CN109940631B - 夹持单元、机械臂组件、机器人及其机器人的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种夹持单元，包括连接块以及安装在连接块上的至少两个相对设置的夹持件，所述夹持件能够相对张开预定角度以夹持消防水带，所述连接块能够与消防栓配合以开启所述消防栓，该方案相对于现有技术，能够实现消防水带自动与消防栓对接，并开启消防栓的技术效果。

Description

夹持单元、机械臂组件、机器人及其机器人的控制方法

技术领域

本发明涉及机器人领域，特别是涉及一种夹持单元、机械臂组件、机器人及其机器人的控制方法。

背景技术

消防机器人是一种专门用于火灾扑灭、救援侦察的特种机器人，可代替消防官兵进入或靠近火场进行救火作业，在石油化工、森林火灾、高层火灾等场合已有广泛的应用。

因火场环境复杂消防官兵不能进入，同时距离过远拖拽消防水带难度过大，这时可以采用消防机器人进入到火灾现场进行灭火。

但是，当消防机器人需要单独进入大型火灾现场时，现有的消防栓在接入消防机器人使用时，都是通过消防员手动连接。这限制了消防机器人在远距离、复杂地形、人员不可接近的火灾环境中使用。

发明内容

本发明提供的一种消防机器人，用于解决现有技术中消防机器人与消防栓对接不方便的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种夹持单元，包括连接块以及安装在连接块上的至少两个相对设置的夹持件，所述夹持件能够相对张开预定角度以夹持消防水带，所述连接块能够与消防栓配合以开启所述消防栓。

在其中一个实施例中，所述夹持件具有弹性及/或能够相对于所述连接块转动以调节夹持紧度。

在其中一个实施例中，所述夹持件内侧设有第一卡接部，所述第一卡接部能够与所述消防水带卡接。

在其中一个实施例中，所述连接块上还设有第二卡接部、第三卡接部以及第四卡接部，所述第二卡接部能够与所述消防水带卡接，所述第三卡接部能够与消防栓配合以开启消防栓上的通道开关，所述第四卡接部能够与消防栓配合以开启消防栓的压力开关。

一种机械臂组件，包括夹持单元以及机械臂单元，所述夹持单元安装在机械臂单元上，所述夹持单元为上述的所述的夹持单元，所述机械臂单元上安装有驱动件，所述夹持单元安装于所述驱动件上的输出端。

一种机器人，包括能够移动的底盘以及安装在所述底盘上的机械臂组件，所述机械臂组件为上述的所述的机械臂组件。

在其中一个实施例中，所述底盘上还安装有探测单元及控制单元，所述机械臂组件以及所述探测单元分别与所述控制单元之间通信连接，所述探测单元用以在所述机器人行走过程中，探测消防栓的位置并将对应的位置信号传输至所述控制单元，所述控制单元接收所述位置信号，依据所述位置信号控制所述机械臂组件抓取消防水带，并将所述消防水带与所述消防栓对接。

在其中一个实施例中，所述探测单元为双目摄像头，所述双目摄像头探测消防栓的位置并将对应的位置信号传输至所述控制单元，所述控制单元接收所述位置信号，并依据所述位置信号控制所述底盘调整与所述消防栓之间的位置，所述底盘上安装有升降台，所述双目摄像头安装于所述升降台上，并在所述升降台的带动下调整自身的高度。

在其中一个实施例中，所述底盘上还设有集水器，所述集水器用于将消防栓的水流整合进入机器人。

一种消防机器人的控制方法，控制上述的所述的机器人，探测单元探测消防栓的位置，获得对应的位置信号；

根据所述位置信号控制机械臂组件夹取消防水带与并将所述消防水带与所述消防栓对接。

在其中一个实施例中，根据所述位置信号控制所述连接块与所述消防栓配合以开启所述消防栓。

在其中一个实施例中，根据位置信号控制所述底盘相对于所述消防栓移动至预定位置。

与现有技术相比，本发明提供的一种机器人，具有如下优点：

能够实现消防水带自动与消防栓对接，并开启消防栓的技术效果。

附图说明

以下附图仅用于使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，并非是对本发明的限制，本领域技术人员可以根据本发明的技术方案获得其它附图。

