CN112091929B - 核应急机器人在狭窄空间的通行方法 - Google Patents

Abstract

核应急机器人在狭窄空间的通行方法，应用于核应急多功能作业机器人；通行步骤如下：1，判断是否存在地面障碍物及是否影响通行；2，根据地面障碍物的高度抬升底座地面净空高度；3，折叠机械臂；4、判断前方狭窄空间是否允许通行；5，通过前方狭窄空间。本发明的优点在于：1、在狭窄空间通行时，机械臂的体积大幅缩小，机械臂的重心高度得到降低且更靠近基座中心区域，使作业机器人的体积和高度得到有效缩减，有利于作业机器人通过核应急场景下的狭窄空间；2、在狭窄空间通行时，可识别行进路线上是否存在高于底座地面净空高度的障碍物，并采取相应的避让策略，以避免底座被剐蹭。

Description

核应急机器人在狭窄空间的通行方法

技术领域

本发明涉及核应急机器人技术领域，特别是一种核应急机器人在狭窄空间的通行方法。

背景技术

随着核电产业的快速发展，对核安全的要求也日益提高，对核电站应急响应机器人的研发需求也逐渐凸显。核电站应急机器人涉及的电气部件耐辐射性能、机器人系统耐辐射性能、系统可靠性及功能多样化都是应急机器人的设计重点和难点。

对核电站应急情况而言，在核辐射环境下发生的事故存在较大的辐射风险，尤其需要核应急机器人参与各项救援工作，核应急机器人可代替操作人员，针对核设施紧急情况采取措施(例如切割、焊接、钻孔作业)。由于核电站现场设施及周围环境条件复杂，从而对核应急机器人设计提出了诸多要求。

其中较为重要的一项要求是：受到现场入口及通道尺寸的限制，核应急机器人应具有在狭窄空间通行的能力。为实现该功能，一方面要求核应急机器人具有完善的折叠结构设计，以便缩小自身体积通过狭窄空间；另一方面要求核应急机器人具有检测及避让地面障碍物的功能设计，以避免通过狭窄空间时底座被剐蹭。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，而提供一种核应急机器人在狭窄空间的通行方法，它满足了核应急机器人能在狭窄空间通行的功能需求。

本发明的技术方案是：核应急机器人在狭窄空间的通行方法，应用于核应急多功能作业机器人；所述的核应急多功能作业机器人，包括基座、机械臂、工具换接装置、运动支持装置及传感器组件；基座包括底座、安装座A、安装座B、安装座C、回转驱动机构A和回转驱动机构B；安装座B上设有安装缺口B，安装缺口B内设有滑轨；机械臂包括臂A、转轴A、第一转动机构、臂B、转轴B、第二转动机构和末端连接机构；臂A上设有条形槽；第一转动机构包括滑块A、液压缸A及液压缸B；臂B包括后段杆、前段杆和液压缸E；第二转动机构包括液压缸C和四连杆机构，四连杆机构包括两个菱形框架和一根连接杆；工具换接装置包括可相互对接或分离的公接头和母接头，公接头活动连接在臂B的前段杆的前端，母接头用于连接末端工具；运动支持装置包括液压马达A、液压马达B、伸缩套筒、支持壳体、轮带组件和驱动组件；伸缩套筒包括前段套筒、后段套筒和液压缸F；轮带组件包括一号轮、一号轮轴、二号轮、二号轮轴和履带；驱动组件包括电机C、齿轮A、齿轮B、齿轮C、齿轮轴A、齿轮轴B、齿轮D和齿轮E；传感器组件包括激光接近传感器A、摄像头、激光接近传感器B及倾斜传感器；激光接近传感器A设在底座下端，摄像头安装在安装座A上；激光接近传感器B安装在安装座A两侧壁上；倾斜传感器安装在安装座A的前端两侧和后端两侧；

通行方法步骤如下：

S01，判断是否存在地面障碍物及是否影响通行：

a、核应急多功能作业机器人在行进过程中，通过摄像头的实时拍摄画面，判断前方是否出现狭窄空间，若出现狭窄空间，则行进至靠近狭窄空间入口处时停止移动；

b、结合激光接近传感器A的检测数据和摄像头的实时拍摄画面，判断前方地面上是否有高于底座地面净空高度的障碍物；若有，则进入S02步骤；若没有，则进入S03步骤；

S02，根据地面障碍物的高度抬升底座地面净空高度：

a、控制四处运动支持装置的液压马达B启动，液压马达B的转轴水平转动，带动运动支持装置的伸缩套筒、支持壳体、轮带组件和驱动组件同步向下转动，以抬升底座地面净空高度，当激光接近传感器A检测到底座地面净空高度高于地面障碍物时起，底座继续抬升h高度后停止抬升，然后进入S03步骤；

b、若通过a分步骤将底座地面净空高度抬升至最高时，激光接近传感器A检测到地面障碍物仍高于底座地面净空高度，则控制四处运动支持装置的液压缸F的活塞杆伸出，带动伸缩套筒的后段套筒向远离前段套筒的方向移动，使四处运动支持装置的伸缩套筒伸长，以进一步抬升底座地面净空高度，当激光接近传感器A检测到地面障碍物低于底座地面净空高度时起，底座继续抬升h高度后停止抬升，进入S03步骤；

