專利名稱：遙控操作履帶式反恐機器人的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種結構緊湊、機動性強、多功能的、主要用于反恐現(xiàn)場作業(yè)的遙控機器人，使用于危險區(qū)域爆炸物的探測、運送和排除；在特定情況下，將安裝架上的夾抱器、推出器等屬具改為發(fā)射器、機炮等武器，也可發(fā)起攻擊。
背景技術：
進入二十一世紀后，全球化的恐怖主義、毒品販賣、和有組織犯罪已取代了傳統(tǒng)的安全威脅，而對抗性措施中相應的技術裝備卻顯得薄弱和滯后。雖然國外已經(jīng)有了重達數(shù)十噸的戰(zhàn)斗工程車和微小型的拆彈機器人的報道，但和已經(jīng)出現(xiàn)的恐怖活動還對不上號。在伊拉克出現(xiàn)的路邊炸彈重量都在100公斤左右，汽車炸彈重量都在500公斤左右；國內(nèi)出現(xiàn)的幾次恐怖活動，爆炸物重量也在100公斤以上。因此希望能有一種機動性好、結構緊湊又能搬動500公斤左右爆炸物的、能遙控操作的裝備出現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于設計一種遙控操作履帶式反恐機器人，這種裝置具有機動性好、結構緊湊、能搬動500公斤左右爆炸物、能遙控操作等特點。
按照本發(fā)明所提供的設計方案，在底盤的前面為可折疊的伸縮門架，門架的下部和底盤鉸接，門架的下端與安裝于底盤下面的傾斜油缸連接，在門架的前面安裝可以升降的提升架，在底盤上有履帶及驅(qū)動系統(tǒng)。
驅(qū)動系統(tǒng)由驅(qū)動單元、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及蓄電池組組成，履帶由驅(qū)動系統(tǒng)中的驅(qū)動單元驅(qū)動，作前進后退的行走動作，在底盤上布置液壓系統(tǒng)的泵、閥、油箱、控制系統(tǒng)的強電和弱電元件、蓄電池組。
在底盤的前半部布置液壓系統(tǒng)的泵、閥、油箱，底盤的中部布置控制系統(tǒng)的強電和弱電元件，兩者以金屬隔板隔離，底盤后部布置蓄電池組，蓄電池組兼作配重體以保持整機的平衡。
在門架上有導向槽，在提升架上有嵌在導向槽內(nèi)的滾輪，提升架依靠提升油缸及滾輪在門架的導向槽中提升，提升架的上部有用于掛裝屬具的凸肩和/或安裝孔。
門架由外門架與可以在外門架上上下移動的內(nèi)門架組成。屬具為夾抱器或直叉或吊桿和抓斗或鏟斗或串桿，在L形直叉、吊桿及鏟斗上有可以將直叉、吊桿及鏟斗掛在提升架上的掛鉤。在提升架上安裝鏈條掛鉤，在鏈條掛鉤上連接鏈條，鏈條的另一端與外門架連接，使提升架能隨著提升油缸的活塞桿而上下移動。
在鏟斗內(nèi)有鏟斗體，鏟斗體與支架連接，支架的下端與掛鉤的下端鉸接，在支架的上端安裝螺母，與螺母配合的絲桿的另一端可轉動地連接于掛鉤的上部，在支架上安裝有電動機，該電動機的輸出端與絲桿或螺母連接；在夾抱器內(nèi)有滑軌，在滑軌上有可以相向移動的夾板，該夾板的一端與正反向絲桿連接，在正反向絲桿上有相互配合的螺母，螺母與安裝于滑軌上的電動機連接；在掛裝吊桿上有可以在吊桿上移動的抓斗，在抓斗內(nèi)有兩根連桿，在每根連桿的下端鉸接抓斗體，連桿的上端與滑塊鉸接，在滑塊上安裝電動機，電動機的輸出端與安裝于滑塊內(nèi)的滑輪連接，在滑輪上有鋼絲繩，鋼絲繩的下端與抓斗體的一端連接。
在底盤上設置中空的主軸，傳動鏈輪利用軸承套裝在主軸的外圓上；驅(qū)動電機及減速器安裝在主軸的內(nèi)部，驅(qū)動電機及減速器的輸出與輪邊減速器連接，輪邊減速器的輸出與鏈輪的內(nèi)齒輪連接，鏈輪與履帶連接。