图1为本发明提供的一实施例的消防机器人的结构示意图；

图2为本发明提供的消防栓的结构示意图；

图3为图2消防栓的压力栓头的结构示意图；

图4为图2消防栓的闷盖栓头的结构示意图；

图5为本发明提供的夹持单元的结构示意图；

图6为消防机器人的控制系统框图；

图7a为夹持单元用于开启消防栓的通道开关时的原理示意图；

图7b为夹持单元用于开启消防栓的通道开关时的原理示意图；

图7c为夹持单元用于开启消防栓的通道开关时的原理示意图；

图7d为夹持单元用于开启消防栓的通道开关时的原理示意图；

图8a为将消防水带对接在消防栓时的原理示意图；

图8b为将消防水带对接在消防栓时的原理示意图；

图8c为将消防水带对接在消防栓时的原理示意图；

图8d为将消防水带对接在消防栓时的原理示意图；

图9a为夹持单元用以开启消防栓压力开关时的原理示意图；

图9b为夹持单元用以开启消防栓压力开关时的原理示意图；

图9c为夹持单元用以开启消防栓压力开关时的原理示意图；

图9d为夹持单元用以开启消防栓压力开关时的原理示意图；

图10为本发明提供的一实施例的消防机器人的控制方法的流程框图。

标号说明：

100、消防机器人；101、消防水带；102、消防水炮；103、消防栓；104、底盘；1031、闷盖；1032、闷盖栓头；1033、压力栓头；10、底盘；20、机械臂组件；21、夹持单元；211、法兰盘；212、连接块；2121、第二卡接部；2122、第三卡接部；2123、第四卡接部；213、夹持件；2131、第一卡接部；2132、导向部；22、机械臂单元；30、探测单元；31、双目摄像头；32、升降台；40、声光报警器；50、控制单元。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了更好地描述和说明本申请的实施例，可参考一幅或多幅附图，但用于描述附图的附加细节或示例不应当被认为是对本申请的发明创造、目前所描述的实施例或优选方式中任何一者的范围的限制。

需要说明的是，当组件被称为与另一个组件“连接”时，它可以直接与另一个组件连接或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图5所示，一种夹持单元21，所述夹持单元21包括连接块212以及安装在连接块212上的至少两个相对设置的夹持件213，所述夹持件213能够相对张开预定角度以夹持消防水带101，所述连接块212能够与消防栓103配合以开启所述消防栓。

可以理解的是，夹持件213是安装在连接块212上的，夹持件213可以为两个，夹持件213大体呈弧形设置，两个夹持件213之间形成与消防水带101配合的夹持空间，夹持件213能够将对张开预定角度以夹持消防水带101。

具体的，如图2、图3、图4所示，消防栓103包括闷盖1031、通道开关以及压力开关，首先通过连接块212将消防栓103上的取下闷盖1031，消防栓103上通道开关开启，然后夹持件213抓取消防水带101，将消防水带101与消防栓103对接，最后连接块212开启消防栓103上的压力开关，消防栓103内的水进入到消防水带101。

进一步地，所述夹持件213具有弹性及/或能够相对于所述机械臂单元22转动以调节夹持紧度。

具体地，夹持件213具有弹性，可以理解的是，夹持件213在抓取消防水带101时，通过夹持件213的形变，将夹持件213的张开预定角度变大。

当然，夹持件213也能够转动，可以理解的是，夹持件213在抓取消防水带101时，是通过夹持件213通过转动，将夹持件213张开预定角度变大。

其中，夹持件213上设有导向部2132。可以理解的是，两个夹持件213在夹取消防水带101时，首先将消防水带101置于导向部2132之间，消防水带101继续向夹持空间运动，两个导向部2132相背运动，夹持件213发生形变，直至消防水带101在进入到夹持空间，夹持件213复位。

