CN113926105B - 用于森林草原的消防机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于森林草原的消防机器人，涉及消防机器人技术领域。本发明包括车架，车架底部两侧分别设置有行驶组件，车架后端底部固定设置有支撑组件，车架前端固定设置有活动组件，活动组件上活动设置有越障组件；行驶组件包括车轮以及伺服电机，车轮有四个，每个车轮均活动设置在车架拐角下方位置，且车轮有三分之二宽度延伸至车架外部，每个车轮均固定连接在伺服电机的输出端；活动组件包括双向丝杠、滑块、旋转件以及连接臂，双向丝杠活动设置在车架前端内部。本发明通过轮式与履带式结构相互组合，设计出通过轮式驱动，履带越障的消防机器人，从而弥补了相互之间的缺陷。

Description

用于森林草原的消防机器人

技术领域

本发明属于消防机器人技术领域，特别是涉及用于森林草原的消防机器人。

背景技术

森林草原植被茂密，在炎热干旱季节容易发生火灾，一旦森林草原发生火灾，具有毁灭性的效果，需要消防人员奔赴火灾现场进行灭火救援行动，然而森林地势崎岖复杂，且森林火灾凶猛，一些凶险的火灾地点消防人员难以进入，亲自进入森林草原灭火对消防人员的安全造成极大的隐患，随着科技的进步与发展，消防机器人的出现，代替了消防人员前往高危险地区进行灭火，森林草原消防机器人体积小，可以在地势崎岖的山路上行驶，对灭火起到了非常大的作用，极大减少了经济的损失与人员伤亡。

目前的消防机器人从行动方式上大致可以分为轮式与履带式，轮式机器人行动效率高，但是适应能力较差，在崎岖山路或者泥泞草地上有着很大的局限性，履带式机器人有一定的越障能力，由于其接地面积大，不容易陷入泥泞土地中，但是行动效率低下，上述两种结构的机器人都完全适用于森林消防工作中，森林草原道路崎岖且障碍过多，没有一定越障能力的轮式机器人很容易被倾倒的树木等障碍阻挡，森林草原火灾分秒必争，行动效率低下对火灾的扑灭有着极大的影响。

现有的消防机器人不能将越障能力与行动效率结合起来，越障能力强的机器人行动效率低下，行动效率强的机器人不具备相应的越障能力，在森林草原消防救援过程中有极大的局限性，为此我们提出一种用于森林草原的消防机器人。

发明内容

本发明的目的在于提供用于森林草原的消防机器人，解决现有的消防机器人不能将越障能力与行动效率结合起来，越障能力强的机器人行动效率低下，行动效率强的机器人不具备相应的越障能力，在森林草原消防救援过程中有极大的局限性的问题。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明为用于森林草原的消防机器人，包括车架，所述车架底部两侧分别设置有行驶组件，所述车架后端底部固定设置有支撑组件，所述车架前端固定设置有活动组件，所述活动组件上活动设置有越障组件，车架作为消防机器人的主体部件，用于承载各种仪器部件，通过其内部的仪器驱动整体消防机器人移动并完成消防救援工作；

所述行驶组件包括车轮以及伺服电机，所述车轮有四个，每个所述车轮均活动设置在车架拐角下方位置，且车轮有三分之二宽度延伸至车架外部，每个所述车轮均固定连接在伺服电机的输出端，通过独立的伺服电机驱动每个车轮，从而车轮带动消防机器人移动，因此在遇到泥泞地面，或者车轮悬空时，少数车轮的停转不影响其他车轮的转动，使得机器人的控制能力更强；

所述活动组件包括双向丝杠、滑块、旋转件以及连接臂，所述双向丝杠活动设置在车架前端内部，所述滑块有两个，且均活动设置在双向丝杠周侧面，所述滑块上固定连接有旋转件，所述旋转件内部活动设置有连接臂的一端，双向丝杠的两端分别都设置有滑块，当双向丝杠车架内部仪器驱动旋转时，两个滑块同时向相反或相对方向滑动，每个滑块上都设置有一个旋转件，滑块带动旋转件左右滑动，旋转件用于控制连接臂的旋转；

