内膨胀，柔性支撑被救援对象；

S3：在所述滑轨上设置限位块，两侧的工作臂在合拢过程中末端接触时，限位块与滑块接触限制工作臂进一步的伸长，此时驱动气囊的伸长量达到最大伸长量；

S4：驱动气囊伸长到最大伸长量以后，两侧对称的工作臂的末端完全闭合，所述内套壳进入被救援对象的底部，所述工作臂将被救援对象整体环抱住，所述承载气囊与被救援对象直接接触，保持被救援对象处于原来位姿。

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