c、若通过b分步骤将底座抬升至y高度时，激光接近传感器A检测到地面障碍物仍高于底座地面净空高度，则由操作人员控制核应急多功能作业机器人改变行进路线；

本步骤中，y=H-h，H为通过b分步骤所能将底座抬升的最高高度，h为安全高度，h的取值为2～5cm；

S03，折叠机械臂：

a、缩短臂B：控制液压缸E的活塞杆缩回，带动臂B的前段杆缩回到后段杆的内孔中，使臂B缩短；

b、臂B向下转动：控制液压缸C的活塞杆缩回，通过连接杆带动牵动两个菱形框架同步变形，进而带动臂B绕转轴B向下转动，当臂B转动至极限位置时，液压缸C的活塞杆停止动作，此时，臂B的下部分嵌入臂A的条形槽内；

c、臂A向上转动：控制液压缸A的活塞杆缩回，进而带动滑块A沿着滑轨向靠近臂A的方向移动，通过滑块A带动液压缸B的缸体向靠近臂A的方向移动，使臂A绕转轴A向上转动，再控制液压缸B的活塞杆伸出，使臂A绕转轴A进一步向上转动，直至臂A转动至极限位置；

d、连接架向下转动：控制液压缸D的活塞杆伸出，推动连接架绕第一铰接部向下转动，进而带动工具换接装置和末端工具向下转动；

S04，判断前方狭窄空间是否允许通行：

a、调整核应急多功能作业机器人的位姿，使其正对前方狭窄空间的入口；

b、结合摄像头的实时拍摄画面和激光接近传感器B的检测数据，综合判断前方狭窄空间入口处的宽度和高度是否允许作业机器人通过；若能通过，则进入S05步骤；若不能通过，则由操作人员控制核应急多功能作业机器人改变行进路线；

S05，通过前方狭窄空间：操作人员通过摄像头的实时拍摄画面，控制四处运动支持装置产生动作，使核应急多功能作业机器人通过前方狭窄空间；

本步骤中，运动支持装置的动作如下：电机C启动，电机C的动力通过齿轮A同时传递至齿轮B和齿轮C上，再通过齿轮B和齿轮C分别传递至齿轮D和齿轮E上，接着通过齿轮D和齿轮E分别传递至一号轮轴和二号轮轴上，再通过一号轮轴和二号轮轴分别驱动一号轮和二号轮同步转动，一号轮和二号轮转动的同时带动履带回转。

本发明进一步的技术方案是：S01步骤开始之前，核应急多功能作业机器人以初始姿态行进；初始姿态下：在保证底座不剐蹭到地面障碍物的前提下，底座地面净空高度降至最低；安装座B上的安装缺口B在回转驱动机构A驱动下转动至朝向基座正前方。

本发明进一步的技术方案是：S01步骤中，核应急多功能作业机器人行进至距离狭窄空间入口0.5～2m时停止移动。

本发明进一步的技术方案是：S02步骤中，四处运动支持装置的液压马达B的转动角度相同，以使底座地面净空高度抬升后仍保持平稳和水平；四处运动支持装置的液压马达B同步转动，以使底座地面净空高度抬升过程中保持平稳和水平；

本发明进一步的技术方案是：S02步骤中，四处运动支持装置的液压缸F伸出长度相同，以使底座地面净空高度抬升后仍保持平稳和水平；四处运动支持装置的液压缸F同步伸出，以使底座地面净空高度抬升过程中保持平稳和水平。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、在狭窄空间通行时，机械臂的体积大幅缩小，机械臂的重心高度得到降低且更靠近基座的中心区域，底座的地面净空高度在不剐蹭地面障碍物的前提下降至最低，使作业机器人的体积和高度得到有效缩减，有利于作业机器人通过核应急场景下的狭窄空间。

2、在狭窄空间通行时，可识别行进路线上是否存在高于底座地面净空高度的地面障碍物，并采取相应的避让策略，以避免底座被剐蹭。

以下结合图和实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为本发明在躲避地面障碍物的状态下通过狭窄空间的状态图；

图2为本发明未躲避地面障碍物的状态下通过狭窄空间的状态图；

图3为核应急多功能作业机器人的结构示意图；

图4为基座的结构示意图；

图5为基座中的底座的结构示意图；

图6为基座中的安装座A的结构示意图；

图7为基座中的安装座B的结构示意图；

图8为基座中的回转驱动机构A的结构示意图；

图9为基座中的回转驱动机构B的结构示意图；

图10为基座中的回转驱动机构A的安装位置示意图；

图11为基座中的回转驱动机构B的安装位置示意图；

图12为机械臂的结构示意图；

图13为机械臂中的第一转动机构和第二转动机构安装位置示意图；

图14为机械臂中的连接架的结构示意图；

图15为运动支持装置的安装位置示意图；

图16为运动支持装置的爆炸图；

图17为运动支持装置的结构示意图；

图18为传感器组件的安装位置示意图。

图例说明：底座11；电机安装孔A111；电机安装孔B112；安装缺口A113；安装座A12；前部安装区域121；后部安装区域122；安装座B13；安装缺口B131；滑轨1311；安装座C14；安置腔141；上安置腔1411；下安置腔1412；定位台阶面1413；电机A151；主动齿轮152；主动齿轮轴153；从动齿轮154；电机B161；主动销轮162；圆销1621；锁止凸弧1622；回转槽轮轴163；从动槽轮164；锁止凹弧1641；插槽1642；