所述越障组件包括第一齿轮、第二齿轮、传动杆以及履带，所述第一齿轮活动设置在连接臂另一端，所述第一齿轮周侧面环绕阵列有三个第二齿轮，所述第一齿轮与第二齿轮之间通过传动杆连接，三个所述第二齿轮外部活动连接有履带，在越障过程中第一齿轮自身转动，固定在其两侧的传动杆带动三个第二齿轮围绕第一齿轮转动，传动杆起到传动作用，履带用于越障以及为车轮压平道路的作用。

优选的，所述车轮为MT轮胎，所述履带为金属橡胶铰链式，所述履带的宽度为车轮宽度的两倍，MT轮胎为泥地胎，其胎壁更加坚固，在森林中锋利的石壁上也可以行驶，其胎牙排布夸张且间距大，便于泥地行驶时慢速排泥或者高速甩泥，不容易陷入泥地中，金属橡胶铰链的履带使用寿命长，能够长时间在森林草原消防中使用。

优选的，所述履带横截面为三角形形状，所述履带内表面与第二齿轮外表面以齿槽的形式相互啮合，且相互活动连接，每个所述第二齿轮内部设有独立驱动机构，三角形形状的履带更加稳定。

优选的，所述行驶组件还包括悬架、摆臂、连接件以及减震器，所述摆臂一端活动设置在伺服电机相对车轮的一侧面，每两个所述摆臂另一端之间通过减震器活动连接，所述减震器顶端固定连接在车架底部；所述悬架底部固定连接在伺服电机顶部，所述悬架 顶部固定连接在车架底部，悬架用于缓冲车轮形式在不平整路面时带来的冲击力，使得车架在行驶过程中更加稳定，摆臂用于将并排的车轮连接在一起，连接件安装在摆臂两端，用于摆臂的摆动，减震器起到为整体车架减震的作用。

优选的，所述车架前端开设有活动槽，所述活动槽内部固定设置有连杆，所述双向丝杠活动设置在活动槽内部，且双向丝杠临近连杆，所述滑块同时活动设置在连杆以及双向丝杠周侧面上，连杆与双向丝杠长度相同，连杆起到加固以及传动的作用，双向丝杠旋转后，连接在双向丝杠以及连杆上的滑块开始左右滑动。

优选的，所述旋转件侧面固定连接有第一电机，所述第一电机输出端贯穿旋转件侧面至其内部与连接臂另一端固定连接，第一电机用于驱动连接臂在垂直状态下调整角度，连接臂伸出车体一部分，在越障时使得越障组件能够翻越更高的障碍。

优选的，所述越障组件还包括第二电机，所述第二电机固定连接在连接臂侧面一端，所述第二电机输出端贯穿连接臂侧面一端与第一齿轮固定连接，第二电机用于在越障过程中驱动第一齿轮旋转，平时处于形式状态时第二电机关闭。

优选的，所述车架顶端固定设置有升降台，所述升降台顶部固定连接有水泵，所述水泵进水口位置固定连接有输水管，所述水泵出水口位置固定连接有喷水器，所述车架顶部固定连接有摄像头，升降台用于带动喷水器上下升降，从而对不同高度的火灾扑灭，水泵用于将输水管中输入的水泵向喷水器，从而从喷水器中喷洒出水。

优选的，所述支撑组件包括活动件、液压伸缩柱以及支撑球，所述活动件固定连接在车架后端底部位置，所述活动件内部活动连接有液压伸缩柱的一端，所述液压伸缩柱的另一端固定连接有支撑球，所述液压伸缩柱受重力影响，保持与水平地面垂直状态，活动件用于活动连接液压伸缩柱，液压伸缩柱在活动件内部旋转，机器人发生倾斜时，在重力作用下，液压伸缩柱保持垂直状态，液压伸缩柱向下伸出，支撑球接触到地面对机器人进行支撑。

优选的，所述越障组件有两组，两组所述越障组件关于车架中轴线对称分布，两组越障组件同时左右滑动，当履带位于车轮的正前方时，履带在行驶过程中为车轮将地面粗略压平，为车轮提供良好的行驶环境。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明通过将轮式与履带式结构相互组合，设计出通过轮式驱动，履带越障的消防机器人，从而弥补了相互之间的缺陷，轮式移动效率更高，且将车轮向车架外部延伸三分之二，使得整体消防机器人与地面的相对接触面更大，在不降低底盘的情况下，使其行驶更加稳定，并且每个车轮均采用独立的驱动，在单个或者少数车轮不能够正常使用时，其余车轮还能够继续旋转，带动其余车轮重新接触地面或者离开泥泞道路，使其继续使用，轮式机器人能够快速奔赴火灾现场，能够大幅度减少行驶过程中的时间，从而降低火灾的蔓延范围。

