CN111331620A - 一种消防机器人机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种消防机器人机械臂，属于消防领域，所述的机械臂和消防机器人机体连接，消防机器人机体能够移动，机械臂的末端设有用于抓手人体的抓手，所述的抓手包括有2个抓臂，两个抓臂分别连接有活动杆，2个活动杆均铰接与驱动杆，抓臂铰接在第四活动臂上，第四活动臂内部设有一个驱动腔体，驱动杆的末端设有被动活塞，被动活塞位于驱动腔体中，驱动腔体内还设有主动活塞，主动活塞连接有主动杆，主动杆连接有电机组件。

Description

一种消防机器人机械臂

技术领域

本发明涉及消防机器人领域。

背景技术

消防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。各种大型石油化工企业、隧道、地铁等不断增多，油品燃气、毒气泄漏爆炸、隧道、地铁坍塌等灾害隐患不断增加。消防机器人能代替消防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。目前，国内一款新开发的可变频率可变流量可变功能可变重量的火凤凰水力型消防灭火机器人,它实现了一台控制终端，可同时控制3公里范围内的8台机器人。不仅轻巧方便，适用于各种小型日常危险的火灾事故，还特别适合天津大爆炸这类大型和特大型火灾事故，具有很多的优点。

现有的消防机器人在救援的时候，消防员远程操作，当时消防机器人的抓臂对人体进行抓握进而救援被困人员，当时远程操作消防机器人的抓臂所受到的力消防员难以感应到，进而造成抓臂对被困人员的抓力过紧造成人体损伤。

发明内容

本发明公开了一种消防机器人机械臂，所述的机械臂和消防机器人机体连接，消防机器人机体能够移动，机械臂的末端设有用于抓手人体的抓手，所述的抓手包括有2个抓臂，两个抓臂分别连接有活动杆，2个活动杆均铰接与驱动杆，抓臂铰接在第四活动臂上，第四活动臂内部设有一个驱动腔体，驱动杆的末端设有被动活塞，被动活塞位于驱动腔体中，驱动腔体内还设有主动活塞，主动活塞连接有主动杆，主动杆连接有电机组件，主动活塞和被动活塞之间为密封的气压腔，电机组件驱动主动杆以挤拉主动活塞，主动活塞挤拉气压腔进而挤拉被动活塞进而驱动抓臂开闭，所述的被动活塞上设有检测气压腔内气压的气压传感器并将气压传感器检测到的气压数据传输到中央处理单元，中央处理单元根据气压数据控制消防机器人控制器，控制器包括有一个操作人员手持的柄部，控制器对柄部施加和气压数据成正比的力，操作人员对手把施加力以抵消控制器对柄部的力进而使得柄部保持平衡，进而使得操作人员感受到抓手咬合力。