臂A21；条形槽211；弧形弯曲段212；转轴A22；滑块A231；液压缸A232；液压缸B233；臂B24；后段杆241；前段杆242；液压缸E243；转轴B25；液压缸C261；菱形框架262；一号杆2621；二号杆2622；三号杆2623；连接杆263；连接架271；第一铰接部2711；第二铰接部2712；第三铰接部2713；液压缸D272；

公接头31；母接头32；

运动支持装置4；液压马达A41；液压马达B42；伸缩套筒43；前段套筒431；后段套筒432；液压缸F433；支持壳体44；一号轮451；一号轮轴452；二号轮453；二号轮轴454；履带455；防滑齿4551；电机C461；齿轮A462；齿轮B463；齿轮C464；齿轮轴A465；齿轮轴B466；齿轮D467；齿轮E468；

摄像头51；激光接近传感器B52；倾斜传感器53。

具体实施方式

实施例1：

如图1-17所示，核应急机器人在狭窄空间的通行方法，应用于核应急多功能作业机器人。

核应急多功能作业机器人，包括基座、机械臂、工具换接装置、运动支持装置4及传感器组件；基座包括底座11、安装座A12、安装座B13、安装座C14、回转驱动机构A和回转驱动机构B；安装座B13上设有安装缺口B131，安装缺口B131内设有滑轨1311；机械臂包括臂A21、转轴A22、第一转动机构、臂B24、转轴B25、第二转动机构和末端连接机构；臂A21上设有条形槽211；第一转动机构包括滑块A231、液压缸A232及液压缸B233；臂B24包括后段杆241、前段杆242和液压缸E243；第二转动机构包括液压缸C261和四连杆机构，四连杆机构包括两个菱形框架262和一根连接杆263；工具换接装置包括可相互对接或分离的公接头31和母接头32，公接头31活动连接在臂B24的前段杆242的前端，母接头32用于连接末端工具；运动支持装置4包括液压马达A41、液压马达B42、伸缩套筒43、支持壳体44、轮带组件和驱动组件；伸缩套筒43包括前段套筒431、后段套筒432和液压缸F433；轮带组件包括一号轮451、一号轮轴452、二号轮453、二号轮轴454和履带455；驱动组件包括电机C461、齿轮A462、齿轮B463、齿轮C464、齿轮轴A465、齿轮轴B466、齿轮D467和齿轮E468；传感器组件包括激光接近传感器A、摄像头、激光接近传感器B及倾斜传感器；激光接近传感器A设在底座11下端，摄像头安装在安装座A12上；激光接近传感器B安装在安装座A12两侧壁上；倾斜传感器安装在安装座A12的前端两侧和后端两侧。

通行步骤如下：

S01，判断是否存在地面障碍物及是否影响通行：

a、核应急多功能作业机器人在行进过程中，通过摄像头51的实时拍摄画面，判断前方是否出现狭窄空间，若出现狭窄空间，则行进至靠近狭窄空间入口处时停止移动；

b、结合激光接近传感器A的检测数据和摄像头51的实时拍摄画面，判断地面上是否有高于底座地面净空高度的障碍物；若有，则进入S02步骤；若没有，则进入S03步骤；

本步骤开始之前，核应急多功能作业机器人以初始姿态行进；初始姿态下：在保证底座11不剐蹭到地面障碍物的前提下，底座地面净空高度降至最低；安装座B13上的安装缺口B131在回转驱动机构A驱动下转动至朝向基座正前方。

S02，根据地面障碍物的高度抬升底座地面净空高度：

a、控制四处运动支持装置4的液压马达B42启动，使四处运动支持装置4分别绕各自液压马达B42的转轴向下转动，以抬升底座地面净空高度，当激光接近传感器A检测到底座地面净空高度高于地面障碍物时起，底座11继续抬升h高度后停止抬升，然后进入S03步骤；

b、若通过a分步骤将底座地面净空高度抬升至最高时，激光接近传感器A检测到地面障碍物仍高于底座地面净空高度，则控制四处运动支持装置4的液压缸F433伸出，带动伸缩套筒43的后段套筒432向远离前段套筒431的方向移动，使四处运动支持装置4的伸缩套筒43伸长，以进一步抬升底座地面净空高度，当激光接近传感器A检测到地面障碍物低于底座地面净空高度时起，底座11继续抬升h高度后停止抬升，进入S03步骤；

c、若通过b分步骤将底座11抬升至y高度时，激光接近传感器A检测到地面障碍物仍高于底座地面净空高度，则由操作人员控制核应急多功能作业机器人改变行进路线；

本步骤中，y=H-h，H为通过b分步骤所能将底座11抬升的最高高度，h的取值为2～5cm。

S03，折叠机械臂：

a、缩短臂B：控制液压缸E243的活塞杆缩回，进而带动臂B24的前段杆242缩回到后段杆241中，使臂B24缩短；

b、臂B向下转动：控制液压缸C261的活塞杆缩回，通过连接杆263带动牵动两个菱形框架262同步变形，进而带动臂B24绕转轴B25向下转动，当臂B24转动至极限位置时，液压缸C261的活塞杆停止动作，此时，臂B24的下部分嵌入臂A21的条形槽211内；

