CN112692808B - 一种遥感救援方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种遥感救援方法。救援机器人大多用在资源运输，地区勘测以及远程手术治疗等方面，忽略了对伤者的搜救疏散转移。本发明一种履带式遥感救援机器人，包括抓取装置、升降担架台和主体部分。抓取装置和升降担架台均安装在主体部分的前部。抓取装置包括机械手和机械臂模块。机械手安装在机械臂模块的末端。机械臂模块带动机械手三自由度移动。所述升降担架台包括侧轮、运输架和输送机。运输架用于装载伤员。运输架上安装有运输架；运输架的外端能够上下翻转。运输架的外端安装有侧轮。本发明能够确保伤员运输撤离到安全区域，以进行及时的医治，可应用于自然灾难、战争地区以及病毒严重感染地区。

Description

一种遥感救援方法

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种遥感救援方法。

背景技术

机器人技术在搜索和救援领域应用广泛，可以前往救援人员无法到达的地方，例如自然灾难和战争地区，从而让救援人员远离危险，提高工作效率。许多灾难和战争造成的死亡是由于可治疗的创伤所致，及时的救援医疗可以提高伤者存活率。

目前，救援机器人大多用在资源运输，地区勘测以及远程手术治疗等方面，忽略了对伤者的搜救疏散转移，还没有一组系统能够完成机器人的搜索、提取、疏散和处理这四个任务，全球研究界正朝着这一目标前进，并且已经取得了一些进展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种履带式遥感救援机器人及其救援方法。

本发明一种履带式遥感救援机器人，包括抓取装置、升降担架台和主体部分。抓取装置和升降担架台均安装在主体部分的前部。抓取装置包括机械手和机械臂模块。机械手安装在机械臂模块的末端。机械臂模块带动机械手三自由度移动。

所述机械手包括内侧支架、转动支架、第一传动齿轮、第二传动齿轮、夹持钳口和第三传动齿轮。第一传动齿轮、第二传动齿轮和第三传动齿轮均为锥齿轮。第一传动齿轮、第二传动齿轮同轴支承在机械臂模块的末端。内侧支架与机械臂模块的末端转动连接。内侧支架的转动轴线与一传动齿轮、第二传动齿轮的轴线重合。第一传动齿轮和第二传动齿轮由对应的电机各自驱动旋转。转动支架与内侧支架转动连接。转动支架的转动轴线与内侧支架的转动轴线垂直相交。第三传动齿轮均固定在转动支架上。第一传动齿轮、第二传动齿轮与第三传动齿轮的两侧分别啮合。转动支架的外侧安装有由电机驱动张合的夹持钳口。

所述升降担架台包括侧轮、运输架和输送机。运输架用于装载伤员。运输架上安装有运输架；运输架的外端能够上下翻转。运输架的外端安装有侧轮。

作为优选，所述的抓取装置共有两个，分别安装在主体部分前部的两侧。升降担架台位于两个抓取装置之间。

作为优选，所述的机械臂模块包括连接轴、旋转盘、底座、肩部传动轴、三角臂、外支臂、第一伸缩执行器和第二伸缩执行器。底座固定在旋转盘上；所述三角臂的内端与底座铰接；三角臂的外端与外支臂的中部铰接；第二伸缩执行器的两端与底座、三角臂的外端分别铰接。第一伸缩执行器的两端与三角臂的中部、外支臂的内端分别铰接。

作为优选，所述机械手还包括滑块和丝杆。滑块滑动连接在转动支架上。丝杆支承在转动支架上；丝杠的轴线与转动支架、内侧支架所成转动副的公共轴线重合。丝杠由安装在内侧支架上的电机驱动。滑块与丝杆构成螺旋副。夹持钳口的两个单侧钳爪各自与支架配合两根等长连杆形成平行四边形机构。滑块通过两根驱动杆连接到夹持钳口的两个单侧钳爪。

作为优选，所述夹持钳口上的两个单侧钳爪上包裹有弹性层。

作为优选，所述运输架的内端与主体部分铰接。运输架的两侧均设置有双连杆机构。双连杆机构包括第一推杆和第二推杆。第一推杆的一端与主体部分铰接，另一端与第二推杆的一端铰接；第二推杆的另一端与运输架铰接。第一推杆由电机驱动旋转，带动运输架外端的上下翻转。

作为优选，所述运输架的内部空间的内端设置有保护气囊。

作为优选，所述的输送机包括输送带和两个滚筒。两个滚筒分别安装在运输架内腔的底部，并通过输送带连接。其中一个滚筒采用电动滚筒。

作为优选，本发明一种履带式遥感救援机器人还包括集成传感探测器、行走机构和雷达通信系统。集成传感探测器和雷达通信系统均安装在主体部分的顶部。行走机构采用履带机构，安装在主体部分的底部。

