CN111332386A - 一种自跟随式两用消防机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自跟随式两用消防机器人。该消防机器人包括装置本体部分、驱动机构、电气部分、信息采集装置和牵引机构；本发明采用主控制器控制整机的正常工作，消防人员在使用过程中可自由切换牵引和遥控两种模式，分别通过单人牵引小车搬运消防物资和通过单人远程控制小车运输消防物资，操作简单，省时省力，能快速准确的运送救援物资，有效降低经济和人员损失。本发明的消防机器人造价低廉、结构简单、机动灵活性强，具有较高的稳定性、实用性、安全性。

Description

一种自跟随式两用消防机器人
技术领域
本发明涉及消防物资运输技术领域，具体是一种自跟随式两用消防机器人。
背景技术
随着社会经济的不断增长，各种新型能源，新型材料和新工艺的不断被利用，诱发火灾的因素也再不断地增加。火场救援过程中，由于救援物资的普遍重量较高，对消防人员的体力消耗程度也非常的巨大；在一些高热辐射、爆炸和有毒物质的火灾现场，消防人员无法实现快速准确的将救援物资送至指定位置，往往会延误救援的最佳时机，甚至会造成较大的经济和人员损失；复杂地形救援过程中，对机器本体的平衡性要求十分的严格，应对多地形救援物资的运输，需要采用有效地方法进行解决机器运行的平衡问题，对机器本身实施有效地保护。
发明内容
本发明的目的是提供一种自跟随式两用消防机器人，采用两种不同的操作模式，实现自跟走和远程遥控的功能，应对复杂救援地形，快速准确的运送消防物资。
为解决上述问题，本发明提供如下技术方案。
一种自跟随式两用消防机器人，其包括装置本体部分、驱动机构、电气部分、信息采集装置和牵引机构；其中：
装置本体部分包括车架、分层板、外壳、平衡杆和摇杆；分层板设置在车架内，将外壳包裹在车架外形成的空间分为两层；平衡杆有两根，其平行横向架设在车架的前、后部，每根平衡杆两端分别设置左右同轴对称的摇架，每个摇架上设置一减震器，减震器的另一端和车架相连；
驱动机构包括车轮、球笼联轴器、花键轴、直流电机、减速器和驱动器组件；车轮有四个，分为两组，左右对称分布在车架的两侧，每个车轮和装置本体部分的摇架相连的同时，分别通过球笼联轴器和一减速器相连，减速器左右对称设置在车架的前后端；前端的两个减速器通过花键轴和后端的两个减速器连接，后端的两个减速器和直流电机相连，直接电机设置在车架的内侧尾部，直流电机通过信号线和驱动器组件相连；
电气部分包括电池、电源管理系统、充电器、主控制器和远程手持控制终端；电池分别和电源管理系统、充电器、主控制器以及驱动机构中的驱动器组件连接，主控制器通过信号线分别和驱动器组件、远程手持控制终端相连， 远程手持控制终端上设有显示屏；
信息采集装置包括雷达和图像采集摄像头，雷达和图像采集摄像头分别为4个，分别设置在外壳的前、后、左、右四个方位；雷达和图像采集摄像头分别通过信号线和主控制器相连；
牵引机构包括牵引机构支架、拉绳位移传感器、转轴和编码器；牵引机构支架设置在分层板上，拉绳位移传感器安装在牵引机构支架上，拉绳位移传感器向上伸出外壳外，拉绳位移传感器的下方经由转轴和编码器连接。
本发明中，前端的减速器和花键轴之间，后端的减速器和花键轴之间，以及后端的减速器和直流电机之间分别通过减速器法兰连接。
本发明中，装置本体部分中，还包括设置在外壳两侧的左、右箱盖，用于分别放置电源管理系统和充电器。
本发明中，驱动机构中的前端的两个减速器和花键轴之间；后端的两个减速器和花键轴之间，以及后端的两个减速器和直流电机之间分别通过减速器法兰连接。
本发明中，驱动器组件和主控制器均设置在分层板的上方。
本发明中，电池、电源管理系统和充电器设置在分层板下方。
本发明中，电气部分中，还包括车灯，车灯为4个，车灯分别对称设置在外壳的前、
后方的左右两侧。
本发明中，牵引机构中，拉绳位移传感器、转轴和编码器通过双轴承法兰连接固定。
和现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明采用主控制器控制整机的正常工作，消防人员在使用过程中可自由切换牵引和遥控两种模式，分别通过单人牵引小车搬运消防物资和通过单人远程控制小车运输消防物资，操作简单，省时省力，能快速准确的运送救援物资，有效降低经济和人员损失。本发明的消防机器人造价低廉、结构简单、机动灵活性强，具有较高的稳定性、实用性、安全性。
附图说明
图1本发明整体示意图。
图2本发明内部结构示意图。
图3本发明右侧示意图。
图4本发明左侧示意图。
图5本发明俯视图一。
图6本发明俯视图二。
图7本发明仰视图。
图8本发明牵引装置示意图。
