專利名稱：廢墟狹縫搜救機(jī)器人頭部拉進(jìn)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及搜救機(jī)器人技術(shù)，特別是一種廢墟狹縫搜救機(jī)器人頭部拉進(jìn)機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
最近幾年世界各地地震不斷，地震災(zāi)難發(fā)生后，在廢墟中搜尋幸存者，給予必要的醫(yī)療救助，并盡快救出被困者是救援人員面臨的緊迫任務(wù)。實際經(jīng)驗表明，超過48小時后被困在廢墟中的幸存者存活的概率變得越來越低。由于災(zāi)難現(xiàn)場情況復(fù)雜，在救援人員自身安全得不到保證的情況下是很難進(jìn)入現(xiàn)場開展救援工作的，此外，廢墟中形成的狹小空間使搜救人員甚至搜救犬也無法進(jìn)入。災(zāi)難搜救機(jī)器人可以很好地解決上述問題。機(jī)器人可以在災(zāi)難發(fā)生后第一時間進(jìn)入災(zāi)難現(xiàn)場尋找幸存者，對被困人員提供基本的醫(yī)療救助服務(wù)，進(jìn)入救援人員無法進(jìn)入的現(xiàn)場搜集有關(guān)信息并反饋給救援指揮中心等。近年來，為了滿足救援工作的需要，國內(nèi)外很多研究機(jī)構(gòu)開展了大量的研究工作，可在災(zāi)難現(xiàn)場廢墟中狹小空間內(nèi)搜尋的各類機(jī)器人如履帶式機(jī)器人、蛇形機(jī)器人等相繼被開發(fā)出來。履帶式機(jī)器人能夠在粗糙不平的地面上進(jìn)行運(yùn)動并可以越過障礙，同時具有穩(wěn)定性，攀爬能力強(qiáng)的優(yōu)勢。但這種機(jī)器人通常體積較大，因而在室外有更大的用武之地，若要進(jìn)入倒塌的建筑物環(huán)境中是比較困難的。對于蛇形爬行機(jī)器人，它能夠滿足在災(zāi)難環(huán)境中運(yùn)行對體型的要求，其狹長的體型完全可以進(jìn)入狹小空間進(jìn)行工作，同時其在結(jié)構(gòu)上往往采用的是冗余的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，增加了其對環(huán)境的適應(yīng)能力，運(yùn)動的穩(wěn)定性以及越障能力。但其控制和驅(qū)動的復(fù)雜性往往限制在搜救方面的應(yīng)用。綜合考慮了現(xiàn)有的各種搜救機(jī)器人的優(yōu)缺點，發(fā)現(xiàn)一種易操作的、結(jié)構(gòu)簡單的廢墟狹縫搜救機(jī)器人的研究會具有廣泛的應(yīng)用。這種廢墟搜救機(jī)器人為通過一套操控裝置將一根管狀柔性的機(jī)器人本體自動地送進(jìn)廢墟狹縫中完成搜救任務(wù)的機(jī)器人系統(tǒng)。由于廢墟狹縫中的空間狹小且環(huán)境復(fù)雜，搜救機(jī)器人本體在狹小空間的送進(jìn)問題是整個機(jī)器人系統(tǒng)研發(fā)的一大難題。本研究正是面向能使柔性機(jī)器人本體進(jìn)入廢墟狹縫的自動送進(jìn)機(jī)構(gòu)，它在柔性體之上且可沿本體前后移動，當(dāng)柔性本體“卡死”時，置于本體頭部的拉進(jìn)機(jī)構(gòu)要對本體實現(xiàn)“拉進(jìn)”。所以，頭部拉進(jìn)機(jī)構(gòu)是整個搜救機(jī)器人的關(guān)鍵，重量輕、體積小、拉進(jìn)功能好且工作穩(wěn)定、效率高的拉緊機(jī)構(gòu)決定了搜救機(jī)器人具有良好的運(yùn)動穩(wěn)定性和高效的搜救能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種針對已有技術(shù)存在的缺陷，提供一種廢墟狹縫搜救機(jī)器人頭部拉進(jìn)機(jī)構(gòu)，當(dāng)搜救機(jī)器人的柔性本體在廢墟中“卡死”時，拉進(jìn)機(jī)構(gòu)能夠主動、迅速地找到支點，將柔性本體向前拉進(jìn)。為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案