本發(fā)明的特點(1)具有800公斤起重噸位和2500毫米的提升高度。而且提升架上預置了凸肩和安裝孔，可以根據(jù)現(xiàn)場情況和爆炸物的形狀在提升架上快速掛裝如夾抱器、直叉、吊桿和抓斗、鏟斗、串桿等屬具，而將爆炸物提起后移置到安全地區(qū)。也可掛裝圖象探頭和紅外探頭等探測器具，利用機器人的提升機構和原地轉向功能，在各個角度和各個高度上把現(xiàn)場情況傳輸?shù)街笓]中心。(2)其前方的工作裝置可以折疊，而使整機的高度壓縮為700毫米。因此可以依靠其自身的預置編程、傳感系統(tǒng)、導向系統(tǒng)和控制指令而自行進入專用車輛附裝的箱體內(nèi)，并由專用車輛迅速送抵現(xiàn)場，具有機動快速的特點。(3)采用輕型履帶式行走機構，工作的適應性好，能跨過溝渠，能在泥濘松軟或高低不平的地面行走。(4)依靠其圖象監(jiān)視系統(tǒng)，所有行走、轉向、提升、傾斜、夾持等動作都可在指揮車中遙控完成，以避免人員進入危險現(xiàn)場工作。
本發(fā)明的機器人全長2000毫米，全寬1200毫米，門架折疊時全高700毫米，自重1200公斤。最大行走速度50米/分。


圖1為本發(fā)明的側面圖。
圖2為圖1的俯視圖。
圖3為升降架上升后的狀態(tài)圖。
圖4為折疊后的狀態(tài)圖。
圖5為本發(fā)明中可折疊門架的4種工作狀態(tài)圖。
圖6為提升架結構圖。
圖7為圖6的左視圖。
圖8為本發(fā)明中可快速掛裝的幾種屬具的外形圖。
圖9為本發(fā)明中一體式的履帶驅(qū)動單元圖。
圖10為本發(fā)明進入專用車輛附裝的箱體內(nèi)而快速抵達現(xiàn)場的示意圖。
具體實施例方式
本機器人的總體布置如圖1、2所示，在底盤10的前面為可折疊的伸縮門架1，門架1的下部和底盤10鉸接，門架1的下端與安裝于底盤10下面的傾斜油缸6連接，在門架1的前面安裝可以升降的提升架2，在底盤10上有履帶4及驅(qū)動系統(tǒng)。驅(qū)動系統(tǒng)由驅(qū)動單元9、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及蓄電池組8組成，履帶4由驅(qū)動系統(tǒng)中的驅(qū)動單元9驅(qū)動，作前進后退的行走動作，在底盤10上布置液壓系統(tǒng)的泵、閥、油箱5、控制系統(tǒng)的強電和弱電元件7、蓄電池組8。安裝時，在底盤10的前半部布置液壓系統(tǒng)的泵、閥、油箱5，底盤10的中部布置控制系統(tǒng)的強電和弱電元件7，兩者以金屬隔板40隔離，底盤10后部布置蓄電池組8，蓄電池組8兼作配重體以保持整機的平衡。
在門架1上有導向槽，在提升架2上有嵌在導向槽內(nèi)的滾輪18，提升架2依靠提升油缸及滾輪18在門架1的導向槽中提升，提升架2的上部有用于掛裝屬具3的凸肩16和/或安裝孔17。門架1由外門架12與可以在外門架12上上下移動的內(nèi)門架11組成。提升門架1共有4種工作狀態(tài)，如圖5中的a、b、c、d所示當傾斜油缸6的活塞桿伸出量最大時，由于回轉軸承座14和底盤10鉸接，門架1將后傾到水平位置，使整機具有最低的外形高度，如圖5中的d及圖4，這時機器人的總高度為700毫米，從而有可能在指揮車的底盤下方設置機箱，使機器人成為隨車裝備而快速送達現(xiàn)場。當內(nèi)門架11在提升油缸的作用下從外門架12中伸出至最大高度時，提升架2攜帶其屬具3隨同升高，機器人將具有將其操作器具及重物抬升到2.5米高度的能力，見如圖5中的b。而當傾斜油缸6后縮到極限位置時，門架1將前傾12°，使機器人具有更大的操作空間，見圖5中的a。圖5中的c為內(nèi)門架11及提升架2下降至最低高度時的狀態(tài)。
