CN111604877B - 一种信标基站释放装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种信标基站释放装置，其包括，移动平台，所述移动平台受控行走或停止；位于移动平台上的推动机构、定位机构以及信标基座组件；其中，所述信标基座组件上安装有若干信标，所述信标用于接收或发送通信信号；所述定位机构用于承载所述信标基座组件并限制所述信标基座组件前后及左右位置，所述推动机构用于推动所述定位机构向所述移动平台的外侧移动，实现所述信标基座组件的释放。本发明的信标基站释放装置可以使信标基座组件在移动平台上的安装固定较为稳定，使信标基座组件随移动平台行进时不容易移位；实现了信标基座组件的可靠定位，特别适用于井下这种较为复杂的地面环境。

Description

一种信标基站释放装置

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种机器人进行远程通讯时使用的信标基站释放机构。

背景技术

矿山开采中瓦斯爆炸、涌水、火灾等事故频繁发生，严重危害工作人员生命安全、制约煤炭作业发展。目前灾害发生后的主要救援手段还是依赖人工救助，由于灾后环境复杂恶劣、空间狭窄、内部有大量机电设备、有毒和易燃易爆气体等，随时可能发生二次灾害，严重威胁救援人员生命安全，对抢夺矿井黄金救援时间提出巨大挑战；随着科技进步，部分矿藏开始采用机器人探测和救援。但发生灾害后，井下原有通讯系统基本瘫痪，机器人在井下侦查探测时信息的传输变得困难，采用有线方式传输信号时，机器人作业范围极短，故无线传输方式更适合复杂恶劣的井下灾害环境。

针对提升机器人无线通讯距离的方式，现有的技术主要分为以下两类:

1.采用机器人作为移动中继站的方案。例如，申请号为201610936244.X的专利公开了一种用于无线中继站的无障碍机器人，机器人具备自主移动功能，顶部携带中继器实现信号中继。这类方案采用机器人作为移动中继，机器人对矿山井下侦察救援时，不仅会增加系统复杂度，而且成本也高。

2.利用机器人移动过程中释放中继站的方案。例如，申请号为201910955220.2的专利公开了一种超长作业半径的井下探测式特种机器人及作业方法，通过使用信标基站释放装置，配合信标基站系统，实现机器人在井下作业时通讯信号的实时增程和通讯功能。但是，该专利的技术方案存在如下技术问题：由于基站存储模块通过前端设置压簧将信标基站压至基站存储模块的基站释放模块处，一方面信标基站的左右方向没有限位，在井下这种复杂的地面环境下信标基站随摆臂机器人行进时容易移位导致整个释放装置失效；同时，基站存储模块存储若干个信标基站时，最先释放的信标基站受到的压簧作用力与最后释放的信标基站受到的压簧作用力相差很大，导致最后释放的信标基站到基站释放模块的位置具有差异，存在无法释放的风险；另外，该信标基站的保护壳体采用不倒翁形，其释放后无法快速稳定于一个设定位置，导致通信信号不稳定的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种信标基站释放装置，以解决目前在矿井下机器人无法可靠释放基站释放模块的技术问题。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案：

一种信标基站释放装置，其包括，移动平台，所述移动平台受控行走或停止；位于移动平台上的推动机构、定位机构以及信标基座组件；其中，所述信标基座组件上安装有若干信标，所述信标用于接收或发送通信信号；所述定位机构用于承载所述信标基座组件并限制所述信标基座组件前后及左右位置，所述推动机构用于推动所述定位机构向所述移动平台的外侧移动，实现所述信标基座组件的释放。

本发明的一些实施方式中，所述定位机构包括：平行设置的第一侧板和第二侧板，所述第一侧板和第二侧板的延伸方向与所述移动平台的移动方向相同；位于第一侧板与所述第二侧板之间的若干组挡板，相邻所述挡板以及第一侧板与所述第二侧板之间用于安装所述信标基座组件。