本发明的履带式遥感救援机器人的整体工作流程为：

步骤一、救援机器人被带到救援现场，并行进到伤者处。

步骤二、抓取装置调整伤者的姿势成平躺式，并且将升降担架台与伤者的头部对齐，以便将伤者转移到担架上。

步骤三、转移伤者并撤离现场。

3-1.升降担架台的外端向下翻转至侧轮与地面接触；升降担架台上的输送机启动。

3-2.抓取装置抬起伤者的肩部和头部，使得伤者的肩部和头部高于升降担架台的输送机的外端。履带式遥感救援机器人开始向伤者移动，且抓取装置保持伤者的姿态不变，使得伤者转移到升降担架台上。之后，输送机关闭。

3-3.升降担架台的外端向上翻转至水平状态。之后，履带式遥感救援机器人携带伤者撤离到安全区。

本发明具有的有益效果是：

1、本发明结合现有技术的不足，提出了一种集搜索、提取、疏散撤离为一体的履带式遥感救援机器人。确保伤员运输撤离到安全区域，以进行及时的医治，可应用于自然灾难、战争地区以及病毒严重感染地区。本发明的机器人可通过救援人员的远程操控，极大保证了救援人员的安全，并且，在运输途中机器人的半封闭空间也为伤员提供了安全保证。

2、本发明提供的机械手利用三个齿轮和两个电机相配合能够通过两个电机的差速转动实现机械手两个自由度的转动，十分灵活。

3、本发明中的升降担架台上带有输送带且能够下翻至倾斜状态，便于将伤者无伤转移到履带式遥感救援机器人。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明抓取装置的等轴视图；

图3为图2中机械手的局部放大示意图；

图4为本发明升降担架台的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种履带式遥感救援机器人，包括抓取装置1、升降担架台2、集成传感探测器3、行走机构4、雷达通信系统5和主体部分6。行走机构4采用履带机构；行走机构4安装在主体部分6的底部。集成传感探测器3安装在主体部分6的顶部中心位置。雷达通信系统5安装在主体部分6的顶部的后侧。主体部分6前部的两侧均安装有抓取装置 1。主体部分6的头部中间位置设置有担架安装位；升降担架台2安装在主体部分6的担架安装位内。升降担架台2位于两个抓取装置1之间。

如2所示，抓取装置1采用多套平行四连杆机构嵌套结构，包括机械手10和机械臂模块。机械臂模块包括连接轴9、旋转盘11、底座12、肩部传动轴13、三角臂14、外支臂 (17和19)、连接轴15、第一伸缩执行器16、连接轴18、肘部传动轴20和第二伸缩执行器23。底座12固定在旋转盘11上；旋转盘11采用电动转盘，由电机驱动。通过控制旋转盘11的转动来实现机械臂腰部转动；所述三角臂14的内端与底座通过肩部传动轴13 铰接，共同组成机械臂模块的下半部分；三角臂14的外端与外支臂的中部通过肘部传动轴 20铰接；外支臂包括间隔设置且固定在一起的左侧板17、右侧板19。所述左侧板17和右侧板19组成机械臂模块的上半部分。

所述第一伸缩执行器16的可伸缩端与连接轴18构成转动副，不可伸缩端与三角臂14 的中部通过连接轴15铰接。通过控制第一伸缩执行器的内部电机实现其伸张和收缩，从而推动机械臂上半部分绕肘部传动轴20转动，即肘部转动；所述第二伸缩执行器23的可伸缩端与三角臂的中部靠外位置通过连接轴9铰接，不可伸缩端与底座12铰接。通过控制第二伸缩执行器的内部电机，推动三角臂绕着肩部传动轴13转动，即机械臂下半部分旋转。

机械手10安装在外支臂的外端。所述机械手10包括内侧支架39、转动支架40、第二电机21、第一电机22、第三电机24、第一传动齿轮27、第二传动齿轮31、滑块28、丝杆、夹持钳口29和第三传动齿轮30。第一电机22和第二电机21分别固定在左侧板17、右侧板19的外侧面；左侧板17、右侧板19的外端同轴固定有支撑轴。第一传动齿轮27、第二传动齿轮31和第三传动齿轮30均为锥齿轮。第一传动齿轮27、第二传动齿轮31分别通过轴承安装在左侧板17、右侧板19内侧的支撑轴上。第一传动齿轮27与第一电机22 的输出轴通过第一传动带26和两个第一带轮连接；所述第二传动齿轮与第二电机21的输出轴通过第二传动带25和两个第二带轮连接；