c、臂A向上转动：控制液压缸A232的活塞杆缩回，进而带动滑块A231沿着滑轨1311向靠近臂A21的方向移动，通过滑块A231带动液压缸B233的缸体向靠近臂A21的方向移动，使臂A21绕转轴A22向上转动，再控制液压缸B233的活塞杆伸出，使臂A21绕转轴A22进一步向上转动，直至臂A21转动至极限位置；

d、连接架向下转动：控制液压缸D272的活塞杆伸出，推动连接架271绕第一铰接部2711向下转动，进而带动工具换接装置和末端工具向下转动。

S04，判断前方狭窄空间是否允许通行：

a、调整核应急多功能作业机器人的位姿，使其正对前方狭窄空间的入口；

b、结合摄像头51的实时拍摄画面和激光接近传感器B52的检测数据，综合判断前方狭窄空间入口处的宽度和高度是否允许作业机器人通过；若能通过，则进入S05步骤；若不能通过，则由操作人员控制核应急多功能作业机器人改变行进路线。

S05，通过前方狭窄空间：操作人员通过摄像头51的实时拍摄画面，控制四处运动支持装置产生动作，使核应急多功能作业机器人通过前方狭窄空间；

本步骤中，运动支持装置的动作如下：电机C461启动，电机C461的动力通过齿轮A462同时传递至齿轮B463和齿轮C464上，再通过齿轮B463和齿轮C464分别传递至齿轮D467和齿轮E468上，接着通过齿轮D467和齿轮E468分别传递至一号轮轴452和二号轮轴454上，再通过一号轮轴452和二号轮轴454分别驱动一号轮451和二号轮453同步转动，一号轮和二号轮转动的同时带动履带455回转。

完成上述操作后，机械臂的体积大幅缩小，机械臂的重心高度得到降低且更靠近基座的中心区域，底座地面净空高度在不剐蹭地面障碍物的前提下降至最低，使作业机器人的体积和高度得到有效缩减，有利于作业机器人通过核应急场景下的狭窄空间。

优选，S01步骤中，核应急多功能作业机器人行进至距离狭窄空间入口0.5～2m处时停止移动。

优选，S02步骤中，四处运动支持装置4的液压马达B42的转动角度相同，以使底座地面净空高度抬升后仍保持平稳和水平；四处运动支持装置4的液压马达B42同步转动，以使底座地面净空高度抬升过程中保持平稳和水平。

优选，S02步骤中，四处运动支持装置4的液压缸F433伸出长度相同，以使底座地面净空高度抬升后仍保持平稳和水平；四处运动支持装置4的液压缸F433同步伸出，以使底座地面净空高度抬升过程中保持平稳和水平。

如图1-17所示，核应急多功能作业机器人，包括基座、机械臂、工具换接装置、运动支持装置4及传感器组件。

基座包括底座11、安装座A12、安装座B13、安装座C14、回转驱动机构A和回转驱动机构B。

底座11上设有电机安装孔A111和电机安装孔B112，底座11的前端两侧和后端两侧分别设有用于安装运动支持装置的安装缺口A113。

安装座A12固定安装在底座11上端，其前后两端分别设有前部安装区域121和后部安装区域122，前部安装区域121为设在安装座A12前端、从上至下贯通安装座A12的弧形缺口，后部安装区域122为设在安装座A12后端、从上至下贯通安装座A12的安装孔。

安装座B13活动安装在安装座A12的前部安装区域121中，安装座B13呈圆柱形，并与前部安装区域121的弧度相适应，其上设有用于安装机械臂的安装缺口B131，安装缺口B131的底部设有滑轨1311。

安装座C14活动安装在安装座A12的后部安装区域122中，安装座C14呈圆柱形，并与后部安装区域122的孔径相适应，其上设有绕安装座C14的中心线呈环形均布的三个安置腔141，安置腔141从上至下依次包括用于放置母接头32的上安置腔1411和用于容纳与母接头32相连接的末端工具的下安置腔1412，上安置腔1411在安装座C14的上端形成开口。

回转驱动机构A安装在底座11与安装座B13之间，以驱动安装座B13做水平方向的旋转。回转驱动机构A包括电机A151、主动齿轮152、主动齿轮轴153及从动齿轮154。电机A151固定安装在底座11的电机安装孔A111中。主动齿轮152固定安装在电机A151的机轴上。主动齿轮轴153竖直布置并可转动的安装在底座11上，其上端与安装座B13的下端固接。从动齿轮154固定安装在主动齿轮轴153上并与主动齿轮152啮合。电机A151的动力通过主动齿轮152、从动齿轮154及主动齿轮轴153传递至安装座B13上，以驱动安装座B13转动。