图中标记：100-装置主体部分，101-车架，102-钣金蒙皮，103-左箱盖，104-右箱盖，105-摇架，106-平衡杆，107-减震器，108-分层板，200-驱动机构，201-直流电机，202-球笼联轴器，203-减速器，204-车轮，205-驱动器组件，206-减速器法兰，207-花键轴，300-电气部分，301-电池，302-车灯，303-电源管理系统，304-充电器，305-主控制器，400-信息采集装置，401-雷达，402-图像采集摄像头，500-牵引机构，501-牵引机构支架，502-双轴承法兰，503-转轴，504-编码器，505-拉绳位移传感器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方案，对本发明作进一步的说明。
本发明提供如下技术方案：一种自跟随式两用消防机器人包括装置本体部分100、驱动机构200、电气部分300、信息采集装置400和牵引机构500。
装置本体部分100，包含车架101、钣金蒙皮102、左箱盖103、右箱盖104、摇架105、平衡杆106、减震器107和分层板108。车架101为本发明机器人的主要的支撑部件，其通过分层板108分为上下两层，钣金蒙皮102为本发明机器人的整体外壳，左右箱盖104分布于钣金蒙皮102左右两侧，摇架105左右同轴对称分布四个，摇架105连接平衡杆106和车轮204，平衡杆106连接左右两侧同轴的摇架105，减震器107左右对称分布四根，减震器107连接摇架105和车架101，分层板108位于车架101内。以上采用摇架105、平衡杆106、减震器107构成的纵臂独立悬架系统，能提高装置的运行稳定性。
驱动机构200，包括直流电机201、球笼联轴器202、减速器203、车轮204、驱动器组件205、减速器法兰206和花键轴207。直流电机201位于车架101的内侧尾部，直流电机201和减速器203之间通过减速器法兰206连接，球笼联轴器202连接车轮204和减速器203，减速器203在车架101内部左右对称分布四个，位于车架101尾部的减速器203连接减速器法兰206、球笼联轴器202和花键轴207，位于车架101前端的减速器203连接花键轴207和球笼联轴器202，车轮204左右对称分布四个，车轮204与摇架105和球笼联轴器202相连，驱动器组件205与直流电机201用信号线连接；减速器法兰206左右对称分布六个，位于机器人车架101内部的前端设置两个，尾端设置四个，尾端四个减速器法兰206分别与直流电机201、减速器203连接，以及和减速器203、花键轴207连接，前端两减速器法兰206与减速器203和花键轴207连接，花键轴207与前端减速器法兰206和后端靠近前侧的减速器法兰206连接。
电气部分300，包括电池301、车灯302、电源管理系统303、充电器304、主控制器305和远程手持控制终端。电池301位于车架101底层，分别与电源管理系统303、充电器304、主控制器305和驱动器组件205通过电源线连接，车灯302位于钣金蒙皮102的前后侧上端车灯302安装孔内，电源管理系统303位于机器人的左侧，电源管理系统303与电池301连接，充电器304位于机器人的右侧，充电器304与电池301连接，主控制器305位于分层板108的上表面，其与驱动器组件205和信息采集装置400通过信号线连接，主控制器305内部包含信号接、发装置。主控制器305接收到信号，将信号发送至驱动器组件205，驱动器组件205接收到驱动信号，机器运行。主控制器305还通过信号线和远程手持控制终端相连，远程手持控制终端是具备接收和发送功能的远程遥控器，其上包括显示屏。
信息采集装置400，包括雷达401和图像采集摄像头402，雷达401设置四个，分别安装在钣金蒙皮102的前后左右，其与主控制器305通过信号线连接，图像采集摄像头402也设置四个，安装在雷达401的上方，其也与主控制器305通过信号线连接。雷达401和图像摄像头402采集信号，通过主控制器305发送到远程手持控制终端上，用于显示雷达和图像采集摄像头采集的信号，实时显示机器本体周围情况。
牵引机构500，包括牵引机构支架501、双轴承法兰502、转轴503、编码器504和拉绳位移传感器505，牵引机构支架501安装在分层板108的前侧中间位置，双轴承法兰502位于牵引机构支架501的上侧安装孔内，转轴503穿过双轴承法兰502，其上端连接拉绳位移传感器505，下端连接编码器504，编码器504与转轴503连接，安装于转轴503的下端，拉绳位移传感器505安装在转轴503的上端面。
实施方案（一）