作为改进，所述的第四活动臂连接有第四活动臂，第三活动臂和第四活动臂能够相对转动。

作为改进，所述的第三活动臂连接有第二活动臂，第二活动臂和第三活动臂能够相对转动。

作为改进，第二活动臂连接有第一活动臂，第二活动臂和第一活动臂能够相对转动。

作为改进，第一活动臂连接在消防机器人机体上，并且别消防机器人机体控制。

本发明还公开了一种消防机器人执行端，包括所述的机械臂以及消防机器人机体，机械臂连接在消防机器人机体上。

一种消防机器人控制系统，其特征在于，步骤如下：

步骤一、获取控制器转动柄和固定柄的转动角度，并将该转动角度传输到中央处理单元；

步骤二、中央处理单元根据上述转动角度控制电机组件（358）；

步骤三、电机组件通过主动杆驱动主动活塞，主动活塞挤压气压腔，气压腔压强变化驱动被动活塞（355），被动活塞驱动抓臂开闭；

步骤四、气压腔的相对气压和抓臂的咬合力正相关，当咬合力较大的时候，气压腔的气压偏离大气压越大，相对气压的绝对值越大，气压量的气压被气压传感器检测；

步骤五、气压传感器将检测到的气压传输到中央处理单元，中央处理单元根据检测到的气压控制固定柄和转动柄之间转动的阻力，并被操作人员感受到。

附图说明

图1是本发明的控制器；

图2是本发明的固定柄；

图3是本发明的磁感单元；

图4是本发明的滚动件；

图5是本发明的电机；

图6是本发明的机器人执行端；

图7是本发明的滚轮；

图8是滚臂示意图；

图9是机械臂示意图；

图10是抓手示意图；

图11是抓臂示意图；

图12是固定头示意图；

图中标记：图中标记：100-控制器，110-握柄，111-转动座，112-固定柄，113-转动柄，114-弧形杆，115-弧形套，116-磁铁，117-磁感单元，1171-弧形导轨，1172-滚动件，11721-齿轮，11722-电机，1173-连接臂，1174-中心杆，1175-通电线圈，120-第一连接杆，130-第二连接杆，140-转动杆，150-固定座，200-消防机器人机体，210-本体，220-滚轮，221-滚轮体，222-滚臂，2221-腔体，2222-杆体，2223-紧固件，2224-臂杆，22241-固定腔体，22242-固定头，2225-弹簧，300-机械臂,310-第一活动臂，320-第二活动臂，330-第三活动臂，340-第四活动臂，350-抓手，351-抓臂，352-活动杆，353-驱动杆，354-驱动腔体，355-被动活塞，356-主动活塞，357-主动杆，358-电机组件，359-气压腔，360-气压传感器。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

实施例1：如图1-2所示了，本发明公开了一种远程消防机器人控制器100，其对消防机器人进行远程控制，控制器100包括握柄110，所述的握柄110包括转动座111、固定柄112、转动柄113、弧形杆114、弧形套115、磁铁116和磁感单元117，所述的转动柄铰接在转动座111上，铰接轴为X轴，固定柄和转动座111固定连接，转动柄可以相对X轴转动，弧形杆114位于转动柄上，弧形杆的弧心在X轴上，固定柄上设有弧形套115，当转动柄绕着X轴转动的时候，弧形杆能够插入和伸出弧形套115，弧形杆末端设有磁铁116，弧形套内设有磁感单元117，磁杆单元能够在磁铁116处产生可变化的磁场以对磁铁产生可变化的磁力，所述的磁感单元117能够在弧形套内移动，移动的时候磁感单元绕着X轴转动以改变磁铁受到的磁场强度，所述的控制器设有能够检测转动柄和固定柄转动的霍尔传感器，该霍尔传感器和中央处理系统连接。

如图3所示，所述的磁感单元117包括和弧形套固定连接的弧形导轨1171、滚动件1172、连接臂1173、中心杆1174、通电线圈1175，所述的弧形导轨的弧心在X轴上，滚动件能够沿着弧形导轨滚动，连接臂和滚动件固定连接，中心杆位于连接臂的末端，通电线圈套在中心杆上，通电线圈的电流大小和电流方向能够被中央处理系统改变。

所述的滚动件1172包括滚套，滚套内设有齿轮11721，弧形导轨上设有齿部，齿轮和齿部配合，滚套上安装有驱动齿轮转动的电机11722，电机被中央处理系统控制。

如图2所示，所述的转动座111和第一连接杆120固定连接，第一连接杆和第二连接杆130固定连接，第一连接杆和第二连接杆可相对自转并设有检测该自转的传感器，自转轴为Y 轴，Y轴和X轴垂直。