本发明的一些实施方式中，所述定位机构还包括：第三侧板，所述第三侧板分别与所述第一侧板和所述第二侧板的端部连接。

本发明的一些实施方式中，所述信标基座组件包括：框架，用于安装所述信标；辅助支撑部，所述辅助支撑部可伸缩地安装于所述框架外侧；

本发明的一些实施方式中，所述辅助支撑部收缩时用于定位于所述定位机构内，所述辅助支撑部伸展时用于实现所述框架的辅助支撑。

本发明的一些实施方式中，所述辅助支撑部设置为四个，所述框架的相对两个侧面分别设置两个所述辅助支撑部。

本发明的一些实施方式中，所述辅助支撑部包括：固定于所述框架上的支臂；支腿，所述支腿铰接于所述支臂上；固定于所述框架上的滑轨；连杆，所述连杆一端铰接于所述支腿上，另一端滑动连接于所述滑轨上。

本发明的一些实施方式中，所述辅助支撑部还包括：弹簧，所述弹簧安装于所述滑轨内，所述弹簧用于向所述连杆提供向下的作用力。

本发明的一些实施方式中，所述连杆的端部设有球头，所述滑轨为滑轨槽，所述球头延所述滑轨槽上下滑动，所述滑轨槽的槽口宽度小于所述球头宽度。

本发明的一些实施方式中，所述推动机构包括：驱动电机，安装于所述移动平台上；驱动杆，所述驱动杆在所述驱动电机的驱动下伸缩；推板，所述推板一端连接于所述驱动杆上，另一端与所述定位机构连接，进而带动所述定位机构移动。

本发明的一些实施方式中，还包括用于引导所述定位机构移动方向的导向机构，所述导向机构包括：导向基座，所述导向基座安装于所述移动平台上；导向轨道，所述导向轨道滑动连接于所述导向基座上，所述定位机构固定于所述导向轨道上。

本发明的一些实施方式中，所述导向机构与所述推动机构分别位于所述定位机构的两侧。

本发明相比现有技术具有如下技术效果：

本发明提供的信标基站释放装置中，在移动平台上设置推动机构、定位机构以及信标基座组件；定位机构限制了所述信标基座组件前后及左右位置，相比现有技术，定位机构可以使信标基座组件在移动平台上的安装固定较为稳定，使信标基座组件随移动平台行进时不容易移位；实现了信标基座组件的可靠定位，特别适用于井下这种较为复杂的地面环境；通过推动机构推动定位机构向移动平台的外侧移动，在信标基座组件的重力作用下实现了信标基座组件的释放。该信标基站释放装置提高了在井下等复杂电磁环境下机器人的无线通讯距离，提升了机器人的作业范围。

附图说明

图1是本发明的信标基站释放装置一种具体实施方式的结构示意图；

图2是本发明的信标基站释放装置的俯视图；

图3是本发明的推动机构、定位机构、导向机构以及信标基座组件之间位置关系图；

图4是本发明的信标基座组件的结构示意图；

图5是本发明的信标基座组件的局部放大图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

如图1为本发明提供的信标基站释放装置的一种具体的实施方式。该信标基站释放装置包括：移动平台100以及位于移动平台100上的推动机构200、定位机构300、导向机构500以及信标基座组件400。

其中，所述移动平台100受控行走或停止以带动上述机构在井下行走，根据井下信号强弱确定信标基站释放装置是否释放信标基座组件400。所述信标基座组件400上安装有若干信标403，所述信标403用于接收或发送通信信号；所述定位机构300用于限定所述信标基座组件400前后及左右位置，所述推动机构200则用于推动所述定位机构300向所述移动平台100的外侧移动，当所述定位机构300被推动至移动平台100外侧时，在信标基座组件400的重力作用下实现所述信标基座组件400的释放。

上述信标基站释放装置中，定位机构300限制所述信标基座组件400前后及左右位置，可以使信标基座组件400与定位机构300的安装定位较为稳固，信标基座组件400随移动平台100在井下这种较为复杂的地面环境移动时，不会相对移动平台100移位，进而提高了该释放装置释放信标基座组件400的可靠性。