进一步地，所述夹持件213内侧设有第一卡接部2131，所述第一卡接部2131能够与消防水带101卡接。

可以理解的是，第一卡接部2131用于卡住消防水带101转接头上的加强筋，第一卡接部2131将消防水带101固定在夹持单元21上。在消防水带101旋接在消防栓103时，第一卡接部2131能够防止消防水带101与消防栓103之间发生转动。

进一步地，所述连接块212上设有第二卡接部2121，所述第二卡接部2121能够与所述消防水带101卡接。

其中，第二卡接部2121设置在连接块212的端部。第一卡接部2131可以与第二卡接部2121配合使用，同样的，第二卡接部2121也可单独与所述消防水带101卡接。

具体的，第二卡接部2121为方槽卡口，方槽卡口与消防水带101转接头上的加强筋进行卡接，第二卡接部2121将消防水带101固定在夹持单元21上。在消防水带101旋接在消防栓103时，第二卡接部2121能够防止消防水带101与消防栓103之间发生转动。

进一步地，所述连接块212上还设有第三卡接部2122，所述第三卡接部2122能够与消防栓103配合以开启消防栓103上的通道开关。

可以理解的是，在第三卡接部2122对消防栓103上的闷盖栓头1032进行开启，将闷盖1031与消防栓103分离，开启消防栓103上的通道开关。

其中，第三卡接部2122为正六边形卡口。具体的，连接块212的一端是二分之一的正六边形卡口，用于旋开闷盖栓头1032，六边形卡口夹持闷盖1031中心的闷盖栓头1032。

进一步地，所述连接块212上还设有第四卡接部2123，所述第四卡接部2123能够与消防栓103配合以开启消防栓103的压力开关。

可以理解的是，在第四卡接部2123对消防栓103上的压力栓头1033进行转动，开启消防栓103上的压力开关。

其中，第四卡接部2123为五角扳手。具体的，连接块212中心是一个突起的正五边形卡口，用于旋开消防栓103压力开关，由于连接块212上的五角扳手处有圆形凹陷，因此五角扳手会与消防栓103压力开关的压力栓头1033上套取。

如图1以及图6所示，本发明还提供一种机械臂组件，包括夹持单元以及机械臂单元，所述夹持单元安装在机械臂单元上，所述夹持单元为上述的夹持单元。

可以理解的是，机械臂单元22能够带动夹持单元21多维运动，以使夹持单元21用以开启所述消防栓103、以及抓取消防水带101与消防栓103对接。

进一步地，所述机械臂单元22上安装有驱动件(图未示)，所述持单元21安装于所述驱动件上的输出端。

可以理解的是，驱动件带动持单元21相对于机械臂单元22转动，即，驱动件可以带动夹持件213和/或连接块212相对于机械臂单元22转动。

具体地，驱动件可以分别驱动夹持件213与连接块212，驱动件也可以同时驱动夹持件213与连接块212。

进一步地，机械臂单元22安装有法兰盘211。可以理解的是，夹持件213与连接块212均通过法兰盘211安装在机械臂单元22上，驱动件带动法兰盘211转动。

本实施方式中，驱动件为驱动电机。可以理解，在其他的实施方式中，驱动件也可以替换为除驱动电机之外的其他驱动元件。只要该驱动元件能够实现带动夹持件213与连接块212转动即可。

如图1以及图6所示，本发明还提供一种机器人，包括能够移动的底盘以及安装在所述底盘上的机械臂组件，所述机械臂组件为上述的机械臂组件。所述消防机器人100能够自动将消防水带101与消防栓103对接。