通过电源管理系统303，进行机器人上电，消防人员将消防物资放置于本发明机器人的上表面，人员通过绳索牵引本发明的牵引装置500，人员向前行走，带动牵引绳索，牵引绳索触发本发明的拉绳位移传感器501，拉绳位移传感器501随着人员的移动方位及角度发生空间上的转动，且将人员的移动速度也反馈至拉绳位移传感器501，将方位及速度信号输入至编码器504，编码器504进行信号代码的编写，并将编写的代码传输至主控制器305，主控制器305控制驱动器组件205驱动直流电机201转动，直流电机201将动力输入至各减速器203，通过减速器203进行动力转化后带动球笼联轴器202转动，最后驱动车轮204转动，从而完成运输消防物资的功能。后方人员可以通过远程手持控制终端时时监测机器人周围作业环境，雷达401，可感应机器人周围障碍物的存在情况，雷达401将信号传输至主控制器305，主控制器305再将雷达401信号发送到远程手持控制终端，便于后方人员观察，图像采集摄像头402，采集机器人周围的图像信息，同雷达401作业方式一样，通过主控制器305将信号传输至远程手持控制终端。单人控制状态下，后方人员可以根据远程手持控制终端实时检测机器人本体情况，避免机器本体存在危险。
实施方式（二）
通过电源管理系统303，进行机器人上电，消防人员将消防物资放置于本发明机器人的上表面，人员通过远程手持控制终端将控制型号发送至主控制器305，主控制器305控制驱动器组件205驱动直流电机201转动，直流电机201将动力输入至各减速器203，通过减速器203进行动力转化后带动球笼联轴器202转动，最后驱动车轮204转动，从而完成运输消防物资的功能。后方人员可以通过远程手持控制终端时时监测机器人周围作业环境，雷达401，可感应机器人周围障碍物的存在情况，雷达401将信号传输至主控制器305，主控制器305再将雷达401信号发送到手持控制终端，便于后方人员观察，图像采集摄像头402，采集机器人周围的图像信息，同雷达401作业方式一样，通过主控制器305将信号传输至远程手持控制终端上。
以上实施方式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本发明专利的限制。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，还可以作出若干改进，这些都属于本发明专利的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种自跟随式两用消防机器人，其特征在于，其包括装置本体部分、驱动机构、电气
部分、信息采集装置和牵引机构；其中：
装置本体部分包括车架、分层板、外壳、平衡杆和摇杆；分层板设置在车架内，将外壳包裹在车架外形成的空间分为两层；平衡杆有两根，其平行横向架设在车架的前、后部，每根平衡杆两端分别设置左右同轴对称的摇架，每个摇架上设置一减震器，减震器的另一端和车架相连；
驱动机构包括车轮、球笼联轴器、花键轴、直流电机、减速器和驱动器组件；车轮有四个，分为两组，左右对称分布在车架的两侧，每个车轮和装置本体部分的摇架相连的同时，分别通过球笼联轴器和一减速器相连，减速器左右对称设置在车架的前后端；前端的两个减速器通过花键轴和后端的两个减速器连接，后端的两个减速器和直流电机相连，直接电机设置在车架的内侧尾部，直流电机通过信号线和驱动器组件相连；
电气部分包括电池、电源管理系统、充电器、主控制器和远程手持控制终端；电池分别和电源管理系统、充电器、主控制器以及驱动机构中的驱动器组件连接，主控制器通过信号线分别和驱动器组件、远程手持控制终端相连， 远程手持控制终端上设有显示屏；
信息采集装置包括雷达和图像采集摄像头，雷达和图像采集摄像头分别为4个，分别设置在外壳的前、后、左、右四个方位；雷达和图像采集摄像头分别通过信号线和主控制器相连；
牵引机构包括牵引机构支架、拉绳位移传感器、转轴和编码器；牵引机构支架设置在分层板上，拉绳位移传感器安装在牵引机构支架上，拉绳位移传感器向上伸出外壳外，拉绳位移传感器的下方经由转轴和编码器连接。
2.根据权利要求1的自跟随式两用消防机器人，其特征在于，装置本体部分中，还包括设置在外壳两侧的左、右箱盖，用于分别放置电源管理系统和充电器。
3.根据权利要求1的自跟随式两用消防机器人，其特征在于，驱动机构中的前端的两个减速器和花键轴之间，后端的两个减速器和花键轴之间，以及后端的两个减速器和直流电机之间分别通过减速器法兰连接。
4.根据权利要求1的自跟随式两用消防机器人，其特征在于，驱动器组件和主控制器均设置在分层板的上方。
5.根据权利要求1的自跟随式两用消防机器人，其特征在于，电池、电源管理系统和充电器设置在分层板下方。
6.根据权利要求1的自跟随式两用消防机器人，其特征在于，电气部分中，还包括车灯，车灯为4个，车灯分别对称设置在外壳的前、后方的左右两侧。
7.根据权利要求1的自跟随式两用消防机器人，其特征在于，牵引机构中，拉绳位移传感器、转轴和编码器通过双轴承法兰连接固定。
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