如图1所示，所述的第二连接杆连接有转动杆140，第二连接杆可相对转动杆140转动并设有检测该转动的传感器，转动中为Z轴，Z轴和Y轴垂直相交，Z轴和X轴垂直。

如图1所示，转动杆连接有固定座150，转动杆能够相对自转，自转轴为X1轴，X1轴和X轴平行，X1轴和Z轴垂直相交。

实施例2：如图6所示，本发明公开了一种消防机器人机体200，包括本体210，以及位于本体上的四个滚轮220，所述的本体上设有两个机械臂300，所述的滚轮能够转动以带动消防机器人机体移动，每个滚轮220包括滚轮体221以及均匀分别在滚轮体上的6个滚臂222，所述的滚臂分布在滚轮体的周围，并且当滚轮转动的时候，6个滚臂转动分别和地面接触以驱动滚轮前进， 所述的滚臂和滚轮体弹性连接以当滚臂接触地面的时候滚臂能够部分缩进滚轮体221，当滚臂离开地面的时候，滚臂伸出滚轮体221；所述的滚轮体内设有腔体2221，滚臂包括臂杆:2224、杆体2222、紧固件2223、弹簧2225，所述的杆体固定在腔体2221的底部，杆体连接腔体的底部和臂杆2224，弹簧位于臂杆和腔体底部之间，弹簧被臂杆挤压使得弹簧受到一个压缩的预载力，当臂杆受到的力小于预载力的时候，臂杆不会伸入到腔体中，当臂杆被地面挤压的力大于预载力的时候，弹簧被臂杆挤压，臂杆会朝着腔体中移动。所述的臂杆设有一个固定腔体22241，杆体插入到固定腔体当中，固定腔体内设有安装在杆体上的紧固件2223，紧固件紧固杆体以使得臂杆能够挤压弹簧。所述的紧固件为螺栓。所述的本体210上设有摄像头以对周围环境进行摄像，并将摄像数据传输到远端的控制器。所述的臂杆的末端设有若干个固定头22242，所述的固定头包括圆形的固定片和连接杆，连接杆连接固定片和臂杆的末端，所述的固定头使得臂杆和地面的接触面增大，能够减少对地面的损伤，同时提高臂杆和地面的摩擦力，防止出现打滑的现象。本发明的均匀分布的滚臂能够使得机体能够在各种复杂的环境中运行，其中弹簧的预载力使得机体运行的更加平稳，并且滚臂具有一定弹性，能够使得机体具有一定的缓冲作用，应付复杂的地形环境，滚轮不需要陷入一些凹坑里面，同时当机体上有被困人员的时候，被困人员能够不会二次损伤。滚轮在一些角度的时候，两个滚臂同时支撑滚轮，这个时候，两个滚臂受到的轴向力较小，因为滚臂会收缩的少点，进而和一个滚臂支撑地面相比，滚轮体的高度变化不大，平衡性能好。

实施例3：如图9-10，本实施例公开了一种消防机器人机械臂，所述的机械臂和消防机器人机体200连接，消防机器人机体能够移动，机械臂的末端设有用于抓手人体的抓手350，所述的抓手包括有2个抓臂，两个抓臂分别连接有活动杆352，2个活动杆均铰接与驱动杆353，抓臂铰接在第四活动臂340上，第四活动臂内部设有一个驱动腔体354，驱动杆的末端设有被动活塞355，被动活塞位于驱动腔体中，驱动腔体内还设有主动活塞356，主动活塞连接有主动杆357，主动杆连接有电机组件358，主动活塞和被动活塞之间为密封的气压腔359，电机组件358驱动主动杆以挤拉主动活塞，主动活塞挤拉气压腔359进而挤拉被动活塞355进而驱动抓臂开闭，所述的被动活塞上设有检测气压腔内气压的气压传感器360并将气压传感器检测到的气压数据传输到中央处理单元，中央处理单元根据气压数据控制消防机器人控制器，控制器包括有一个操作人员手持的柄部，控制器对柄部施加和气压数据成正比的力，操作人员对手把施加力以抵消控制器对柄部的力进而使得柄部保持平衡，进而使得操作人员感受到抓手咬合力。

所述的第四活动臂340连接有第四活动臂330，第三活动臂和第四活动臂能够相对转动，

所述的第三活动臂连接有第二活动臂，第二活动臂和第三活动臂330能够相对转动，第二活动臂320连接有第一活动臂310，第二活动臂和第一活动臂能够相对转动，第一活动臂连接在消防机器人机体上，并且别消防机器人机体控制。第一、二、三、四活动臂之间设有转动或者自转的自由度，能够被机器人控制以改变抓手的位置。

实施例4：本发明还公开了一种消防机器人执行端，包括机械臂300以及消防机器人机体200，机械臂连接在消防机器人机体200上。本发明还公开了一种消防机器人系统，包括实施例的1的控制器100以及消防机器人机体200、机械臂300。