内侧支架39的两侧与左侧板17、右侧板19上的支撑轴内端分别转动连接。转动支架 40的内端与内侧支架39的外端构成公共轴线垂直于第一传动齿轮27、第二传动齿轮31轴线的转动副。第三传动齿轮30均固定在转动支架40上。第一传动齿轮27、第二传动齿轮31与第三传动齿轮30的两侧分别啮合；当第一传动齿轮27、第二传动齿轮31反向等速转动时，带动转动支架40相对于内侧支架39自转。当第一传动齿轮27、第二传动齿轮 31同向等速转动时，带动转动支架40和内侧支架39共同绕支撑轴翻转。

第一电机22和第二电机21实现带传动，使得夹持钳口部分随着第三传动齿轮转动；滑块28滑动连接在转动支架40上。丝杆支承在转动支架40上；丝杠的轴线与转动支架40、内侧支架39所成转动副的公共轴线重合。第三电机24安装在内侧支架39上，且输出轴与丝杆的内端固定。滑块28与丝杆构成螺旋副。通过丝杆的转动来实现滑块28的内外滑动，进而带动钳口的张合。夹持钳口29的两个单侧钳爪各自与支架配合两根等长连杆形成平行四边形机构。滑块28通过两根驱动杆连接到夹持钳口29的两个单侧钳爪对应的平行四边形机构上；从而用滑块28的滑动驱动两个单侧钳爪的张合；当转动支架40相对于内侧支架39自转时，第三电机24带动丝杆同步转动，保证夹持钳口29的夹持状态保持不变。夹持钳口29的两个单侧钳爪上包裹有一层软体橡胶套，减少对伤员的二次损伤。

如图4所示，所述升降担架台2包括侧轮34、双连杆机构36、运输架、输送机32和保护气囊33。运输架包括底板、两块侧板38和一块端板，形成顶部和一端开放的盒体，用于装载伤员。运输架的内部空间的内端设置有保护气囊33。所述保护气囊33能够在运输过程中保护伤者头部免受冲击。输送机32包括输送带和两个滚筒。两个滚筒分别安装在运输架内腔的底部，并通过输送带连接。其中一个滚筒采用电动滚筒。输送机32用于将伤者完全输送到运输架内。

运输架的两块侧板38的内端均设置有固定凸台37。运输架的内端通过固定凸台37与主体部分6铰接。运输架的外端底部的两侧均安装有侧轮34。运输架的两块侧板38的外侧均设置有双连杆机构36。双连杆机构36包括第一推杆和第二推杆。第一推杆的一端与主体部分6铰接，另一端与第二推杆的一端铰接；第二推杆的另一端与运输架铰接。第一推杆由第四电机驱动旋转，从而运输架的上翻和下放；当升降担架台下放到地面时，所述侧轮34与地面接触，从而减少与地面的摩擦。

本发明的履带式遥感救援机器人的整体工作流程为：

步骤一、搜寻定位。

救援机器人将通过外部手段被带到现场，如空投到灾难发生地，在灾难发生的范围内启动，集成传感探测器3中的红外线热成像相机或红外线摄像头获取周围环境热感图像以及视频流，雷达通信系统5通过无线通讯将信息传给后方控制台，从而实现幸存者位置的准确定位。

步骤二、对齐部署。

救援系统定位伤者后，操作人员远程操纵履带式遥感救援机器人行驶到伤者身边，识别伤者的姿势，然后控制两个抓取装置1调整伤者的姿势成平躺式，并且将升降担架台2 与伤者的头部对齐，以便将伤者转移到担架上。

步骤三、提取撤离。

3-1.升降担架台2上的第四电机正转，使升降担架台2的外端向下翻转至侧轮34与地面接触；升降担架台2上的输送机32启动。

3-2.两个抓取装置1抬起伤者的肩部和头部，使得伤者的肩部和头部高于升降担架台2 的输送机32的外端。履带式遥感救援机器人开始向伤者移动，且两个抓取装置1保持伤者姿态不变。使用者肩部处于输送机32上时，两个抓取装置1将伤者的肩部放置在输送机32上之后松开。履带式遥感救援机器人继续向伤者移动，直到伤者完全处于升降担架台2上时，输送机32关闭。

3-3.升降担架台2上的第四电机翻转，使升降担架台2的外端向上翻转至水平状态。之后，履带式遥感救援机器人携带伤者撤离到安全区进行医治。

Claims (7)

1.一种遥感救援方法，其特征在于：采用的救援机器人，包括主体部分（6）、抓取装置（1）和升降担架台（2）；所述的抓取装置（1）和升降担架台（2）均安装在主体部分（6）的前部；抓取装置（1）包括机械手（10）和机械臂模块；机械手（10）安装在机械臂模块的末端；机械臂模块带动机械手（10）三自由度移动；