以下对各个信标基站释放装置的各个机构以及各个机构的工作方式进行详细介绍。

<移动平台100>

移动平台100包括移动平台100本体以及摆臂越障模块、履带行走模块、控制驱动模块、平台通讯模块、能源模块、通讯天线、探测模块等。移动平台100本体为方形腔体构造，内部设置有各电气元件等。移动平台100本体的左右两侧均连接有履带行走模块，履带行走模块的前后两端均设有摆臂越障模块，控制驱动模块、平台通讯模块、能源模块、通讯天线、探测模块均设置于移动平台100本体上(图中未示出)。控制驱动模块是机器人的控制和通讯核心，控制驱动模块可实现对摆臂越障模块相对车体的角度调整，从而实现高性能越障，同时还可实现对履带行走模块的运动驱动，从而实现车体行进、转弯等功能。平台通讯模块主要实现机器人与通讯扩展组件及地面控制站的稳定通讯，能源模块为整套机器人提供能源供应。探测模块为各类探测的环境传感器，连接控制驱动模块，可实时采集各类环境参数并传输给控制驱动模块，通过平台通讯模块和通讯天线传输至地面控制站供工作人员分析和决策。

<定位机构300>

如图2所示，所述定位机构300用于限定所述信标基座组件400前后及左右位置，其包括：

平行设置的第一侧板301和第二侧板302，所述第一侧板301和第二侧板302的延伸方向与所述移动平台100的移动方向相同；用于限制所述信标基座组件400的左右位置；

位于第一侧板301与所述第二侧板302之间的若干组挡板304，所述挡板304的板面于所述第一侧板301和第二侧板302的板面垂直，所述挡板304用于限制所述信标基座组件400的前后位置；

若干信标基座组件400放置于相邻所述挡板304以及第一侧板301与所述第二侧板302之间，实现了前后左右四个方向的限位，避免信标基座组件400随移动平台100前进时相对移动平台100移位。

为了使定位机构300连接成为一个整体，该定位机构300还包括第三侧板303，所述第三侧板303分别与所述第一侧板301和所述第二侧板302的端部连接，这样，第一侧板301、所述第二侧板302以及第三侧板303形成了一个U形的容置空间，用于容置所述信标基座组件400。

具体地，所述挡板304可以为连接于所述第一侧板301和所述第二侧板302之间的一整块板，这种方式中，所述信标基座组件400与挡板304的接触面积较大，释放时摩擦力较大释放速度较慢。因此，本实施方式中，如图2所示，在所述第一侧板301和所述第二侧板302的相对两侧对称地设置两块所述挡板304，信标基座组件400的部分壁面与所述挡板304接触，定位机构300移动至移动平台100外侧时，信标基座组件400很容易被释放。

<信标基座组件400>

为了实现所述信标基座组件400的可靠支撑，如图4所示，所述信标基座组件400包括信标403、用于安装所述信标403的框架401以及辅助支撑部402。

其中，所述信标403包括信标基体4032以及安装在信标基座上的天线4031。天线4031用以实现信号接收、发送，固定于信标基体4032上，信标基体4032外部为方形壳体，内部包含调制解调电路、信号放大电路和供电电源组件。

具体地，所述框架401采用方形框状结构用于容置信标基体4032，其可以使信标403的天线保持；所述辅助支撑部402收缩时用于定位于所述定位机构300内，所述辅助支撑部402伸展时用于实现所述框架401的辅助支撑。相比于单纯的框架401支撑，通过设置辅助支撑部402可以提高信标基座组件400落地时的支撑面积，使信标基座组件400的稳定性大大增加。

为了进一步地提高支撑稳定性，所述辅助支撑部402设置为四个，所述框架401的相对两个侧面分别设置两个所述辅助支撑部402。四个辅助支撑部402两两对称设置，避免位于框架401内部的信标403歪斜导致信号不稳。

所述辅助支撑部402的结构不唯一，作为优选，本实施方式中，如图4所示，其包括固定于所述框架401上的支臂4021，铰接于所述支臂4021上的支腿4022，还包括固定于所述框架401上的滑轨4023，以及一端铰接于所述支腿4022上，另一端滑动连接于所述滑轨4023上的连杆4024。这样，在移动平台100移动过程中，连杆4024在滑轨4023上向上移动，支腿4022收缩至贴近所述滑轨4023的位置，将其定位至所述定位机构300内。当释放所述信标基座组件400时，支腿4022在滑轨4023上向下移动，支腿4022伸展至远离所述框架401的位置，四个支腿4022形成支撑所述框架401的稳定支点，框架401不接触地面，信标403更加稳定，信号稳定性更好。

为了使所述信标基座组件400释放时支腿4022可靠的伸展，所述辅助支撑部402还包括用于向所述连杆4024提供向下的作用力的弹簧，所述弹簧安装于所述滑轨4023内。这样，在支腿4022收缩时，所述弹簧压缩积蓄弹性势能，在释放所述信标基座组件400时，弹簧的弹力作用下连杆4024快速向下移动，使所述支腿4022伸展开。