一種廢墟狹縫搜救機(jī)器人頭部拉進(jìn)機(jī)構(gòu)，包括可在柔性體上運(yùn)動的基座和可主動伸展、收縮的支撐腿?；怯蓛蓚€對稱體組成，每一半上的構(gòu)成相同，由螺釘連接成一體，中間夾著柔性體?；ㄟ^一對摩擦輪在柔性體上的摩擦而運(yùn)動，其特征在于電機(jī)驅(qū)動后，經(jīng)過一對錐齒輪的哨合傳動,帶動中間軸的轉(zhuǎn)動,從而帶動摩擦輪的轉(zhuǎn)動,這樣,通過一對摩擦輪對柔性體的擠壓摩擦,基座在柔性體上運(yùn)動。支撐腿有被動腿和主動腿,通過輪系和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的組合，輪系由太陽輪和兩個行星輪組成，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)由滑塊、支撐腿和轉(zhuǎn)臂組成。支撐腿可適時、主動的收攏和展開，并維持收攏或展開狀態(tài)，其特征在于當(dāng)基體沿著柔性體向前運(yùn)動時，支撐腿收攏，并維持這一狀態(tài)；當(dāng)電機(jī)反轉(zhuǎn)，基體要沿著柔性體向后運(yùn)動時，支撐腿展開，并維持這一狀態(tài)。拉進(jìn)機(jī)構(gòu)對柔性體向前拉進(jìn)的功能在支撐腿展開后可直接實現(xiàn)，其特征在于運(yùn)動過程中，當(dāng)展開的支撐腿后的擋板碰到障礙物并阻止其繼續(xù)向后運(yùn)動時 ，摩擦輪和柔性體間的摩擦力就會迫使柔性體向前運(yùn)動。所述的輪系和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的組合結(jié)構(gòu)是輪系由兩個行星輪和一個太陽輪組成，兩個行星輪通過轉(zhuǎn)臂的連接可繞著太陽輪旋轉(zhuǎn)，太陽輪通過鍵和中間軸固定連接，轉(zhuǎn)臂同兩個行星輪及中間軸之間的連接均可轉(zhuǎn)動，則中間軸轉(zhuǎn)向不同時，兩個行星輪繞太陽輪旋轉(zhuǎn)的方向也不同。左邊的行星輪再和滑塊連接，連接處可自由轉(zhuǎn)動，主動支撐腿再穿過滑塊，滑塊可沿著支撐腿滑動，則行星輪繞著太陽輪轉(zhuǎn)動時就會帶著滑塊同時沿著支撐腿滑動。當(dāng)轉(zhuǎn)臂的左臂水平時，支撐腿靠在基座上，此時滑塊不再運(yùn)動，支撐腿收攏，行星輪繼續(xù)空轉(zhuǎn)，支撐腿維持收攏狀態(tài)；當(dāng)轉(zhuǎn)臂的右臂水平時，右臂被基座上的彈性擋銷擋住，此時滑塊不再運(yùn)動，支撐腿展開，行星輪繼續(xù)空轉(zhuǎn)，支撐腿維持展開狀態(tài)。所述的支撐腿有兩對，每對都包括一個主動腿和一個被動腿，被動腿通過一個轉(zhuǎn)軸和主動腿相連，每對腿都能實現(xiàn)同方向的、相對靜止的運(yùn)動。轉(zhuǎn)軸和支撐腿之間通過連接臂實現(xiàn)聯(lián)動。所述的后擋板有兩個，每個都通過連接板和一對支撐腿相連，形狀如同半個碗，側(cè)面有一定的傾斜角，增加接觸面積，增大支撐腿展開后找到障礙物支點的可能性。所述的保護(hù)罩的結(jié)構(gòu)由兩半頭部呈錐形，傾斜角同基座相同，尾部呈圓形的薄壁結(jié)構(gòu)組成，在支撐腿展開時經(jīng)過的位置開有一定大小的窄縫。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實質(zhì)性特點和顯著優(yōu)點
I.拉進(jìn)機(jī)構(gòu)的整體尺寸很小，可以在廢墟狹縫中運(yùn)動，支撐腿展開后的范圍尺寸很大，可以盡可能地找到支撐點。2.行星輪和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的組合很好地實現(xiàn)了支撐腿的主動收攏和展開，并穩(wěn)定地維持在所需的工作位置。3.被動支撐腿的引入不僅充分利用了現(xiàn)有的空間，還使支撐腿及后擋板的展開更加的合理、穩(wěn)定。4.本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，易于加工制造，制造成本低，實用價值高，利于推廣。


圖I是本發(fā)明實施例一廢墟狹縫搜救機(jī)器人頭部拉進(jìn)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)主視縱剖視圖。圖2是圖I的俯視圖，圖3是圖I的右視圖，圖4是圖I的左視圖。圖5是本發(fā)明實施例二廢墟狹縫搜救機(jī)器人頭部拉進(jìn)機(jī)構(gòu)支撐腿展開后示意圖。圖6是本發(fā)明實施例四廢墟狹縫搜救機(jī)器人頭部拉進(jìn)機(jī)構(gòu)后擋板示意圖。圖7是本發(fā)明實施例五廢墟狹縫搜救機(jī)器人頭部拉進(jìn)機(jī)構(gòu)保護(hù)罩示意圖。
