CN115320742B - 一种可分体轮足式救援机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明属于机器人技术领域。目的是提供一种可分体轮足式救援机器人，该机器人应具有适应性强、机动性好、维护方便的特点。技术方案是：一种可分体轮足式救援机器人，其特征在于：该机器人包括轮式母机器人和足式子机器人；所述轮式母机器人包括母机架、设置在母机架底部的四个行走轮、驱动行走轮转动的行走电机、升降电机、传递升降电机动力驱动行走轮升降的收放机构、母控制器、母电源、设置母机架顶部的摄像装置；所述足式子机器人包括子机架、设置在子机架两侧的四条机械足、子控制器、子电源；所述子机架包括两个底架以及连接两个底架的弧形连接架；所述底架为梯形，母机架的两侧设有与底架滑动配合的滑槽，滑槽的上槽壁还设有与底架外形相适合的梯形卡槽。

Description

一种可分体轮足式救援机器人
技术领域
本发明属于机器人技术领域，具体是涉及一种可分体轮足式救援机器人。
背景技术
在以往针对轮足式机器人的研究中，轮足切换一直是设计的重点，相对于轮式机器人来说其具有对地面更好的适应性，在越障避障方面也具有明显优势，同时轮足式机器人又结合了轮式机器人的优点，在地面环境较好的情况下可以灵活工作。而救援机器人作为机器人设计的重要方向，因其面对的环境更加复杂，对机器人的设计提出了更高的要求，轮足式机器人由于具有较为全面的适应性，设计一款轮足式救援机器人可以提升救援的空间范围，提高救援效率。
现有的轮足式救援机器人在轮足的设计上比较单一，没有充分发挥轮足的功能性，轮足的设计基本只能作为运动模式的切换，会造成一定程度上的硬件资源浪费，同时机器人的机动性较差，应对实际救援场景具有较大局限性。
发明内容
本发明的目的是克服上述背景技术中的不足，提供一种可分体轮足式救援机器人，该机器人应具有适应性强、机动性好、维护方便的特点。
本发明的技术方案是：
一种可分体轮足式救援机器人，其特征在于：该机器人包括轮式母机器人和足式子机器人；所述轮式母机器人包括母机架、设置在母机架底部的四个行走轮、驱动行走轮转动的行走电机、升降电机、传递升降电机动力驱动行走轮升降的收放机构、母控制器、母电源、设置母机架顶部的摄像装置；所述足式子机器人包括子机架、设置在子机架两侧的四条机械足、子控制器、子电源；
所述子机架包括两个底架以及连接两个底架的弧形连接架；所述底架为梯形，母机架的两侧设有与底架滑动配合的滑槽，滑槽的上槽壁还设有与底架外形相适合的梯形卡槽。
所述收放机构包括可转动地定位在母机架上的两条传动杆与两条丝杆、连接升降电机转轴与传动杆的第一锥齿轮组、连接传动杆与丝杆的第二锥齿轮组、可滑动地定位在母机架上的滑块、与丝杆啮合并与滑块固定的螺母、连接滑块与行走轮的折叠结构。
所述折叠结构包括可转动地定位在滑块上的第一支架、可转动地定位在母机架与第一支架上的第二支架；所述行走轮可转动地定位在第一支架上，行走电机与第一支架固定并且行走电机转轴与行走轮同轴固定。
所述机械足包括依次连接的第一手臂、第二手臂、第三手臂、第四手臂与夹爪以及驱动第一手臂转动的第一舵机、驱动第二手臂转动的第二舵机、驱动第三手臂转动的第三舵机、驱动第四手臂转动的第四舵机。
所述第一舵机与第二舵机固定在第一手臂上，第一舵机转轴与底架固定，第二舵机转轴与第二手臂固定，第三舵机与第二手臂固定，第三舵机转轴与第三手臂固定，第四舵机与第四手臂固定，第四舵机转轴与第三手臂固定。
所述夹爪包括与第四手臂固定的夹爪气缸以及由夹爪气缸的手指、第一连杆、第二连杆、爪臂组成四边形机构；所述夹爪气缸还配有气源。