2、本发明通过设置履带式的越障结构，履带式结构越障能力更强，能够爬坡以及翻越一定程度的障碍，在平地行驶过程中，履带可以收起，通过车轮驱动形式，遇到崎岖地面时，履带移动至车轮的正前方，为车轮粗略压平路面，对地面进行平整，使得车轮的行驶环境更好，并且对后续经过的车辆和救援人员提供较好的通行环境，使得通行更加顺利，创造出一条可快速提供救援的行驶道路，当机器人需要翻越障碍时，第一齿轮带动第二齿轮转动，从而使得三角形形状的履带能够平稳的翻越障碍，而后继续带动后方的车架进行翻越。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明用于森林草原的消防机器人的整体结构示意图之一；

图2为本发明图1中A处放大图；

图3为本发明用于森林草原的消防机器人的整体结构示意图之二；

图4为本发明图3中B处放大图；

图5为本发明用于森林草原的消防机器人的正视结构示意图；

图6为本发明图5中C处放大图；

图7为本发明用于森林草原的消防机器人的底视结构示意图；

图8为本发明图7中D处放大图；

图9为本发明用于森林草原的消防机器人的行驶组件结构示意图；

图10为本发明图9中E处放大图；

图11为本发明用于森林草原的消防机器人的活动组件放大结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、车架；2、升降台；3、水泵；4、喷水器；5、摄像头；6、车轮；7、伺服电机；8、悬架；9、摆臂；10、连接件；11、减震器；12、活动件；13、液压伸缩柱；14、支撑球；15、双向丝杠；16、连杆；17、滑块；18、旋转件；19、第一电机；20、连接臂；21、第二电机；22、第一齿轮；23、第二齿轮；24、传动杆；25、履带。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参阅图1-11，本发明为用于森林草原的消防机器人，包括车架1，车架1底部两侧分别设置有行驶组件，车架1后端底部固定设置有支撑组件，车架1前端固定设置有活动组件，活动组件上活动设置有越障组件，车架1作为消防机器人的主体部件，用于承载各种仪器部件，通过其内部的仪器驱动整体消防机器人移动并完成消防救援工作；

行驶组件包括车轮6以及伺服电机7，车轮6有四个，每个车轮6均活动设置在车架1拐角下方位置，且车轮6有三分之二宽度延伸至车架1外部，每个车轮6均固定连接在伺服电机7的输出端，通过独立的伺服电机7驱动每个车轮6，从而车轮6带动消防机器人移动，因此在遇到泥泞地面，或者车轮6悬空时，少数车轮6的停转不影响其他车轮6的转动，使得机器人的控制能力更强；

活动组件包括双向丝杠15、滑块17、旋转件18以及连接臂20，双向丝杠15活动设置在车架1前端内部，滑块17有两个，且均活动设置在双向丝杠15周侧面，滑块17上固定连接有旋转件18，旋转件18内部活动设置有连接臂20的一端，双向丝杠15的两端分别都设置有滑块17，当双向丝杠15车架1内部仪器驱动旋转时，两个滑块17同时向相反或相对方向滑动，每个滑块17上都设置有一个旋转件18，滑块17带动旋转件18左右滑动，旋转件18用于控制连接臂20的旋转；

越障组件包括第一齿轮22、第二齿轮23、传动杆24以及履带25，第一齿轮22活动设置在连接臂20另一端，第一齿轮22周侧面环绕阵列有三个第二齿轮23，第一齿轮22与第二齿轮23之间通过传动杆24连接，三个第二齿轮23外部活动连接有履带25，在越障过程中第一齿轮22自身转动，固定在其两侧的传动杆24带动三个第二齿轮23围绕第一齿轮22转动，传动杆24起到传动作用，履带25用于越障以及为车轮6压平道路的作用。