具體實施例方式結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例詳述如下
實施例一
參見圖I-圖5，一種廢墟狹縫搜救機(jī)器人頭部拉進(jìn)機(jī)構(gòu)，包括可在柔性體上運(yùn)動的基座和可主動伸展、收縮的支撐腿。在本實例中，基座2是由兩個對稱體組成，每一半上的構(gòu)成相同，由螺釘17連接成一體，中間夾著柔性體I?；?通過一對摩擦輪5在柔性體上的摩擦而運(yùn)動，電機(jī)8驅(qū)動后，經(jīng)過一對錐齒輪7的嚙合傳動，帶動中間軸6的轉(zhuǎn)動，從而帶動摩擦輪5的轉(zhuǎn)動，這樣，通過一對摩擦輪5對柔性體I的擠壓摩擦，基座2在柔性體I上運(yùn)動。輪系和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的組合使用，可實現(xiàn)支撐腿9、13的主動伸展、收縮。輪系由太陽輪10和兩個行星輪11、12組成，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)由滑塊15、支撐腿9、13和轉(zhuǎn)臂16組成。支撐腿可適時、主動的收攏和展開，并維持收攏或展開狀態(tài)。當(dāng)基體2沿著柔性體向前運(yùn)動時，支撐腿收攏，并維持這一狀態(tài)；當(dāng)電機(jī)8反轉(zhuǎn)，基體2要沿著柔性體I向后運(yùn)動時，支撐腿9、13展開，并維持這一狀態(tài)。拉進(jìn)機(jī)構(gòu)對柔性體I向前拉進(jìn)的功能在支撐腿9、13展開 后可直接實現(xiàn)，在運(yùn)動過程中，當(dāng)展開的支撐腿9、13后的擋板14碰到障礙物并阻止其繼續(xù)向后運(yùn)動時，摩擦輪5和柔性體I間的摩擦力就會迫使柔性體I向前運(yùn)動。當(dāng)搜救機(jī)器人在運(yùn)動過程中“卡死”時，這種拉進(jìn)機(jī)構(gòu)的工作可以很好地幫助搜救機(jī)器人順利地度過此階段，進(jìn)一步保證了機(jī)器人整體運(yùn)動的高效、穩(wěn)定。實施例二
本實施例與實施例一的技術(shù)方案基本相同，不同之處在于
參見圖5，在本實施例中，輪系和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的組合結(jié)構(gòu)是輪系由兩個行星輪11、12和一個太陽輪10組成，兩個行星輪11、12通過轉(zhuǎn)臂16的連接可繞著太陽輪10旋轉(zhuǎn)，太陽輪10通過鍵和中間軸6固定連接，所述轉(zhuǎn)臂16同兩個行星輪11、12及中間軸6之間的連接均可轉(zhuǎn)動，中間軸6轉(zhuǎn)向不同時，兩個行星輪11、12繞太陽輪10旋轉(zhuǎn)的方向也不同。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的組成是左邊的行星輪11再和滑塊15連接，連接處可自由轉(zhuǎn)動，主動支撐腿13再穿過滑塊15。滑塊15可沿著主動支撐腿13滑動，行星輪11繞著太陽輪10轉(zhuǎn)動時就會帶著滑塊15同時沿著主動支撐腿13滑動。當(dāng)轉(zhuǎn)臂16的左臂水平時，支撐腿13靠在基座2上，此時滑塊15不再運(yùn)動，支撐腿9、13收攏，行星輪11、12繼續(xù)空轉(zhuǎn)，支撐腿9、13維持收攏狀態(tài)；當(dāng)轉(zhuǎn)臂16的右臂水平時，右臂被基座2上的彈性圓柱銷18擋住，此時滑塊15不再運(yùn)動，支撐腿9、13展開，行星輪11、12繼續(xù)空轉(zhuǎn)，支撐腿9、13維持展開狀態(tài)。輪系和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的組合使用，一方面，充分發(fā)揮了電機(jī)8的功效，電機(jī)8不僅驅(qū)動摩擦輪5，使基座2在柔性體I上運(yùn)動,還能通過輪系和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)驅(qū)動支撐腿9、13的收攏和展開，實現(xiàn)了支撐腿9、13的主動運(yùn)動；另一方面，將支撐腿9、13很好地布置在基座2上，使個頭部拉進(jìn)機(jī)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)更加緊湊，減小了整體的尺寸，這樣，搜救機(jī)器人就能夠在廢墟中運(yùn)動迅速、自如。實施例三