回转驱动机构B安装在底座11与安装座C14之间，以驱动安装座C14做水平方向的旋转。回转驱动机构B包括电机B161、主动销轮162、回转槽轮轴163及从动槽轮164。电机B161固定安装在底座11的电机安装孔B112中。主动销轮162中部设有中心孔A，端面上固接有圆销1621，侧壁面上设有锁止凸弧1622，主动销轮162通过中心孔A固定安装在电机B161的机轴上。回转槽轮轴163竖直布置并可转动的安装在底座11上，其上端与安装座C14的下端固接。从动槽轮164中部设有中心孔B，侧壁面上设有三段锁止凹弧1641，三段锁止凹弧1641绕中心孔B呈环形均布，相邻的锁止凸弧1641之间设有供圆销1621插入的插槽1642，从动槽轮164通过中心孔B固定安装在回转槽轮轴163上，并通过锁止凹弧1641与主动销轮162的锁止凸弧1622相贴合。电机B161的动力通过主动销轮162、从动槽轮164及回转槽轮轴163传递至安装座C14，以驱动安装座C14间歇转动，每次转动角度为120°。

机械臂包括臂A21、转轴A22、第一转动机构、臂B24、转轴B25、第二转动机构和末端连接机构。

臂A21在后端通过转轴A22可转动的安装在安装座B13的安装缺口B131中，臂A21上设有可供臂B24部分嵌入的条形槽211，条形槽211从臂A21前端向臂A21后端延伸。

第一转动机构包括滑块A231、液压缸A232及液压缸B233。滑块A231活动安装在安装缺口B131底部的滑轨1311内。液压缸A232的缸体固定安装在安装座B13的安装缺口B131中，液压缸A232的活塞杆与滑块A231连接，液压缸A232的活塞杆伸缩以驱动滑块A231沿滑轨1311往复移动。液压缸B233的缸体与滑块A231铰接，液压缸B233的活塞杆与臂A21铰接，液压缸B233的活塞杆伸缩以驱动臂A21绕转轴A22转动。

臂B24包括后段杆241、前段杆242和液压缸E243，后段杆241与前段杆242分别位于臂B24的后端和前端，两者相互活动套接，液压缸E243的缸体安装在后段杆241上，液压缸E243的活塞杆安装在前段杆242上，液压缸E243的活塞杆伸缩以驱动臂B24伸长或缩短。臂B24的后段杆241通过转轴B25可转动的安装在臂A21前端的条形槽211内，当臂B24向下转动至极限位置时，其可部分嵌入臂A21的条形槽211内。

第二转动机构包括液压缸C261和四连杆机构。四连杆机构包括两个菱形框架262和一根连接杆263，两个菱形框架262对称布置在臂A21后端的条形槽211内，菱形框架262包括一号杆2621、二号杆2622和三号杆2623，一号杆2621和二号杆2622的下端分别铰接在三号杆2623的两端，两个菱形框架262的二号杆2622的上端分别铰接在转轴B25的两端，两个菱形框架262的一号杆2621的上端分别铰接在臂B24的两侧。连接杆263的两端分别与两个菱形框架262的一号杆2621和三号杆2623的铰接处铰接。液压缸C261的缸体与臂A21铰接，并位于臂A21的条形槽211内，液压缸C261的活塞杆与连接杆263铰接，液压缸C261的活塞杆伸缩以驱动臂B24绕转轴B25转动。

末端连接机构包括连接架271和液压缸D272。连接架271上设有第一铰接部2711、第二铰接部2712和第三铰接部2713，连接架271通过第一铰接部2711铰接在臂B24前端。液压缸D272的缸体铰接在臂B24前端，液压缸D292的活塞杆与连接架271的第二铰接部2712铰接，液压缸D272的活塞杆伸缩以驱动连接架271绕第一铰接部2711转动，进而使连接架271的第三铰接部2713做弧形轨迹运动。

工具换接装置包括可相互对接或分离的公接头31和母接头32，公接头31活动连接在机械臂的臂B24后端，母接头32用于连接末端工具，末端工具为铲斗、液压剪或破拆锤。

运动支持装置4分别安装在底座11前端两侧的安装缺口A113和后端两侧的安装缺口A113中。运动支持装置4包括液压马达A41、液压马达B42、伸缩套筒43、支持壳体44、轮带组件和驱动组件。

液压马达A41安装在底座11的安装缺口A113中，其转轴竖直向下伸出。

液压马达B42固定连接在液压马达A41的转轴上，其转轴水平方向伸出。

伸缩套筒43包括前段套筒431、后段套筒432和液压缸F433，前段套筒431固接在液压马达B42的转轴上，后段套筒432与前段套筒431活动套接，液压缸F433安装在前段套筒431和后段套筒432之间，以驱动伸缩套筒43伸长或缩短。

支持壳体44焊固在伸缩套筒43的后段套筒432上。

轮带组件包括一号轮451、一号轮轴452、二号轮453、二号轮轴454和履带455。一号轮451固定安装在一号轮轴452上，二号轮453固定安装在二号轮轴454上，一号轮轴452和二号轮轴454分别可转动的安装在支持壳体44上，履带455绕设在一号轮451与二号轮453之间。

驱动组件包括电机C461、齿轮A462、齿轮B463、齿轮C464、齿轮轴A465、齿轮轴B466、齿轮D467和齿轮E468。电机C461固定安装在支持壳体44上，齿轮A462固定安装在电机A461的机轴上，齿轮B463和齿轮C464分别固定安装在齿轮轴A465和齿轮轴B466上，并位于齿轮A462的两侧，并均与齿轮A462啮合，齿轮D465和齿轮E466分别固定安装在一号轮轴452和二号轮轴454上，并分别与齿轮B463和齿轮C464啮合。电机C461的动力通过齿轮A462传递至齿轮B463和齿轮C464上，再通过齿轮B463和齿轮C464分别传递至齿轮D467和齿轮E468，再通过齿轮D467和齿轮E468分别传递至一号轮轴452和二号轮轴454，然后通过一号轮轴452和二号轮轴454分别带动一号轮451和二号轮453转动，一号轮451和二号轮453共同带动履带455运转。