行驶组件还包括悬架8、摆臂9、连接件10以及减震器11，摆臂9一端活动设置在伺服电机7相对车轮6的一侧面，每两个摆臂9另一端之间通过减震器11活动连接，减震器11顶端固定连接在车架1底部；悬架8底部固定连接在伺服电机7顶部，悬架 8顶部固定连接在车架1底部，悬架8用于缓冲车轮6形式在不平整路面时带来的冲击力，使得车架1在行驶过程中更加稳定，摆臂9用于将并排的车轮6连接在一起，连接件10安装在摆臂9两端，用于摆臂9的摆动，减震器11起到为整体车架1减震的作用。

车架1前端开设有活动槽，活动槽内部固定设置有连杆16，双向丝杠15活动设置在活动槽内部，且双向丝杠15临近连杆16，滑块17同时活动设置在连杆16以及双向丝杠15周侧面上，连杆16与双向丝杠15长度相同，连杆16起到加固以及传动的作用，双向丝杠15旋转后，连接在双向丝杠15以及连杆16上的滑块17开始左右滑动。

旋转件18侧面固定连接有第一电机19，第一电机19输出端贯穿旋转件18侧面至其内部与连接臂20另一端固定连接，第一电机19用于驱动连接臂20在垂直状态下调整角度，连接臂20伸出车体一部分，在越障时使得越障组件能够翻越更高的障碍。

越障组件还包括第二电机21，第二电机21固定连接在连接臂20侧面一端，第二电机21输出端贯穿连接臂20侧面一端与第一齿轮22固定连接，第二电机21用于在越障过程中驱动第一齿轮22旋转，平时处于形式状态时第二电机21关闭。

车架1顶端固定设置有升降台2，升降台2顶部固定连接有水泵3，水泵3进水口位置固定连接有输水管，水泵3出水口位置固定连接有喷水器4，车架1顶部固定连接有摄像头5，升降台2用于带动喷水器4上下升降，从而对不同高度的火灾扑灭，水泵3用于将输水管中输入的水泵向喷水器4，从而从喷水器4中喷洒出水。

支撑组件包括活动件12、液压伸缩柱13以及支撑球14，活动件12固定连接在车架1后端底部位置，活动件12内部活动连接有液压伸缩柱13的一端，液压伸缩柱13的另一端固定连接有支撑球14，液压伸缩柱13受重力影响，保持与水平地面垂直状态，活动件12用于活动连接液压伸缩柱13，液压伸缩柱13在活动件12内部旋转，机器人发生倾斜时，在重力作用下，液压伸缩柱13保持垂直状态，液压伸缩柱13向下伸出，支撑球14接触到地面对机器人进行支撑。

车轮6为MT轮胎，履带25为金属橡胶铰链式，履带25的宽度为车轮6宽度的两倍，MT轮胎为泥地胎，其胎壁更加坚固，在森林中锋利的石壁上也可以行驶，其胎牙排布夸张且间距大，便于泥地行驶时慢速排泥或者高速甩泥，不容易陷入泥地中，金属橡胶铰链的履带25使用寿命长，能够长时间在森林草原消防中使用。

履带25横截面为三角形形状，履带25内表面与第二齿轮23外表面以齿槽的形式相互啮合，且相互活动连接，每个第二齿轮23内部设有独立驱动机构，三角形形状的履带25更加稳定。

越障组件有两组，两组越障组件关于车架1中轴线对称分布，两组越障组件同时左右滑动，当履带25位于车轮6的正前方时，履带25在行驶过程中为车轮6将地面粗略压平，为车轮6提供良好的行驶环境。

本发明的工作原理为：消防机器人奔赴森林草原火灾现场时，将输水管接驳在水泵3进水口出，通过车轮6带动整体机器人行驶，平整路面行驶途中通过第一电机19驱动连接臂20带动越障组件离开路面，使其悬空，以此保持机器人的快速行驶，遇到崎岖路面，放下越障组件，第二齿轮23内部的驱动机构驱动第二齿轮23自转，从而带动履带25旋转，再通过双向丝杠15旋转带动越障组件移动至车轮6的正前方，履带25为车轮6扫清路面上的细小障碍，使得车轮6行驶环境更好，需要翻越障碍时，根据第二电机21驱动第一齿轮22旋转，通过传动杆24的传动带动第二齿轮23围绕第一齿轮22转动，从而三角型履带25稳定翻越障碍物，翻越障碍物后，在前方起到支撑作用，为后方车架1的翻越提供支撑力。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.用于森林草原的消防机器人，包括车架（1），其特征在于：所述车架（1）底部两侧分别设置有行驶组件，所述车架（1）后端底部固定设置有支撑组件，所述车架（1）前端固定设置有活动组件，所述活动组件上活动设置有越障组件；