在提升架2上安裝鏈條掛鉤19，在鏈條掛鉤19上連接鏈條20，鏈條20的另一端與外門架12連接，使提升架2能隨著提升油缸的活塞桿而上下移動。如圖6所示提升架2依靠4個滾輪18在內(nèi)門架11的導向槽里作上下運動的；鏈條20和鏈條掛鉤19使提升架2能隨著提升油缸的活塞桿而上下。提升架2上預置了凸肩16和安裝孔17。在機器人抵達現(xiàn)場后可以根據(jù)爆炸物的形狀快速掛裝操作屬具3，將爆炸物提起后移置到安全地區(qū)。
機器人的操作機構是掛裝在提升架2上的各種形式的屬具3，屬具3可以是夾抱器25或直叉21或吊桿26和抓斗27或鏟斗22或串桿，在L形直叉21、吊桿26及鏟斗22上有可以將直叉21、吊桿26及鏟斗22掛在提升架2上的掛鉤41。直叉21是最簡單的屬具，它可以直接掛裝到提升架2上，不需操作能源，見圖7中的g。
在鏟斗22內(nèi)有鏟斗體46，鏟斗體46與支架42連接，支架42的下端與掛鉤41的下端鉸接，在支架42的上端安裝螺母，與螺母配合的絲桿23的另一端可轉動地連接于掛鉤41的上部，在支架42上安裝有電動機24，該電動機24的輸出端與絲桿23或螺母連接；如掛裝鏟斗22，那么就要插接從門架1上部滑輪上掛下的電纜，使鏟斗能通過電機24和絲桿23作最大30°的傾翻動作，見圖7中的f。
在夾抱器25內(nèi)有滑軌43，在滑軌43上有可以相向移動的夾板45，該夾板45的一端與正反向絲桿44連接，在正反向絲桿44上有相互配合的螺母，螺母與安裝于滑軌43上的電動機連接；如掛裝夾抱器25，插接電纜后也可通過夾抱器25內(nèi)的正反向的絲桿使兩邊的夾板作夾攏和松開的動作，見圖7中的e。
在掛裝吊桿26上有可以在吊桿26上移動的抓斗27，在抓斗27內(nèi)有兩根連桿46，在每根連桿46的下端鉸接抓斗體引，連桿46的上端與滑塊47鉸接，在滑塊47上安裝電動機50，電動機50的輸出端與安裝于滑塊47內(nèi)的滑輪48連接，在滑輪48上有鋼絲繩49，鋼絲繩49的下端與抓斗體51的一端連接。如掛裝吊桿26和抓斗27，則由卷筒和鋼繩機構將抓斗合攏，見圖7中的h。
提升架2上也可掛裝圖象探頭或紅外探頭等探測器具，在掛裝探測器后可以利用機器人的提升機構和原地轉向功能，在各個角度和各個高度把現(xiàn)場情況傳送到指揮中心。如需掛裝武器則另行配制安裝底板并配裝電動的擊發(fā)裝置。安裝上圖象監(jiān)視系統(tǒng)后，所有前進、后退、轉向、提升、傾斜、夾持、等動作都可在指揮車中遙控完成。
為了使機器人具有更為緊湊的結構，采用了直接由電力驅(qū)動的一體式的履帶驅(qū)動單元9。其結構如圖9在底盤10上設置中空的主軸33，履帶4的傳動鏈輪29通過兩個軸承31套裝在主軸33的外圓上。驅(qū)動電機及減速器34安裝在主軸33的內(nèi)部，驅(qū)動電機及減速器34的輸出與輪邊減速器32連接，輪邊減速器32的輸出與鏈輪29的內(nèi)齒輪30連接，鏈輪29與履帶4連接，通過輪邊減速器32將動力傳遞到鏈輪29的內(nèi)齒輪30而帶動履帶4旋轉。左右兩套履帶4各有一套獨立的驅(qū)動單元9，由操作系統(tǒng)控制其轉速和方向，從而完成機器人的轉向、和前進、后退的動作。本發(fā)明采用了可以通過泥濘、松軟、和崎嶇路面的輕型履帶式行走機構，并直接由一體式履帶驅(qū)動單元驅(qū)動，在中空的主軸內(nèi)安裝了電機和減速器，通過輪邊減速器帶動鏈輪，使結構更為緊湊，并簡化了行走控制裝置。