本實施例與實施例一和實施例二的技術(shù)方案基本相同，不同之處在于
在本實施例中，支撐腿有兩對，每對都包括一個主動腿13和一個被動腿9，被動腿9通過一個轉(zhuǎn)軸3和主動腿13相連，每對腿都能實現(xiàn)同方向的、相對靜止的運(yùn)動。轉(zhuǎn)軸3和支撐腿9、13之間通過連接臂4實現(xiàn)聯(lián)動。主動腿13和被動腿9的聯(lián)合使用，充分利用了基座2上的有限空間，另外，每對腿的聯(lián)動可以使它們和后擋板14的連接更穩(wěn)定，當(dāng)后擋板14碰到障礙物時，可以對腿部的受力起到平衡的作用。實施例四
本實施例與前述實施例的技術(shù)方案基本相同，不同之處在于
參見圖5和圖6，在本實施例中，后擋板14有兩個，其形狀如同半個碗，側(cè)面有一定的傾斜角，每個后擋板14的底面都通過連接板19和一對支撐腿9、13相連，傾斜的側(cè)面增加了后擋板14和障礙物的接觸面積，增大了支撐腿9、13展開后整個拉進(jìn)機(jī)構(gòu)找到障礙物作為支點的可能性，快速地使搜救機(jī)器人度過柔性體I被“卡死”的狀態(tài)。 實施例五
本實施例與前述實施例的技術(shù)方案基本相同，不同之處在于
參見圖I和圖7，在本實施例中，保護(hù)罩20由兩半頭部呈錐形，傾斜角同基座2相同，尾部呈圓形的薄壁結(jié)構(gòu)組成，在支撐腿9、13展開時經(jīng)過的位置開有一定大小的窄縫，以保證支撐腿9、13的正常收攏和展開。保護(hù)罩20使整個拉進(jìn)機(jī)構(gòu)和外界環(huán)境隔開，使廢墟中的塵土和雜物不能輕易進(jìn)入拉進(jìn)機(jī)構(gòu)內(nèi)部，對拉進(jìn)機(jī)構(gòu)的傳動部分起到了很好的保護(hù)作用。另一方面，保護(hù)罩20還減小了拉進(jìn)機(jī)構(gòu)在運(yùn)動過程中的阻力，使其能夠更順暢地在廢墟中運(yùn)動。上面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例進(jìn)行了說明，但本發(fā)明不限于上述實施例，還可以根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明創(chuàng)造的目的做出多種變化，凡依據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案的精神實質(zhì)和原理下做的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，只要符合本發(fā)明的發(fā)明目的，只要不背離本發(fā)明的技術(shù)原理和發(fā)明構(gòu)思，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種廢墟狹縫搜救機(jī)器人頭部拉進(jìn)機(jī)構(gòu)，包括可在柔性體上運(yùn)動的基座和可主動伸展、收縮的支撐腿，其特征在于所述基座(2)是由兩半對稱體組成，每一半上的構(gòu)成相同，由螺釘(17)連接成一體，中間夾著柔性體(I);基座(2)通過一對摩擦輪(5)在柔性體上的摩擦而運(yùn)動一個電機(jī)(8)經(jīng)一對錐齒輪(7)的嚙合傳動一根中間軸(6)，中間軸(6)上固定安裝摩擦輪(5 )，這樣，通過一對摩擦輪(5 )對柔性體(I)的擠壓摩擦，基座(2 )在柔性體(1)上運(yùn)動；所述的可主動伸展、收縮的支撐腿，是一個輪系和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的組合機(jī)構(gòu)，由所述電機(jī)(8)驅(qū)動該輪系和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的組合機(jī)構(gòu)中的支撐腿(9)，實現(xiàn)支撐腿的主動伸展、收縮運(yùn)動。