更具体地，所述支臂4021与所述支腿4022采用如下铰接结构：

所述支臂4021上设有槽口，所述支臂4021在所述槽口两侧设有第一铰接孔；所述支腿4022的端部插接于所述槽口内，且所述支腿4022的端部设有第二铰接孔，通过传设于第一铰接孔与第二铰接孔的销轴实现两者的铰接连接。

更具体地，所述连杆4024与所述支腿4022采用如下铰接结构：

所述支腿4022上设有槽口，所述连杆4024的端部插接于所述支腿4022的槽口内并通过销钉实现铰接。

更具体地，所述连杆4024与所述滑轨4023采用如下结构实现滑动连接：

如图5所示，所述滑轨4023设置为滑轨槽，所述连杆4024的端部设有球头4024a，所述球头4024a插接于所述滑轨槽上，并延滑轨槽上下滑动，所述滑轨槽的槽口宽度小于所述球头宽度。所述弹簧设置于所述滑轨槽内，其下端作用于所述连杆4024的球头上。

<推动机构200>

所述推动机构200包括：安装于所述移动平台100上的驱动电机201；在所述驱动电机201的驱动下伸缩的驱动杆202；以及连接于所述驱动杆202上的推板203，所述推板203的另一端与所述定位机构300连接。这样，在所述驱动电机201的作用下，驱动杆202随驱动板向前移动或后退，进而带动所述定位机构300移动。推动机构200与所述定位机构300刚性连接且带动定位机构300，其直接将驱动力传动至所述定位机构300上。

具体地，所述推板203与定位机构300中的第一侧板301或第二侧板302的端部固定连接。

进一步的，根据实际应用需求，驱动杆202的伸缩级数N≥1；当需要多个信标403释放时，N数可选择较大的数值，驱动杆202的伸缩长度行程变长。

进一步的，所述驱动电机201一般与移动平台100的通讯端口连接，通过移动平台100发出控制指令，控制驱动电机201转动，带动驱动杆202前移或后移。

<导向机构500>

由于，驱动杆202在移动过程中在垂直于其移动路径上会有一定的晃动，为此，该信标403释放装置还设置了一个用于引导所述定位机构300移动方向的导向机构500。

如图2所示，所述导向机构500包括：导向基座501，所述导向基座501安装于所述移动平台100上；导向轨道502，所述导向轨道502滑动连接于所述导向基座501上，所述定位机构300固定于所述导向轨道502上。

具体地，所述导向基座501为纵截面为L形轨道，所述导向轨道502为与所述导向基座501之间通过滚珠结构配合的L形轨道。其中，所述导向轨道501与所述第一侧板301或第二侧板302的端部固定。

为了保持平衡，所述导向机构500与所述驱动杆202机构分别设置于所述定位机构300的两侧。这样，在驱动杆202机构与所述导向机构500的带动下，所述定位机构可以稳定地前进或后退。

<信标403释放装置的工作过程>

上述信标基站释放装置的装载信标403以及释放信标403方法如下：

1.信标基座组件400与信标403前期的装载步骤如下：

S1:控制驱动电机201转动，带动驱动杆202前移至最顶端，使推板203处于移动平台100上；

S2:将第一个信标403装载至框架401内，手动按压支腿4022，力矩经支腿4022转递至连杆4024直至弹簧上，弹簧被压缩，支腿4022被按下并贴合至所述滑轨4023，此时将信标基座组件400装入由第一侧板301、第二侧板302和所述挡板304组成的框架401内；