实施例5：本实施例公开了一种消防机器人控制系统，步骤如下：

步骤一、获取控制器转动柄和固定柄的转动角度，并将该转动角度传输到中央处理单元；

步骤二、中央处理单元根据上述转动角度控制电机组件358；

步骤三、电机组件通过主动杆驱动主动活塞，主动活塞挤压气压腔，气压腔压强变化驱动被动活塞355，被动活塞驱动抓臂开闭；

步骤四、气压腔的相对气压和抓臂的咬合力正相关，当咬合力较大的时候，气压腔的气压偏离大气压越大，相对气压的绝对值越大，气压量的气压被气压传感器检测；

步骤五、气压传感器将检测到的气压传输到中央处理单元，中央处理单元根据检测到的气压控制固定柄和转动柄之间转动的阻力，并被操作人员感受到，具体的如图2所示，转动臂受到的阻力（x轴铰接处的阻力忽略不计）为磁铁受到的磁感单元的斥力，该斥力和磁铁116处的磁场强度相关，因此磁感单元根据中央处理单元处理的气压数据控制磁铁116处的磁场强度，具体的通过改变磁感单元的位置和电流的大小结合来控制，具体的当固定柄和转动柄转动角度较小的时候（如小于5度），这个时候中央处理单元仅通过磁感单元电流的大小来控制磁铁116处的磁场强度，当转动角度较大的时候，一方面控制磁感单元的位置（通过控制电机11722），同时检测磁铁116处的磁场强度（在磁铁上设有一个传感器），并通过磁感单元电流实时控制磁铁116处的磁场强度，使得转动柄受到的阻力为和咬合力有正比例或者相同的水平。上述相配合的方式，不仅使得磁感单元和磁铁116能够保持较低的距离，减少磁感单元的能耗，同时能够实时改变磁铁116处的强度，提高感受的精度。

Claims (7)

1.一种消防机器人机械臂，其特征在于，所述的机械臂和消防机器人机体（200）连接，消防机器人机体能够移动，机械臂的末端设有用于抓手人体的抓手（350），所述的抓手包括有2个抓臂，两个抓臂分别连接有活动杆（352），2个活动杆均铰接与驱动杆（353），抓臂铰接在第四活动臂（340）上，第四活动臂内部设有一个驱动腔体（354），驱动杆的末端设有被动活塞（355），被动活塞位于驱动腔体中，驱动腔体内还设有主动活塞（356），主动活塞连接有主动杆（357），主动杆连接有电机组件（358），主动活塞和被动活塞之间为密封的气压腔（359），电机组件（358）驱动主动杆以挤拉主动活塞，主动活塞挤拉气压腔（359）进而挤拉被动活塞（355）进而驱动抓臂开闭，所述的被动活塞上设有检测气压腔内气压的气压传感器（360）并将气压传感器检测到的气压数据传输到中央处理单元，中央处理单元根据气压数据控制消防机器人控制器，控制器包括有一个操作人员手持的柄部，控制器对柄部施加和气压数据成正比的力，操作人员对手把施加力以抵消控制器对柄部的力进而使得柄部保持平衡，进而使得操作人员感受到抓手咬合力。

2.根据权利要求1所述的消防机器人机械臂，其特征在于，所述的第四活动臂（340）连接有第四活动臂（330），第三活动臂和第四活动臂能够相对转动。

3.根据权利要求2所述的消防机器人机械臂，其特征在于，所述的第三活动臂连接有第二活动臂，第二活动臂和第三活动臂（330）能够相对转动。

4.根据权利要求2所述的消防机器人机械臂，其特征在于，第二活动臂（320）连接有第一活动臂（310），第二活动臂和第一活动臂能够相对转动。

5.根据权利要求1-4任一项所述的消防机器人机械臂，其特征在于，第一活动臂连接在消防机器人机体上，并且别消防机器人机体控制。

6.一种消防机器人执行端，其特征在于包括2个权利要求1-5任一项所述的机械臂（300）以及消防机器人机体（200），机械臂连接在消防机器人机体（200）上。

7.一种消防机器人控制系统，其特征在于，步骤如下：

获取控制器转动柄和固定柄的转动角度，并将该转动角度传输到中央处理单元；

中央处理单元根据上述转动角度控制电机组件（358）；

电机组件通过主动杆驱动主动活塞，主动活塞挤压气压腔，气压腔压强变化驱动被动活塞（355），被动活塞驱动抓臂开闭；

气压腔的相对气压和抓臂的咬合力正相关，当咬合力较大的时候，气压腔的气压偏离大气压越大，相对气压的绝对值越大，气压量的气压被气压传感器检测；

气压传感器将检测到的气压传输到中央处理单元，中央处理单元根据检测到的气压控制固定柄和转动柄之间转动的阻力，并被操作人员感受到。

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