所述行驶组件包括车轮（6）以及伺服电机（7），所述车轮（6）有四个，每个所述车轮（6）均活动设置在车架（1）拐角下方位置，且车轮（6）有三分之二宽度延伸至车架（1）外部，每个所述车轮（6）均固定连接在伺服电机（7）的输出端；

所述支撑组件包括活动件（12）、液压伸缩柱（13）以及支撑球（14），所述活动件（12）固定连接在车架（1）后端底部位置，所述活动件（12）内部活动连接有液压伸缩柱（13）的一端，所述液压伸缩柱（13）的另一端固定连接有支撑球（14），所述液压伸缩柱（13）受重力影响，保持与水平地面垂直状态;

所述活动组件包括双向丝杠（15）、滑块（17）、旋转件（18）以及连接臂（20），所述双向丝杠（15）活动设置在车架（1）前端内部，所述滑块（17）有两个，且均活动设置在双向丝杠（15）周侧面，所述滑块（17）上固定连接有旋转件（18），所述旋转件（18）内部活动设置有连接臂（20）的一端；

所述越障组件包括第一齿轮（22）、第二齿轮（23）、传动杆（24）以及履带（25），所述第一齿轮（22）活动设置在连接臂（20）另一端，所述第一齿轮（22）周侧面环绕阵列有三个第二齿轮（23），所述第一齿轮（22）与第二齿轮（23）之间通过传动杆（24）连接，三个所述第二齿轮（23）外部活动连接有履带（25）。

2.根据权利要求1所述的用于森林草原的消防机器人，其特征在于，所述车轮（6）为MT轮胎，所述履带（25）为金属橡胶铰链式，所述履带（25）的宽度为车轮（6）宽度的两倍。

3.根据权利要求1或2所述的用于森林草原的消防机器人，其特征在于，所述履带（25）横截面为三角形形状，所述履带（25）内表面与第二齿轮（23）外表面以齿槽的形式相互啮合，且相互活动连接，每个所述第二齿轮（23）内部设有独立驱动机构。

4.根据权利要求1或2所述的用于森林草原的消防机器人，其特征在于，所述行驶组件还包括悬架（8）、摆臂（9）、连接件（10）以及减震器（11），所述摆臂（9）一端活动设置在伺服电机（7）相对车轮（6）的一侧面，每两个所述摆臂（9）另一端之间通过减震器（11）活动连接，所述减震器（11）顶端固定连接在车架（1）底部；所述悬架（8）底部固定连接在伺服电机（7）顶部，所述悬架 （8）顶部固定连接在车架（1）底部。

5.根据权利要求1或2所述的用于森林草原的消防机器人，其特征在于，所述车架（1）前端开设有活动槽，所述活动槽内部固定设置有连杆（16），所述双向丝杠（15）活动设置在活动槽内部，且双向丝杠（15）临近连杆（16），所述滑块（17）同时活动设置在连杆（16）以及双向丝杠（15）周侧面上。

6.根据权利要求1或2所述的用于森林草原的消防机器人，其特征在于，所述旋转件（18）侧面固定连接有第一电机（19），所述第一电机（19）输出端贯穿旋转件（18）侧面至其内部与连接臂（20）另一端固定连接。

7.根据权利要求1或2所述的用于森林草原的消防机器人，其特征在于，所述越障组件还包括第二电机（21），所述第二电机（21）固定连接在连接臂（20）侧面一端，所述第二电机（21）输出端贯穿连接臂（20）侧面一端与第一齿轮（22）固定连接。

8.根据权利要求1或2所述的用于森林草原的消防机器人，其特征在于，所述车架（1）顶端固定设置有升降台（2），所述升降台（2）顶部固定连接有水泵（3），所述水泵（3）进水口位置固定连接有输水管，所述水泵（3）出水口位置固定连接有喷水器（4），所述车架（1）顶部固定连接有摄像头（5）。

9.根据权利要求1或2所述的用于森林草原的消防机器人，其特征在于，所述越障组件有两组，两组所述越障组件关于车架（1）中轴线对称分布。

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