所述摄像装置包括设置在母机架顶部的摄像头以及驱动摄像头旋转的回转机构；所述母机架的前部设有探照灯。
所述回转机构包括固定在母机架顶部的齿圈与圆形轨道、与摄像头固定并与圆形轨道滑动配合的回转滑块、与摄像头固定的回转电机、由回转电机驱动并与齿圈啮合的齿轮。
所述卡槽中设有多个电磁铁，底架上设有与电磁铁对应的铁质定位块。
所述母控制器分别电连接行走电机、升降电机、探照灯、摄像头、电磁铁，母电源用于向母控制器、行走电机、升降电机、探照灯、摄像头、电磁铁供电；所述子控制器分别电连接第一舵机、第二舵机、第三舵机、第四舵机、气源，子电源用于向子控制器、第一舵机、第二舵机、第三舵机、第四舵机、气源供电。
本发明的有益效果是：
本发明提出了一种可分体轮足式救援机器人，该机器人具有可收放的行走轮与可分离的机械足，可实现轮足运动模式的自由切换，使得机器人的功能得到极大的丰富；本发明采用分体式设计，通过一机两用让机器人对工作环境有更强的适应性，极大地提升了机动性，同时拆卸和维修也更加方便；本发明的收放机构仅使用一个电机即可实现四个行走轮的同步升降，控制方法简单，可靠性强。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图之一。
图2是本发明的立体结构示意图之二。
图3是本发明的立体结构示意图之三(分离状态)。
图4是本发明的足式子机器人的立体结构示意图。
图5是本发明的轮式母机器人的立体结构示意图。
图6是本发明的子机架的立体结构示意图。
图7是本发明的收放机构的立体结构示意图。
图8是本发明的回转机构的立体结构示意图。
图9是本发明的机械足的立体结构示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图，对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
如图1所示，一种可分体轮足式救援机器人，包括轮式母机器人和足式子机器人。
所述足式子机器人包括子机架、四条机械足、子控制器、子电源。所述子机架包括两个底架5与两个弧形连接架6，两个为底架为梯形并且平行布置，弧形连接架的两端分别与两个底架固定，每个底架设有两条机械足。
所述机械足包括依次连接的第一手臂12-1、第二手臂12-2、第三手臂12-3、第四手臂12-4与夹爪。所述机械足还包括第一舵机13-1、第二舵机13-2、第三舵机13-3、第四舵机13-4。
所述第一舵机用于驱动第一手臂转动，第二舵机用于驱动第二手臂转动，第三舵机用于驱动第三手臂转动，第四舵机用于驱动第四手臂转动。所述第一舵机与第二舵机固定在第一手臂上，第一舵机转轴与底架的手臂座5-1固定，第二舵机转轴与第二手臂固定，第三舵机与第二手臂固定，第三舵机转轴与第三手臂固定，第四舵机与第四手臂固定，第四舵机转轴与第三手臂固定。所述第一舵机转轴平行于收放机构的丝杠，第一舵机转轴与第二舵机转轴互相垂直，第二舵机转轴与第三舵机转轴互相垂直，第三舵机转轴与第四舵机转轴互相平行。
所述夹爪包括夹爪气缸14以及两个四边形机构。所述夹爪气缸与第四手臂固定，每个四边形机构由夹爪气缸的手指14-1、第一连杆15-1、第二连杆15-2、爪臂15-3组成。第一连杆可转动地定位在手指上，第二连杆可转动地定位在夹爪气缸壳体上，爪臂可转动地定位在第一连杆与第二连杆上。所述夹爪气缸还配有气源(图中省略)。
所述子控制器分别电连接第一舵机、第二舵机、第三舵机、第四舵机、气源，子电源用于向子控制器、第一舵机、第二舵机、第三舵机、第四舵机、气源供电。所述子控制器与子电源设置在弧形连接架上。