在指揮車的大梁下方設置機箱，機器人便可快速抵達現(xiàn)場，如圖10。機箱36固定在大梁37下，而機箱的前蓋板35向下翻落，便是機器人出入機箱的跳板。在機箱的正前方設置激光反射板對機器人進行導向，使它能正確進入位置。
機器人具有兩種工作狀態(tài)一種是在20米以內(nèi)的近距離機外操作，它的動作信號可由操作者按動手持式操作盤上的相關按鈕，然后通過數(shù)碼傳輸系統(tǒng)進入機器人的伺服控制系統(tǒng)。這種狀態(tài)下機器人的動作操作者目視可及，并不需要借助于圖象監(jiān)視系統(tǒng)。另一種狀態(tài)是50米以外的遙控工作狀態(tài)，就必須借助于安裝在底盤前方和門架上方的微型攝象頭所傳輸?shù)默F(xiàn)場圖象而小心操作。因此在機器人的工作裝置上還需安裝激光測距儀和各類傳感器以幫助操作者更安全地完成現(xiàn)場作業(yè)。
門架后傾到水平狀態(tài)時，機器人具有最小的高度尺寸。因此可以依靠其預置的編程、傳感系統(tǒng)、導向系統(tǒng)和控制指令而自行走進專用車輛附裝的機箱內(nèi)，隨車快速抵達現(xiàn)場。
本發(fā)明的組成為一套可折疊的門架以及提升架和各種屬具；門架為二級伸縮式，依靠其底部的油缸可以后傾到水平位置，使整機高度壓縮為700毫米。提升架上帶有可快速掛裝各類屬具以及探測器具的凸肩和安裝孔。提升架及其屬具依靠提升油缸可最大升高到2500毫米，以應對不同的現(xiàn)場情況。
行走機構為一套輕型履帶傳動系統(tǒng)。左右兩邊的履帶各由一臺直流電機驅(qū)動，因此當兩邊履帶反向旋轉時便可實現(xiàn)機器人的原地轉向。履帶的驅(qū)動電機和驅(qū)動鏈輪組成一體并密封安裝，以防止進水及受到攻擊損壞。履帶板的接地一面涂復膠層以提高接地阻力，降低噪聲，并減少對路面的損壞。
底盤內(nèi)部為大容量的蓄電池以及液壓泵、閥、油箱和傾斜油缸等部件。蓄電池提供了行走和液壓系統(tǒng)的驅(qū)動功率，充電程序應在平時定期完成，并在汽車的運送過程中補充充電。蓄電池容量約可維持機器人連續(xù)6個小時工作所需電量。
本機器人安裝了圖象傳輸系統(tǒng)、動作信號的數(shù)碼傳輸系統(tǒng)、激光測距儀、激光掃描儀和各類傳感器，可以完成遙控的行走、轉向，和夾持、提升等現(xiàn)場作業(yè)。
本機器人全長2米，寬1.2米，門架折疊時全高700毫米，門架垂直并伸長時全高3.0米。起重量800公斤，提升高度2500毫米，自重1.2噸，最大行走速度50米/分。
權利要求
1.遙控操作履帶式反恐機器人，其特征是在底盤(10)的前面為可折疊的伸縮門架(1)，門架(1)的下部和底盤(10)鉸接，門架(1)的下端與安裝于底盤(10)下面的傾斜油缸(6)連接，在門架(1)的前面安裝可以升降的提升架(2)，在底盤(10)上有履帶(4)及驅(qū)動系統(tǒng)。
2.如權利要求1所述遙控操作履帶式反恐機器人，其特征是驅(qū)動系統(tǒng)由驅(qū)動單元(9)、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及蓄電池組(8)組成，履帶(4)由驅(qū)動系統(tǒng)中的驅(qū)動單元(9)驅(qū)動，作前進后退的行走動作，在底盤(10)上布置液壓系統(tǒng)的泵、閥、油箱(5)、控制系統(tǒng)的強電和弱電元件(7)、蓄電池組(8)。