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的廢墟狹縫搜救機(jī)器人頭部拉進(jìn)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的輪系和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的組合機(jī)構(gòu)是一個輪系由兩個行星輪(11、12)和一個太陽輪(10)嚙合構(gòu)成，兩個行星輪(11、12)通過轉(zhuǎn)臂(16)的連接繞著太陽輪(10)旋轉(zhuǎn)，所述太陽輪(10)通過鍵和所述中間軸(6)固定連接，所述轉(zhuǎn)臂(16)同兩個行星輪(11、12)及中間軸(6)之間的連接均為轉(zhuǎn)動連接，所述中間軸(6 )轉(zhuǎn)向不同時，兩個行星輪(11、12 )繞太陽輪(IO )旋轉(zhuǎn)的方向也不同；一個曲柄滑塊機(jī)構(gòu)是所述兩個行星輪中的左邊行星輪(11)與一個滑塊(15)轉(zhuǎn)動連接，一個主動支撐腿(13)滑配穿過滑塊(15);所述左邊行星輪(11)繞著太陽輪(10)轉(zhuǎn)動時就會帶著滑塊(15)同時沿著主動支撐腿(13)滑動，當(dāng)所述轉(zhuǎn)臂(16)的左臂水平時，主動支撐腿(13)靠在基座(2)上，此時滑塊(15)不再運(yùn)動，主動支撐腿(13)收攏，所述行星輪(11、12)繼續(xù)空轉(zhuǎn)，主動支撐腿(13)維持收攏狀態(tài)；當(dāng)所述轉(zhuǎn)臂(16)的右臂水平時，右臂被基座(2)上安裝的一個彈性圓柱銷(18)擋住，此時所述滑塊(15)不再運(yùn)動，主動支撐腿(13)展開，所述行星輪(11、12)繼續(xù)空轉(zhuǎn)，主動支撐腿(13)維持展開狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的廢墟狹縫搜救機(jī)器人頭部拉進(jìn)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的支撐腿有兩對，每對都包括一個主動支撐腿(13)和一個被動支撐腿(9 )，所述被動支撐腿(9 )通過一個轉(zhuǎn)軸(3)和主動支撐腿(13)固定相連，所述的每對腿都能實現(xiàn)同方向的、相對靜止的運(yùn)動；所述轉(zhuǎn)軸(3)與主動和被動支撐腿(9、13)之間通過連接臂(4)固定連接而實現(xiàn)聯(lián)動。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的廢墟狹縫搜救機(jī)器人頭部拉進(jìn)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述一對主動和被動支撐腿(9、13)分別與兩個后擋板(14)通過兩個連接板(19)相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的廢墟狹縫搜救機(jī)器人頭部拉進(jìn)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述基座(2)外圍有一個保護(hù)罩(20):由兩半頭部呈錐形、尾部呈圓形殼體的薄壁結(jié)構(gòu)組成，所述保護(hù)罩(20)頭部錐形的傾斜角同基座(2)相同，在支撐腿(9、13)展開時經(jīng)過的位置開有相應(yīng)大小的窄縫，以保證支撐腿(9、13)的正常收攏和展開。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種廢墟狹縫搜救機(jī)器人頭部拉進(jìn)機(jī)構(gòu)，它包括基座和可主動伸展、收縮的支撐腿?；ㄟ^一對摩擦輪在柔性體上的摩擦而實現(xiàn)運(yùn)動。支撐腿通過輪系和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的組合使用，可適時、主動的收攏和展開，并穩(wěn)定地維持在所需的工作位置。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，支撐腿主動、穩(wěn)定的運(yùn)動，進(jìn)一步保證了廢墟搜救機(jī)器人整體運(yùn)動的高效、穩(wěn)定。
文檔編號B62D57/02GK102862617SQ201210346740
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月2日
發(fā)明者章亞男, 葛磐, 沈林勇, 司文 申請人:上海大學(xué)