传感器组件包括激光接近传感器A、摄像头51、激光接近传感器B52及倾斜传感器53。激光接近传感器A(图中未示出)安装在底座11下端，用于识别处在作业机器人行进路线上高于底座地面净空高度的障碍物。摄像头51安装在安装座A12上，用于观察作业机器人周围环境及辅助末端工具换装。激光接近传感器B52安装在安装座A12的两侧壁上，用于辅助作业机器人在狭窄空间通行。倾斜传感器53安装在安装座A12的前端两侧和后端两侧，用于检测作业机器人的基座是否保持水平。

优选，上安置腔1411与母接头32的外形轮廓相适应，下安置腔1412用于容纳不同类型的末端工具。上安置腔1411和下安置腔1412之间设有定位台阶面1413。该结构可使母接头32装入安置腔141内后，位置被上安置腔1411和定位台阶面1413精确固定，没有滑移或晃动的空间，有利于保持作业机器人行进及作业过程的稳定性。

优选，安置腔141的轴心线相对于竖直平面倾斜8～12°。该结构可使最靠近底座11后端的安置腔141朝向底座11前端倾斜，当换装末端工具时，公接头31可很方便的与放置在底座11后端安置腔141内的母接头32进行对接。

优选，臂A21后端设有弧形弯曲段212，弧形弯曲段212使臂A21的前后两侧分别形成凸弧面和凹弧面，臂A21的条形槽211设在凸弧面所在的一侧表面上。因为臂A21上存在弧形弯曲段212的关系，使臂A21的前端和后端互成一个钝角夹角，当臂A21向上转动至极限角度时，可使臂A21前端的高度更低，进而使机械臂的重心更低，并且更靠近核应急多功能作业机器人的中部区域。当作业机器人在机械臂保持折叠状态下行进时，稳定性会更好。

优选，臂B24包括后段杆241、前段杆242和液压缸E243，后段杆241与前段杆242分别位于臂B24的后端和前端，两者相互活动套接，液压缸E243的缸体安装在后段杆241上，液压缸E243的活塞杆安装在前段杆242上，液压缸E243的活塞杆伸缩以驱动臂B24伸长或缩短。由于臂B24具有可伸缩的功能，一方面可扩大核应急多功能作业机器人的作业范围，另一方面不会增大机械臂折叠后的体积。

Claims (6)

1.核应急机器人在狭窄空间的通行方法，应用于核应急多功能作业机器人；其特征是，所述的核应急多功能作业机器人，包括基座、机械臂、工具换接装置、运动支持装置及传感器组件；

基座包括底座、安装座A、安装座B、安装座C、回转驱动机构A和回转驱动机构B；安装座A固定安装在底座上端，其前后两端分别设有前部安装区域和后部安装区域，前部安装区域为设在安装座A前端、从上至下贯通安装座A的弧形缺口，后部安装区域为设在安装座A后端、从上至下贯通安装座A的安装孔；安装座B活动安装在安装座A的前部安装区域中，安装座B呈圆柱形，并与前部安装区域的弧度相适应，其上设有用于安装机械臂的安装缺口B，安装缺口B的底部设有滑轨；安装座C活动安装在安装座A的后部安装区域中，安装座C呈圆柱形，并与后部安装区域的孔径相适应，其上设有绕安装座C的中心线呈环形均布的三个安置腔，安置腔从上至下依次包括用于放置母接头的上安置腔和用于容纳与母接头相连接的末端工具的下安置腔，上安置腔在安装座C的上端形成开口；回转驱动机构A安装在底座与安装座B之间，以驱动安装座B做水平方向的旋转；回转驱动机构A包括电机A、主动齿轮、主动齿轮轴及从动齿轮；电机A固定安装在底座的电机安装孔A中；主动齿轮固定安装在电机A的机轴上；主动齿轮轴竖直布置并可转动的安装在底座上，其上端与安装座B的下端固接；从动齿轮固定安装在主动齿轮轴上并与主动齿轮啮合；电机A的动力通过主动齿轮、从动齿轮及主动齿轮轴传递至安装座B上，以驱动安装座B转动；回转驱动机构B安装在底座与安装座C之间，以驱动安装座C做水平方向的旋转；回转驱动机构B包括电机B、主动销轮、回转槽轮轴及从动槽轮；电机B固定安装在底座的电机安装孔B中；主动销轮中部设有中心孔A，端面上固接有圆销，侧壁面上设有锁止凸弧，主动销轮通过中心孔A固定安装在电机B的机轴上；回转槽轮轴竖直布置并可转动的安装在底座上，其上端与安装座C的下端固接；从动槽轮中部设有中心孔B，侧壁面上设有三段锁止凹弧，三段锁止凹弧绕中心孔B呈环形均布，相邻的锁止凸弧之间设有供圆销插入的插槽，从动槽轮通过中心孔B固定安装在回转槽轮轴上，并通过锁止凹弧与主动销轮的锁止凸弧相贴合；电机B的动力通过主动销轮、从动槽轮及回转槽轮轴传递至安装座C，以驱动安装座C间歇转动，每次转动角度为120°；