3.如權利要求1所述遙控操作履帶式反恐機器人，其特征是在底盤(10)的前半部布置液壓系統(tǒng)的泵、閥、油箱(5)，底盤(10)的中部布置控制系統(tǒng)的強電和弱電元件(7)，兩者以金屬隔板(40)隔離，底盤(10)后部布置蓄電池組(8)，蓄電池組(8)兼作配重體以保持整機的平衡。
4.如權利要求1所述遙控操作履帶式反恐機器人，其特征是在門架(1)上有導向槽，在提升架(2)上有嵌在導向槽內(nèi)的滾輪(18)，提升架(2)依靠提升油缸及滾輪(18)在門架(1)的導向槽中提升，提升架(2)的上部有用于掛裝屬具(3)的凸肩(16)和/或安裝孔(17)。
5.如權利要求1所述遙控操作履帶式反恐機器人，其特征是門架(1)由外門架(12)與可以在外門架(12)上上下移動的內(nèi)門架(11)組成。
6.如權利要求4所述遙控操作履帶式反恐機器人，其特征是屬具(3)為夾抱器(25)或直叉(21)或吊桿(26)和抓斗(27)或鏟斗(22)或串桿，在L形直叉(21)、吊桿(26)及鏟斗(22)上有可以將直叉(21)、吊桿(26)及鏟斗(22)掛在提升架(2)上的掛鉤(41)。
7.如權利要求1或5所述遙控操作履帶式反恐機器人，其特征是在提升架(2)上安裝鏈條掛鉤(19)，在鏈條掛鉤(19)上連接鏈條(20)，鏈條(20)的另一端與外門架(12)連接，使提升架(2)能隨著提升油缸的活塞桿而上下移動。
8.如權利要求6所述遙控操作履帶式反恐機器人，其特征是在鏟斗(22)內(nèi)有鏟斗體(46)，鏟斗體(46)與支架(42)連接，支架(42)的下端與掛鉤(41)的下端鉸接，在支架(42)的上端安裝螺母，與螺母配合的絲桿(23)的另一端可轉動地連接于掛鉤(41)的上部，在支架(42)上安裝有電動機(24)，該電動機(24)的輸出端與絲桿(23)或螺母連接；在夾抱器(25)內(nèi)有滑軌(43)，在滑軌(43)上有可以相向移動的夾板(45)，該夾板(45)的一端與正反向絲桿(44)連接，在正反向絲桿(44)上有相互配合的螺母，螺母與安裝于滑軌(43)上的電動機連接；在掛裝吊桿(26)上有可以在吊桿(26)上移動的抓斗(27)，在抓斗(27)內(nèi)有兩根連桿(46)，在每根連桿(46)的下端鉸接抓斗體(51)，連桿(46)的上端與滑塊(47)鉸接，在滑塊(47)上安裝電動機(50)，電動機(50)的輸出端與安裝于滑塊(47)內(nèi)的滑輪(48)連接，在滑輪(48)上有鋼絲繩(49)，鋼絲繩(49)的下端與抓斗體(51)的一端連接。
9.如權利要求1所述遙控操作履帶式反恐機器人，其特征是在底盤(10)上設置中空的主軸(33)，傳動鏈輪(29)利用軸承(31)套裝在主軸(33)的外圓上；驅(qū)動電機及減速器(34)安裝在主軸(33)的內(nèi)部，驅(qū)動電機及減速器(34)的輸出與輪邊減速器(32)連接，輪邊減速器(32)的輸出與鏈輪(29)的內(nèi)齒輪(30)連接，鏈輪(29)與履帶(4)連接。
全文摘要
遙控操作履帶式反恐機器人，涉及一種結構緊湊、機動性強、多功能的、主要用于反恐現(xiàn)場作業(yè)的遙控機器人。按照本發(fā)明所提供的設計方案，在底盤的前面為可折疊的伸縮門架，門架的下部和底盤鉸接，門架的下端與安裝于底盤下面的傾斜油缸連接，在門架的前面安裝可以升降的提升架，在底盤上有履帶及驅(qū)動系統(tǒng)。這種裝置具有機動性好、結構緊湊、能搬動500公斤左右爆炸物、能遙控操作等特點。
文檔編號B25J5/00GK1792571SQ20051002267
公開日2006年6月28日 申請日期2005年12月21日 優(yōu)先權日2005年12月21日
發(fā)明者繆慰時 申請人:繆慰時