具体地，所述消防机器人100包括消防水炮102、底盘10以及机械臂组件20，所述底盘10为可移动底盘，所述机械臂组件20以及消防水炮102设置在底盘10上，所述机械臂组件20抓取所述消防水带101与所述消防栓103对接，以及所述机械臂组件20夹持并开启消防栓103，通过机械臂组件20自动将消防水带101与消防栓103对接，消防水炮102将消防栓103内的水喷出。

进一步地，底盘10上还设有探测单元30及控制单元50，所述机械臂组件20以及所述探测单元30分别与所述控制单元50之间通信连接，所述探测单元30用以在所述消防机器人100行走过程中，探测所述消防栓103的位置并将对应的位置转成位置信号传输至所述控制单元50，所述控制单元50接收所述位置信号，并依据所述位置信号控制所述机械臂组件20抓取所述消防水带101，将消防水带101与所述消防栓103对接，以及控制所述机械臂组件20夹持并开启消防栓103。

如图2、图3、图4所示，首先通过机械臂组件20将消防栓103上的取下闷盖1031，消防栓103上通道开关开启，然后机械臂组件20抓取消防水带101，将消防水带101与消防栓103对接，最后机械臂组件20开启消防栓103上的压力开关，消防栓103内的水通过消防水带101进入到消防机器人100内。

如图1所示，所述探测单元30探测消防栓103的位置并将对应的位置信号传输至所述控制单元50，所述控制单元50接收所述位置信号，并依据所述位置信号控制所述底盘104调整与所述消防栓103之间的位置，起到机械臂组件20方便对消防栓103进行操作。

在本实施方式中，底盘10的底部安装行走履带。可以理解，在其他的实施方式中，行走履带也可以替换为除行走履带之外的其他行走单元。只要该行走单元能够实现带动消防机器人100移动即可。具体的，消防机器人100在行走履带的带动下，进入到火场。

如图8a至图8d所示，消防水带101对接在消防栓103的步骤如下：

(1)夹持件213抓取消防机器人100上的消防水带101的栓口；

(2)根据探测单元30识别的消防栓103上的栓口位置及卡口角度，控制单元50预制夹持件213位置和角度；

(3)夹持件213带动消防水带101的栓口向消防栓103上的栓口推进，顶住消防栓103上的栓口后，夹持件213旋转一定角度。

如图7a至图7d所示，夹持单元21开启消防栓103的通道开关的步骤如下：

(1)根据探测单元30确定的消防栓103位置信息，控制单元50控制机械臂单元22与连接块212，机械臂单元22带动夹持单元21至消防栓103，机械臂单元22的连接块212上的第三卡接部2122夹持闷盖1031中心的闷盖栓头1032；

(2)驱动件带动连接块212旋转一定角度，夹持单元21与消防栓103分离。

如图9a至图9d所示，夹持单元21开启消防栓103压力开关的步骤如下：

(1)根据探测单元30确定的消防栓103位置信息，控制单元50控制机械臂单元22以及连接块212，机械臂单元22带动夹持单元21至消防栓103上方，连接块212上的第四卡接部2123套接在消防栓103压力开关的压力栓头1033上；

(2)驱动件带动连接块212在一定角度范围内旋转。

进一步地，消防机器人100上还设有声光报警器40，所述声光报警器40用于提供报警声光信号。可以理解，通过声音和各种光来向人们发出示警信号，以警示此处危险。同时，还能够给操作消防机器人100的使用者提供消防机器人100的方位。

进一步地，所述底盘10上还设有集水器(图未示)，所述集水器用于将消防栓103的水流整合进入消防机器人100。

可以理解的是，消防栓103的水流通过消防水带101进入到集水器内，水流在集水器内整合，最后通过消防水炮102喷出。其中，消防栓103内的水通过集水器进入到消防水炮102，消防水炮102可以自由调整水流喷出的压力。这样，能够避免消防栓103内的水直接进入到消防水炮102，导致不能够调节消防水炮102内的水压的问题。