机械臂包括臂A、转轴A、第一转动机构、臂B、转轴B、第二转动机构和末端连接机构；臂A在后端通过转轴A可转动的安装在安装座B的安装缺口B中，臂A上设有可供臂B部分嵌入的条形槽，条形槽从臂A前端向臂A后端延伸；第一转动机构包括滑块A、液压缸A及液压缸B；滑块A活动安装在安装缺口B底部的滑轨内；液压缸A的缸体固定安装在安装座B的安装缺口B中，液压缸A的活塞杆与滑块A连接，液压缸A的活塞杆伸缩以驱动滑块A沿滑轨往复移动；液压缸B的缸体与滑块A铰接，液压缸B的活塞杆与臂A铰接，液压缸B的活塞杆伸缩以驱动臂A绕转轴A转动；臂B包括后段杆、前段杆和液压缸E，后段杆与前段杆分别位于臂B的后端和前端，两者相互活动套接，液压缸E的缸体安装在后段杆上，液压缸E的活塞杆安装在前段杆上，液压缸E的活塞杆伸缩以驱动臂B伸长或缩短；臂B的后段杆通过转轴B可转动的安装在臂A前端的条形槽内，当臂B向下转动至极限位置时，其可部分嵌入臂A的条形槽内；第二转动机构包括液压缸C和四连杆机构；四连杆机构包括两个菱形框架和一根连接杆，两个菱形框架对称布置在臂A后端的条形槽内，菱形框架包括一号杆、二号杆和三号杆，一号杆和二号杆的下端分别铰接在三号杆的两端，两个菱形框架的二号杆的上端分别铰接在转轴B的两端，两个菱形框架的一号杆的上端分别铰接在臂B的两侧；连接杆的两端分别与两个菱形框架的一号杆和三号杆的铰接处铰接；液压缸C的缸体与臂A铰接，并位于臂A的条形槽内，液压缸C的活塞杆与连接杆铰接，液压缸C的活塞杆伸缩以驱动臂B绕转轴B转动；末端连接机构包括连接架和液压缸D；连接架上设有第一铰接部、第二铰接部和第三铰接部，连接架通过第一铰接部铰接在臂B前端；液压缸D的缸体铰接在臂B前端，液压缸D的活塞杆与连接架的第二铰接部铰接，液压缸D的活塞杆伸缩以驱动连接架绕第一铰接部转动，进而使连接架的第三铰接部做弧形轨迹运动；

工具换接装置包括可相互对接或分离的公接头和母接头，公接头活动连接在臂B的前段杆的前端，母接头用于连接末端工具；

运动支持装置包括液压马达A、液压马达B、伸缩套筒、支持壳体、轮带组件和驱动组件；运动支持装置分别安装在底座前端两侧的安装缺口A和后端两侧的安装缺口A中；液压马达A安装在底座的安装缺口A中，其转轴竖直向下伸出；液压马达B固定连接在液压马达A的转轴上，其转轴水平方向伸出；伸缩套筒包括前段套筒、后段套筒和液压缸F，前段套筒固接在液压马达B的转轴上，后段套筒与前段套筒活动套接，液压缸F安装在前段套筒和后段套筒之间，以驱动伸缩套筒伸长或缩短；支持壳体焊固在伸缩套筒的后段套筒上；轮带组件包括一号轮、一号轮轴、二号轮、二号轮轴和履带；一号轮固定安装在一号轮轴上，二号轮固定安装在二号轮轴上，一号轮轴和二号轮轴分别可转动的安装在支持壳体上，履带绕设在一号轮与二号轮之间；驱动组件包括电机C、齿轮A、齿轮B、齿轮C、齿轮轴A、齿轮轴B、齿轮D和齿轮E；电机C固定安装在支持壳体上，齿轮A固定安装在电机A的机轴上，齿轮B和齿轮C分别固定安装在齿轮轴A和齿轮轴B上，并位于齿轮A的两侧，并均与齿轮A啮合，齿轮D和齿轮E分别固定安装在一号轮轴和二号轮轴上，并分别与齿轮B和齿轮C啮合；电机C的动力通过齿轮A传递至齿轮B和齿轮C上，再通过齿轮B和齿轮C分别传递至齿轮D和齿轮E，再通过齿轮D和齿轮E分别传递至一号轮轴和二号轮轴，然后通过一号轮轴和二号轮轴分别带动一号轮和二号轮转动，一号轮和二号轮共同带动履带运转；

传感器组件包括激光接近传感器A、摄像头、激光接近传感器B及倾斜传感器；激光接近传感器A设在底座下端，摄像头安装在安装座A上；激光接近传感器B安装在安装座A两侧壁上；倾斜传感器安装在安装座A的前端两侧和后端两侧；