S3:依次循环步骤S2，将下一个装载有信标403的信标基座组件400沿第一侧板301、第二侧板302向前装载，直至最后一个信标基座组件400装载上。

2.信标基座组件400与信标403的释放步骤如下：

S1:控制驱动电机201转动，带动驱动杆202移动，驱动驱动杆202伸长，带动推板203前进，进而推动定位机构300后移；当定位机构300中的最外侧的容置所述信标基座组件400的部分移动至所述移动平台100外侧时，此时位于此容置空间内的信标基座组件400在重力作用下释放下落，下落过程中，支腿4022在由所述挡板304以及第一侧板301和第二侧板302组成的方形框架401内壁摩擦下移，起到定位作用，防止标基座组件下落过程中偏移或歪倒。同时，在弹簧弹力作用下，连杆4024的上端在弹簧滑轨4023内下移，由于连杆4024通过球头、通孔和支腿4022铰连接，而支腿4022上端与支臂4021铰连接，带动支腿4022下端外扩，当连杆4024的上端的球头运动至滑轨4023内的滑槽最底端时，连杆4024停止下移，支腿4022相对框架401形成一定角度支撑作用，当信标基座组件400与信标403下落至地面后，支腿4022从而增加信标基座组件400的受力面积和受力点，实现稳定支撑效果。此后，信标403开始实现中继信号放大器作用进行工作，提升机器人无线通讯效率。

S2:机器人前进至某处，当对无线信号传输放大有需求时，继续控制驱动电机201转动，驱动杆202推动定位机构300后移，第2个信标基座组件400在重力作用下继续释放下落至地面并利用支腿4022实现支撑作用，此后该信标403进行通讯和信号放大作业。

S3:依次按照步骤S1循环，直到最后一个信标基座组件400与信标403下落至地面后，至此信标基座组件400与信标403的释放过程结束。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种信标基站释放装置，其特征在于，其包括，

移动平台，所述移动平台受控行走或停止；

位于移动平台上的推动机构、定位机构以及信标基座组件；

其中，所述信标基座组件上安装有若干信标，所述信标用于接收或发送通信信号；

所述定位机构用于承载所述信标基座组件并限制所述信标基座组件前后及左右位置；

所述推动机构用于推动所述定位机构向所述移动平台的外侧移动，实现所述信标基座组件的释放。

2.根据权利要求1所述的信标基站释放装置，其特征在于，所述定位机构包括：

平行设置的第一侧板和第二侧板，所述第一侧板和第二侧板的延伸方向与所述移动平台的移动方向相同；

位于第一侧板与所述第二侧板之间的若干组挡板，相邻所述挡板以及第一侧板与所述第二侧板之间用于安装所述信标基座组件。

3.根据权利要求2所述的信标基站释放装置，其特征在于，所述定位机构还包括：

第三侧板，所述第三侧板分别与所述第一侧板和所述第二侧板的端部连接。

4.根据权利要求1-3任一所述的信标基站释放装置，其特征在于，所述信标基座组件包括：

框架，用于安装所述信标；

辅助支撑部，所述辅助支撑部可伸缩地安装于所述框架外侧；

所述辅助支撑部收缩时定位于所述定位机构内，所述辅助支撑部伸展时用于实现所述框架的辅助支撑。

5.根据权利要求4所述的信标基站释放装置，其特征在于，

所述辅助支撑部设置为四个，所述框架的相对两个侧面分别设置两个所述辅助支撑部。

6.根据权利要求4所述的信标基站释放装置，其特征在于，所述辅助支撑部包括：

固定于所述框架上的支臂；

支腿，所述支腿铰接于所述支臂上；

固定于所述框架上的滑轨；

连杆，所述连杆一端铰接于所述支腿上，另一端滑动连接于所述滑轨上。

7.根据权利要求6所述的信标基站释放装置，其特征在于，所述辅助支撑部还包括：

弹簧，所述弹簧安装于所述滑轨内，所述弹簧用于向所述连杆提供向下的作用力。

8.根据权利要求6所述的信标基站释放装置，其特征在于，所述连杆的端部设有球头，所述滑轨为滑轨槽，所述球头延所述滑轨槽上下滑动，所述滑轨槽的槽口宽度小于所述球头宽度。

9.根据权利要求1所述的信标基站释放装置，其特征在于，所述推动机构包括：

驱动电机，安装于所述移动平台上；

驱动杆，所述驱动杆在所述驱动电机的驱动下伸缩；

推板，所述推板一端连接于所述驱动杆上，另一端与所述定位机构连接，进而带动所述定位机构移动。

10.根据权利要求9所述的信标基站释放装置，其特征在于，还包括用于引导所述定位机构移动方向的导向机构，所述导向机构包括：

导向基座，所述导向基座安装于所述移动平台上；

导向轨道，所述导向轨道滑动连接于所述导向基座上，所述定位机构固定于所述导向轨道上。

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