所述轮式母机器人包括母机架1、行走轮2、行走电机3、升降电机4、收放机构、母控制器、母电源、摄像装置。所述母机架的底部设有四个行走轮，每个电机由一个行走电机驱动(通过控制各行走轮的转速可实现前进、后退与转向)，母机架的底部还设有升降电机与收放机构，收放机构通过传递升降电机动力驱动四个行走轮同时升降，母机架的顶部设有摄像装置，母机架的前部设有探照灯16，母机架的内部设有母控制器与母电源。
所述母机架的两侧设有滑槽6-1，滑槽的上槽壁设有梯形卡槽6-2，母机架的宽度与两个底架的间距相适合，滑槽的宽度与底架的高度相适合(底架可以自由进出滑槽)，卡槽与底架外形相适合，卡槽中设有多个电磁铁22(底架上设有与电磁铁对应的铁质定位块23)。组合状态时底架位于母机架两侧的卡槽中，并且电磁铁吸住底架上的定位块。
所述收放机构包括传动杆7、丝杆8、第一锥齿轮组、第二锥齿轮组、四个滑块9、螺母(图中省略)、折叠结构。所述传动杆与丝杆可转动地定位在母机架上，两条丝杆与升降电机转轴平行布置，两条传动杆同轴布置并且垂直于丝杆，两条传动杆分别设置在升降电机与丝杆之间，第一锥齿轮组在升降电机与两条传动杆之间传递动力，第二锥齿轮组在传动杆与丝杆之间传递动力，滑块可水平滑动地定位在母机架上，螺母与丝杆啮合并与滑块固定，每条丝杆转动时同时带动两个滑块水平移动，每个滑块移动时再通过折叠结构带动一个行走轮升降。升降电机转动时通过收放机构与折叠结构同时带动四个行走轮升降。
所述折叠结构包括第一支架10-1与第二支架10-2，第一支架可转动地定位在滑块上，第二支架分别可转动地定位在母机架与第一支架上，行走轮可转动地定位在第一支架上，行走电机与第一支架固定并且行走电机转轴与行走轮同轴固定。所述母机架的底部设有两条导轨26，每条导轨上可水平滑动地定位着两个滑块，导轨上还设有连接座27，丝杆可转动地定位在连接座上，第二支架可转动地定位在连接座上。
所述第一锥齿轮组包括与升降电机转轴固定的第一主动锥齿轮24-1、分别与两条传动杆固定并且同时与第一主动锥齿轮啮合的第一从动锥齿轮24-2。所述第二锥齿轮组包括分别与两条传动杆固定的第二主动锥齿轮25-1、与丝杆固定并且与第二主动锥齿轮啮合的第二从动锥齿轮25-2。
所述摄像装置包括摄像头17与回转机构，摄像头设置在母机架的顶部，回转机构用于驱动摄像头进行圆周运动从而对四周进行观察。所述回转机构包括齿圈18、圆形轨道19、回转滑块20、回转电机(图中省略)、齿轮21。所述齿圈与圆形轨道同心布置并且固定在母机架顶部，圆形轨道位于齿圈内部，齿圈的传动齿制于内圆周面上，回转滑块可沿着圆形轨道滑动，摄像头固定在回转滑块上，回转电机与摄像头固定，齿轮与回转电机转轴固定并与齿圈啮合。
所述母控制器分别电连接行走电机、升降电机、探照灯、摄像头、电磁铁，母电源用于向母控制器、行走电机、升降电机、探照灯、摄像头、电磁铁供电。
所述轮式母机器人和足式子机器人上还设有通讯模块用于数据传输。
本发明的各部件均可外购获得。
下面对本发明工作过程进行详细说明。
该机器人在地面平稳区域使用行走轮作为前进动力，此时机器人为轮式机器人，四只机械足此时可作为操作手完成操作动作；当机器人遇到较复杂的地面情况时，使用收放机构收拢行走轮，并使用机械足作为前进动力，此时机器人为四足机器人；探照灯和摄像装置可以帮助机器人观察环境，以便做出适应性的变化。
当机器人需要回到工作人员身边但同时无法离开操作现场时，可进行分离动作：足式子机器人将机械足抬起，轮式母机器人的电磁铁断电，足式子机器人的底架在重力作用下滑落到滑槽中，轮式母机器人向前或向后移动使得底架与滑槽脱离，轮式母机器人与足式子机器人完成分离；