通行方法步骤如下：

S01，判断是否存在地面障碍物及是否影响通行：

a、核应急多功能作业机器人在行进过程中，通过摄像头的实时拍摄画面，判断前方是否出现狭窄空间，若出现狭窄空间，则行进至靠近狭窄空间入口处时停止移动；

b、结合激光接近传感器A的检测数据和摄像头的实时拍摄画面，判断前方地面上是否有高于底座地面净空高度的障碍物；若有，则进入S02步骤；若没有，则进入S03步骤；

S02，根据地面障碍物的高度抬升底座地面净空高度：

a、控制四处运动支持装置的液压马达B启动，液压马达B的转轴水平转动，带动运动支持装置的伸缩套筒、支持壳体、轮带组件和驱动组件同步向下转动，以抬升底座地面净空高度，当激光接近传感器A检测到底座地面净空高度高于地面障碍物时起，底座继续抬升h高度后停止抬升，然后进入S03步骤；

b、若通过a分步骤将底座地面净空高度抬升至最高时，激光接近传感器A检测到地面障碍物仍高于底座地面净空高度，则控制四处运动支持装置的液压缸F的活塞杆伸出，带动伸缩套筒的后段套筒向远离前段套筒的方向移动，使四处运动支持装置的伸缩套筒伸长，以进一步抬升底座地面净空高度，当激光接近传感器A检测到地面障碍物低于底座地面净空高度时起，底座继续抬升h高度后停止抬升，进入S03步骤；

c、若通过b分步骤将底座抬升至y高度时，激光接近传感器A检测到地面障碍物仍高于底座地面净空高度，则由操作人员控制核应急多功能作业机器人改变行进路线；

本步骤中，y=H-h，H为通过b分步骤所能将底座抬升的最高高度，h为安全高度，h的取值为2～5cm；

S03，折叠机械臂：

a、缩短臂B：控制液压缸E的活塞杆缩回，带动臂B的前段杆缩回到后段杆的内孔中，使臂B缩短；

b、臂B向下转动：控制液压缸C的活塞杆缩回，通过连接杆带动牵动两个菱形框架同步变形，进而带动臂B绕转轴B向下转动，当臂B转动至极限位置时，液压缸C的活塞杆停止动作，此时，臂B的下部分嵌入臂A的条形槽内；

c、臂A向上转动：控制液压缸A的活塞杆缩回，进而带动滑块A沿着滑轨向靠近臂A的方向移动，通过滑块A带动液压缸B的缸体向靠近臂A的方向移动，使臂A绕转轴A向上转动，再控制液压缸B的活塞杆伸出，使臂A绕转轴A进一步向上转动，直至臂A转动至极限位置；

d、连接架向下转动：控制液压缸D的活塞杆伸出，推动连接架绕第一铰接部向下转动，进而带动工具换接装置和末端工具向下转动；

S04，判断前方狭窄空间是否允许通行：

a、调整核应急多功能作业机器人的位姿，使其正对前方狭窄空间的入口；

b、结合摄像头的实时拍摄画面和激光接近传感器B的检测数据，综合判断前方狭窄空间入口处的宽度和高度是否允许作业机器人通过；若能通过，则进入S05步骤；若不能通过，则由操作人员控制核应急多功能作业机器人改变行进路线；

S05，通过前方狭窄空间：操作人员通过摄像头的实时拍摄画面，控制四处运动支持装置产生动作，使核应急多功能作业机器人通过前方狭窄空间；

本步骤中，运动支持装置的动作如下：电机C启动，电机C的动力通过齿轮A同时传递至齿轮B和齿轮C上，再通过齿轮B和齿轮C分别传递至齿轮D和齿轮E上，接着通过齿轮D和齿轮E分别传递至一号轮轴和二号轮轴上，再通过一号轮轴和二号轮轴分别驱动一号轮和二号轮同步转动，一号轮和二号轮转动的同时带动履带回转。

2.如权利要求1所述的核应急机器人在狭窄空间的通行方法，其特征是：S01步骤开始之前，核应急多功能作业机器人以初始姿态行进；初始姿态下：在保证底座不剐蹭到地面障碍物的前提下，底座地面净空高度降至最低；安装座B上的安装缺口B在回转驱动机构A驱动下转动至朝向基座正前方。

3.如权利要求2所述的核应急机器人在狭窄空间的通行方法，其特征是：S01步骤中，作业机器人行进至距离狭窄空间入口0.5～2m时停止移动。

4.如权利要求1-3中任一项所述的核应急机器人在狭窄空间的通行方法，其特征是：S01步骤中，四处运动支持装置的液压马达B的转动角度相同，以使底座地面净空高度抬升后仍保持平稳和水平；四处运动支持装置的液压马达B同步转动，以使底座地面净空高度抬升过程中保持平稳和水平。

5.如权利要求1-3中任一项所述的核应急机器人在狭窄空间的通行方法，其特征是：S01步骤中，四处运动支持装置的液压缸F伸出长度相同，以使底座地面净空高度抬升后仍保持平稳和水平；四处运动支持装置的液压缸F同步伸出，以使底座地面净空高度抬升过程中保持平稳和水平。

6.如权利要求4所述的核应急机器人在狭窄空间的通行方法，其特征是：S01步骤中，四处运动支持装置的液压缸F伸出长度相同，以使底座地面净空高度抬升后仍保持平稳和水平；四处运动支持装置的液压缸F同步伸出，以使底座地面净空高度抬升过程中保持平稳和水平。

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