基于偏心輪和腿式組合的礦用本安探測(cè)機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于偏心輪和腿式組合的礦用本安探測(cè)機(jī)器人，包括機(jī)體，機(jī)體上設(shè)置有固定的輪軸，機(jī)體左側(cè)和右側(cè)的輪軸端部上分別設(shè)置有驅(qū)動(dòng)輪，所述驅(qū)動(dòng)輪為偏心輪；本發(fā)明采用偏心輪作為驅(qū)動(dòng)輪，相對(duì)于現(xiàn)有履帶式、腿式行走裝置，其避免了能量損耗高、效率低、機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)復(fù)雜的問題，可充分發(fā)揮機(jī)器人移動(dòng)靈活、控制簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)，由于偏心輪可使機(jī)體離地面距離更高，且在前進(jìn)過程中偏心輪使機(jī)體上下移動(dòng)，類似于腿式行走時(shí)的彎腿動(dòng)作，因此具有腿式行走的優(yōu)點(diǎn)，相比于傳統(tǒng)輪式驅(qū)動(dòng)機(jī)器人其具有更強(qiáng)的復(fù)雜地形適應(yīng)能力。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種煤礦救援探測(cè)機(jī)器人，特別涉及一種基于偏心輪和腿式組合的便 攜式礦用本安探測(cè)機(jī)器人。 基于偏心輪和腿式組合的礦用本安探測(cè)機(jī)器人

【背景技術(shù)】
[0002] 礦業(yè)是關(guān)系國家經(jīng)濟(jì)命脈的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，支撐著國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展。然而， 我國的礦業(yè)仍屬于高危險(xiǎn)性行業(yè)。根據(jù)2003年的一份調(diào)查報(bào)告數(shù)據(jù)，我國當(dāng)年的煤礦事故 死亡人數(shù)為6995人，約占全球的80%，百萬噸死亡率是美國的10倍，是俄羅斯、澳大利亞的 12倍。雖然近年來死亡率有所下降，但我國仍是世界上煤礦災(zāi)害最嚴(yán)重、災(zāi)害最多的國家。
[0003] 導(dǎo)致我國煤礦災(zāi)害嚴(yán)重、死亡率居高不下的原因很多，除了地質(zhì)條件差、井工礦比 例高、生產(chǎn)力水平低、防災(zāi)系統(tǒng)不健全等因素外，井下快速救援關(guān)鍵技術(shù)與裝備落后也是一 個(gè)重要的原因。很多救援行動(dòng)中為了避免次生事故，救援隊(duì)員使用機(jī)電類設(shè)備受到極大限 制，長(zhǎng)達(dá)數(shù)公里的巷道也只能步行；救援隊(duì)員完全不清楚前方的實(shí)際情況，不僅冒著巨大風(fēng) 險(xiǎn)，在心理上也會(huì)給救援人員極大的影響，使得實(shí)際救援效率大打折扣。
[0004] 值得慶幸的是，隨著機(jī)械、電子、信息技術(shù)和傳感器技術(shù)等領(lǐng)域的快速發(fā)展，機(jī)器 人代替救援隊(duì)員進(jìn)入高危險(xiǎn)區(qū)域或者人類難以到達(dá)的地方搜救幸存者和尋找受難礦工、采 集現(xiàn)場(chǎng)信息為救援計(jì)劃提供信息支持已經(jīng)成為可能。大量研究和實(shí)踐證明，將機(jī)器人應(yīng)用 到礦難救援中，可幫助救援隊(duì)員掌握事故現(xiàn)場(chǎng)第一手信息和資料，提高救援效率，最大限度 地減少傷亡和損失。
[0005] 我國的煤礦地形復(fù)雜，礦道深而復(fù)雜，礦難類型主要是瓦斯爆炸、煤塵爆炸、瓦斯 突出、透水事故、礦井失火、頂板塌方等。其中，瓦斯爆炸和頂板塌方就占了礦難數(shù)量和死亡 人數(shù)的60% - 70%。這些類型的礦難也常常導(dǎo)致礦道損毀，救援通道被易燃易爆物、有毒 氣體、泥水和沙石等填充，極大地增加了救援行動(dòng)的困難。在這樣復(fù)雜的環(huán)境下開展探測(cè)救 援工作，需要機(jī)器人具有強(qiáng)大的通過能力。為了保證通過能力，現(xiàn)有的機(jī)器人往往體積重量 巨大（數(shù)百公斤），使用履帶甚至復(fù)合履帶作為行走部件。需要用大功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)，由于驅(qū) 動(dòng)功率大，必須使用隔爆外殼，這又進(jìn)一步增加了體積重量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種基于偏心輪和腿式組合的礦用本安探測(cè)機(jī)器 人，以解決復(fù)雜路面下機(jī)器人通過能力和自身體積重量的矛盾的問題。
[0007] 本發(fā)明基于偏心輪和腿式組合的礦用本安探測(cè)機(jī)器人，包括機(jī)體，機(jī)體上設(shè)置有 固定的輪軸，機(jī)體左側(cè)和右側(cè)的輪軸端部上分別設(shè)置有驅(qū)動(dòng)輪，所述驅(qū)動(dòng)輪為偏心輪。
[0008] 進(jìn)一步，所述驅(qū)動(dòng)輪的行走輪面上設(shè)置有至少一根撐桿。