另一实施方式中，如图1所示，所述探测单元30为双目摄像头31，所述双目摄像头31用于探测所述消防栓103的位置。

可以理解的是，通过双目摄像头31可以探测消防栓103的位置，并将消防栓103的位置转成位置信号传输至控制单元50，控制单元50接收位置信号，并控制机械臂组件20抓取消防水带101与消防栓103对接，以及控制机械臂组件20夹持并开启消防栓103。

其中，控制单元50为单片机、PLC或FPGA等，可以理解的是，处理单元为本领域技术人员理解的能够完成上述功能的电子器件，本实施例不做具体限定。以避免公开不充分的问题。

可以理解的是，双目摄像头31具有景深却很深、自动测距的特点，在使用双目摄像头31时，双目摄像头31在获取消防栓103位置的同时，还能够观察消防机器人100的周围环境。

当然，在其他的实施方式中，双目摄像头31也可以替换为除双目摄像头31之外的其他摄像元件。只要该摄像元件能够实现获取消防栓103的位置即可。

进一步地，所述底盘104上安装有有升降台32，所述双目摄像头31安装于所述升降台32上，并在所述升降台32的带动下调整自身高度。

可以理解的是，升降台32用于带动双目摄像头31相对所述底盘10运动，以改变双目摄像头31相对底盘10的水平高度，从而使得双目摄像头31的视场范围更大。

本实施方式中，升降台32也可以替换为升降台32之外的其它升降单元，只要该升降单元能够实现改变双目摄像头31的高度即可。

其中，双目摄像头31可以通过螺栓固定在升降台32，以便于双目摄像头31的拆装与调节，当然，在其他的实施方式中，双目摄像头31与升降台32之间还可以采用胶固、铆接或者焊接等方式相互固定；双目摄像头31也可以采用其他结构固定于升降台32上。

其中，升降台32可以通过螺栓固定在底盘10，以便于升降台32的拆装与调节，当然，在其他的实施方式中，升降台32与底盘10之间还可以采用胶固、铆接或者焊接等方式相互固定；升降台32也可以采用其他结构固定于底盘10上。

下面阐述消防机器人100的具体工作流程如下：

首先，通过探测单元30对消防栓103的位置定位，调整消防机器人100与消防栓103的距离及相对位置，控制单元50控制机械臂单元22带动夹持单元21至消防栓103，使连接块212上的第三卡接部2122夹持闷盖1031中心的闷盖栓头1032，连接块212带动闷盖栓头1032旋转，使闷盖1031与消防栓103分离，开启消防栓103上的通道开关，其后，夹持件213抓取消防机器人100上的消防水带101的栓口，根据探测单元30识别的消防栓103上的栓口位置，夹持件213带动消防水带101的栓口向消防栓103上的栓口推进，顶住消防栓103上的栓口后，夹持件213带动消防水带101旋转，将消防水带101上的栓口与消防栓103上的栓口对接，最后，控制单元50控制机械臂单元22带动夹持单元21至消防栓103上方，连接块212上的第四卡接部2123套接在消防栓103压力开关的压力栓头1033上，连接块212带动压力栓头1033在一定角度范围内旋转，将消防栓103上的压力开关开启。

如图10所示，图10为本发明一个实施方式中基于消防机器人的控制方法的流程示意图。

所述基于消防机器人的控制方法应用于一消防机器人上，所述消防机器人的控制方法包括：

步骤S1：探测单元探测消防栓的位置，获得对应的位置信号。

具体地，探测单元用以在所述消防机器人行走过程中，探测消防栓的位置并将对应的位置信号传输至所述控制单元，所述控制单元接收所述位置信号。

步骤S2：根据所述位置信号控制机械臂组件夹取消防水带与并将所述消防水带与所述消防栓对接。

具体地，夹持件抓取消防机器人上的消防水带的栓口，根据探测单元识别的消防栓上的栓口位置及卡口角度，控制单元预制夹持件位置和角度，夹持件带动消防水带的栓口向消防栓上的栓口推进，顶住消防栓上的栓口后，夹持件旋转，直至消防水带与消防栓对接。