当机器人进行组合时：足式子机器人使用机械足降低高度，轮式机器人对准方向驶向足式子机器人，当足式子机器人的底架完全滑入轮式机器人的滑槽中时，足式子机器人使用机械足抬升高度使得底架上升并进入卡槽中，最后卡槽中的电磁铁通电吸住底架的定位块，轮式母机器人与足式子机器人完成组合。

Claims (8)

1.一种可分体轮足式救援机器人，其特征在于：该机器人包括轮式母机器人和足式子机器人；所述轮式母机器人包括母机架(1)、设置在母机架底部的四个行走轮(2)、驱动行走轮转动的行走电机(3)、升降电机(4)、传递升降电机动力驱动行走轮升降的收放机构、母控制器、母电源、设置母机架顶部的摄像装置；所述足式子机器人包括子机架、设置在子机架两侧的四条机械足、子控制器、子电源；
所述子机架包括两个底架(5)以及连接两个底架的弧形连接架(6)；所述底架为梯形，母机架的两侧设有与底架滑动配合的滑槽(6-1)，滑槽的上槽壁还设有与底架外形相适合的梯形卡槽(6-2)；
所述收放机构包括可转动地定位在母机架上的两条传动杆(7)与两条丝杆(8)、连接升降电机转轴与传动杆的第一锥齿轮组、连接传动杆与丝杆的第二锥齿轮组、可滑动地定位在母机架上的滑块(9)、与丝杆啮合并与滑块固定的螺母、连接滑块与行走轮的折叠结构；
所述折叠结构包括可转动地定位在滑块上的第一支架(10-1)、可转动地定位在母机架与第一支架上的第二支架(10-2)；所述行走轮可转动地定位在第一支架上，行走电机与第一支架固定并且行走电机转轴与行走轮同轴固定。
2.根据权利要求1所述的可分体轮足式救援机器人，其特征在于：所述机械足包括依次连接的第一手臂(12-1)、第二手臂(12-2)、第三手臂(12-3)、第四手臂(12-4)与夹爪以及驱动第一手臂转动的第一舵机(13-1)、驱动第二手臂转动的第二舵机(13-2)、驱动第三手臂转动的第三舵机(13-3)、驱动第四手臂转动的第四舵机(13-4)。
3.根据权利要求2所述的可分体轮足式救援机器人，其特征在于：所述第一舵机与第二舵机固定在第一手臂上，第一舵机转轴与底架固定，第二舵机转轴与第二手臂固定，第三舵机与第二手臂固定，第三舵机转轴与第三手臂固定，第四舵机与第四手臂固定，第四舵机转轴与第三手臂固定。
4.根据权利要求3所述的可分体轮足式救援机器人，其特征在于：所述夹爪包括与第四手臂固定的夹爪气缸(14)以及由夹爪气缸的手指(14-1)、第一连杆(15-1)、第二连杆(15-2)、爪臂(15-3)组成四边形机构；所述夹爪气缸还配有气源。
5.根据权利要求4所述的可分体轮足式救援机器人，其特征在于：所述摄像装置包括设置在母机架顶部的摄像头(17)以及驱动摄像头旋转的回转机构；所述母机架的前部设有探照灯(16)。
6.根据权利要求5所述的可分体轮足式救援机器人，其特征在于：所述回转机构包括固定在母机架顶部的齿圈(18)与圆形轨道(19)、与摄像头固定并与圆形轨道滑动配合的回转滑块(20)、与摄像头固定的回转电机、由回转电机驱动并与齿圈啮合的齿轮(21)。
7.根据权利要求6所述的可分体轮足式救援机器人，其特征在于：所述卡槽中设有多个电磁铁(22)，底架上设有与电磁铁对应的铁质定位块(23)。
8.根据权利要求7所述的可分体轮足式救援机器人，其特征在于：所述母控制器分别电连接行走电机、升降电机、探照灯、摄像头、电磁铁，母电源用于向母控制器、行走电机、升降电机、探照灯、摄像头、电磁铁供电；所述子控制器分别电连接第一舵机、第二舵机、第三舵机、第四舵机、气源，子电源用于向子控制器、第一舵机、第二舵机、第三舵机、第四舵机、气源供电。
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