所述机械手（10）包括内侧支架（39）、转动支架（40）、第一传动齿轮（27）、第二传动齿轮（31）、夹持钳口（29）和第三传动齿轮（30）；第一传动齿轮（27）、第二传动齿轮（31）和第三传动齿轮（30）均为锥齿轮；第一传动齿轮（27）、第二传动齿轮（31）同轴支承在机械臂模块的末端；内侧支架（39）与机械臂模块的末端转动连接；内侧支架（39）的转动轴线与一传动齿轮（27）、第二传动齿轮（31）的轴线重合；第一传动齿轮（27）和第二传动齿轮（31）由对应的电机各自驱动旋转；转动支架（40）与内侧支架（39）转动连接；转动支架（40）的转动轴线与内侧支架（39）的转动轴线垂直相交；第三传动齿轮（30）均固定在转动支架（40）上；第一传动齿轮（27）、第二传动齿轮（31）与第三传动齿轮（30）的两侧分别啮合；转动支架（40）的外侧安装有由电机驱动张合的夹持钳口（29）；所述夹持钳口（29）上的两个单侧钳爪上包裹有弹性层；

所述升降担架台（2）包括侧轮（34）、运输架和输送机（32）；运输架用于装载伤员；运输架上安装有输送机（32）；运输架的外端能够上下翻转；运输架的外端安装有侧轮（34）；

所述运输架的内端与主体部分（6）铰接；运输架的两侧均设置有双连杆机构（36）；双连杆机构（36）包括第一推杆和第二推杆；第一推杆的一端与主体部分（6）铰接，另一端与第二推杆的一端铰接；第二推杆的另一端与运输架铰接；第一推杆由电机驱动旋转，带动运输架外端的上下翻转；安装在主体部分（6）底部的行走机构（4）采用两个履带机构；两个履带机构分别位于升降担架台（2）的两侧；

该遥感救援方法包括以下步骤：

步骤一、救援机器人被带到救援现场，并行进到伤者处；

步骤二、抓取装置（1）调整伤者的姿势成平躺式，并且将升降担架台（2）与伤者的头部对齐，以便将伤者转移到担架上；

步骤三、转移伤者并撤离现场；

3-1.升降担架台（2）的外端向下翻转至侧轮（34）与地面接触；升降担架台（2）上的输送机（32）启动；

3-2.抓取装置（1）抬起伤者的肩部和头部，使得伤者的肩部和头部高于升降担架台（2）的输送机（32）的外端；履带式遥感救援机器人开始向伤者移动，且抓取装置（1）保持伤者的姿态不变，使得伤者转移到升降担架台（2）上；之后，输送机（32）关闭；

3-3.升降担架台（2）的外端向上翻转至水平状态；之后，履带式遥感救援机器人携带伤者撤离到安全区。

2.根据权利要求1所述的一种遥感救援方法，其特征在于：所述的抓取装置（1）共有两个，分别安装在主体部分（6）前部的两侧；升降担架台（2）位于两个抓取装置（1）之间。

3.根据权利要求1所述的一种遥感救援方法，其特征在于：所述的机械臂模块包括连接轴（9）、旋转盘（11）、底座（12）、肩部传动轴（13）、三角臂（14）、外支臂、第一伸缩执行器（16）和第二伸缩执行器（23）；底座（12）固定在旋转盘（11）上；所述三角臂（14）的内端与底座铰接；三角臂（14）的外端与外支臂的中部铰接；第二伸缩执行器（23）的两端与底座、三角臂（14）的外端分别铰接；第一伸缩执行器（16）的两端与三角臂的中部、外支臂的内端分别铰接。

4.根据权利要求1所述的一种遥感救援方法，其特征在于：所述机械手（10）还包括滑块（28）和丝杆；滑块（28）滑动连接在转动支架（40）上；丝杆支承在转动支架（40）上；丝杠的轴线与转动支架（40）、内侧支架（39）所成转动副的公共轴线重合；丝杠由安装在内侧支架（39）上的电机驱动；滑块（28）与丝杆构成螺旋副；夹持钳口（29）的两个单侧钳爪各自与支架配合两根等长连杆形成平行四边形机构；滑块（28）通过两根驱动杆连接到夹持钳口（29）的两个单侧钳爪。

5.根据权利要求1所述的一种遥感救援方法，其特征在于：所述运输架的内部空间的内端设置有保护气囊（33）。

6.根据权利要求1所述的一种遥感救援方法，其特征在于：所述的输送机（32）包括输送带和两个滚筒；两个滚筒分别安装在运输架内腔的底部，并通过输送带连接；其中一个滚筒采用电动滚筒。

7.根据权利要求1所述的一种遥感救援方法，其特征在于：还包括集成传感探测器（3）、行走机构（4）和雷达通信系统（5）；集成传感探测器（3）和雷达通信系统（5）均安装在主体部分（6）的顶部。

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