根据所述位置信号控制所述连接块与所述消防栓配合以开启所述消防栓。

具体地，控制单元控制机械臂单元与连接块，机械臂单元带动夹持单元至消防栓，机械臂单元的连接块上的第三卡接部夹持闷盖中心的闷盖栓头，连接块旋转，开启消防栓的通道开关。

同样地，开启消防栓压力开关时，首先，机械臂单元带动夹持单元至消防栓上方，连接块上的第四卡接部套接在消防栓压力开关的压力栓头上，最后，连接块旋转栓头。

根据位置信号控制所述底盘相对于所述消防栓移动至预定位置。

依据所述位置信号控制所述底盘调整与所述消防栓之间的位置，起到机械臂组件方便对消防栓进行操作。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种夹持单元，其特征在于，包括连接块以及安装在连接块上的至少两个相对设置的夹持件，所述夹持件能够相对张开预定角度以夹持消防水带，所述连接块能够与消防栓配合以开启所述消防栓；

所述连接块上还设有第三卡接部以及第四卡接部，所述第三卡接部能够与消防栓配合以开启消防栓上的通道开关，所述第四卡接部能够与消防栓配合以开启消防栓的压力开关。

2.根据权利要求1所述的夹持单元，其特征在于，所述夹持件具有弹性及/或能够相对于所述连接块转动以调节夹持紧度。

3.根据权利要求2所述的夹持单元，其特征在于，所述夹持件内侧设有第一卡接部，所述第一卡接部能够与所述消防水带卡接。

4.根据权利要求1所述的夹持单元，其特征在于，所述连接块上还设有第二卡接部，所述第二卡接部能够与所述消防水带卡接。

5.一种机械臂组件，其特征在于，包括夹持单元以及机械臂单元，所述夹持单元安装在机械臂单元上，所述夹持单元如权利要求1-4任意一项所述的夹持单元，所述机械臂单元上安装有驱动件，所述夹持单元安装于所述驱动件上的输出端。

6.一种机器人，其特征在于，包括能够移动的底盘以及安装在所述底盘上的机械臂组件，所述机械臂组件如权利要求5所述的机械臂组件。

7.根据权利要求6所述的机器人，其特征在于，所述底盘上还安装有探测单元及控制单元，所述机械臂组件以及所述探测单元分别与所述控制单元之间通信连接，所述探测单元用以在所述机器人行走过程中，探测消防栓的位置并将对应的位置信号传输至所述控制单元，所述控制单元接收所述位置信号，依据所述位置信号控制所述机械臂组件抓取消防水带，并将所述消防水带与所述消防栓对接。

8.根据权利要求7所述的一种机器人，其特征在于，所述探测单元为双目摄像头，所述双目摄像头探测消防栓的位置并将对应的位置信号传输至所述控制单元，所述控制单元接收所述位置信号，并依据所述位置信号控制所述底盘调整与所述消防栓之间的位置，所述底盘上安装有升降台，所述双目摄像头安装于所述升降台上，并在所述升降台的带动下调整自身的高度。

9.根据权利要求6所述的一种机器人，其特征在于，所述底盘上还设有集水器，所述集水器用于将消防栓的水流整合进入机器人。

10.一种机器人的控制方法，应用于如权利要求7-9任意一项所述的机器人上，其特征在于，

探测单元探测消防栓的位置，获得对应的位置信号；

根据所述位置信号控制机械臂组件夹取消防水带与并将所述消防水带与所述消防栓对接。

11.根据权利要求10所述的机器人的控制方法，其特征在于，根据所述位置信号控制所述连接块与所述消防栓配合以开启所述消防栓。

12.根据权利要求11所述的机器人的控制方法，其特征在于，根据位置信号控制所述底盘相对于所述消防栓移动至预定位置。

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