[0009] 進(jìn)一步，所述驅(qū)動(dòng)輪的偏心距與驅(qū)動(dòng)輪半徑之比為0. 25?0. 75。
[0010] 進(jìn)一步，所述驅(qū)動(dòng)輪包括圓形輪緣和焊接在圓形輪緣上的加強(qiáng)連板，所述圓形輪 緣和加強(qiáng)連板由鋁合金材料制成。
[0011] 進(jìn)一步，所述機(jī)體上還設(shè)置有驅(qū)動(dòng)設(shè)置在機(jī)體左側(cè)輪軸上驅(qū)動(dòng)輪的第一電機(jī)組和 驅(qū)動(dòng)設(shè)置在機(jī)體右側(cè)輪軸上驅(qū)動(dòng)輪的第二電機(jī)組，所述第一電機(jī)組和第二電機(jī)組均包括至 少兩個(gè)轉(zhuǎn)子同軸串聯(lián)的電機(jī)。
[0012] 進(jìn)一步，所述基于偏心輪和腿式組合的礦用本安探測(cè)機(jī)器人還包括用于控制第一 電機(jī)組的第一控制器和控制第二電機(jī)組的第二控制器，所述第一電機(jī)組中的各電機(jī)分別通 過單獨(dú)的信號(hào)模塊和隔離器件和第一控制器連接；所述第二電機(jī)組中的各電機(jī)分別通過單 獨(dú)的信號(hào)模塊和隔離器件和第二控制器連接。
[0013] 進(jìn)一步，所述各電機(jī)、各信號(hào)模塊和各控制器均設(shè)置有獨(dú)立的供電模塊。
[0014] 進(jìn)一步，所述機(jī)體由鋁合金制成。
[0015] 本發(fā)明的有益效果：
[0016] 1、本發(fā)明基于偏心輪和腿式組合的礦用本安探測(cè)機(jī)器人，其采用偏心輪作為驅(qū)動(dòng) 輪，相對(duì)于現(xiàn)有履帶式、腿式行走裝置，其避免了能量損耗高、效率低、機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)復(fù)雜 的問題，可充分發(fā)揮機(jī)器人移動(dòng)靈活、控制簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)，由于偏心輪可使機(jī)體離地面 距離更高，且在前進(jìn)過程中偏心輪使機(jī)體上下移動(dòng)，類似于腿式行走時(shí)的彎腿動(dòng)作，因此具 有腿式行走的優(yōu)點(diǎn)，相比于傳統(tǒng)輪式驅(qū)動(dòng)機(jī)器人其具有更強(qiáng)的復(fù)雜地形適應(yīng)能力。
[0017] 2、本發(fā)明基于偏心輪和腿式組合的礦用本安探測(cè)機(jī)器人，由于驅(qū)動(dòng)機(jī)體同側(cè)驅(qū)動(dòng) 輪的各電機(jī)的轉(zhuǎn)子同軸串聯(lián)連接，因此同一驅(qū)動(dòng)輪便同時(shí)受到若干各電機(jī)的合力驅(qū)動(dòng)，在 翻越障礙時(shí)，可使機(jī)器人在只有少量驅(qū)動(dòng)輪接觸地面情況下，仍然具有足夠的動(dòng)力翻越障 礙或脫困，越障脫困能力大大提高。
[0018] 3、本發(fā)明基于偏心輪和腿式組合的礦用本安探測(cè)機(jī)器人，驅(qū)動(dòng)同一驅(qū)動(dòng)輪的各電 機(jī)和同一控制器連接，因此控制器能向驅(qū)動(dòng)同一驅(qū)動(dòng)輪的各電機(jī)發(fā)出統(tǒng)一的控制信號(hào)，實(shí) 現(xiàn)了各電機(jī)的并聯(lián)控制，相對(duì)于現(xiàn)有機(jī)器人各驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)電機(jī)需要分別控制而言，本申 請(qǐng)?jiān)跈C(jī)器人行走控制設(shè)計(jì)方面更簡(jiǎn)單。
[0019] 4、本發(fā)明基于偏心輪和腿式組合的礦用本安探測(cè)機(jī)器人，由于同一行走輪由多個(gè) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)，因此單個(gè)電機(jī)的功率較低；同時(shí)各電機(jī)、各信號(hào)模塊和各控制器均設(shè)置有獨(dú)立的 供電模塊，因此各電器件的電壓、電流、電感都較低，可使機(jī)器人具有很好的防爆特性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明基于偏心輪和腿式組合的礦用本安探測(cè)機(jī)器人的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖2為對(duì)驅(qū)動(dòng)輪運(yùn)動(dòng)并聯(lián)控制的原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0023] 如圖所示，本實(shí)施例基于偏心輪和腿式組合的礦用本安探測(cè)機(jī)器人，包括機(jī)體1， 機(jī)體1上設(shè)置有固定的輪軸2,機(jī)體左側(cè)和右側(cè)的輪軸端部上分別設(shè)置有驅(qū)動(dòng)輪3,所述驅(qū) 動(dòng)輪3為偏心輪。
[0024] 本實(shí)施例基于偏心輪和腿式組合的礦用本安探測(cè)機(jī)器人，其采用偏心輪作為驅(qū)動(dòng) 輪，相對(duì)于現(xiàn)有履帶式、腿式行走裝置，其避免了能量損耗高、效率低、機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)復(fù)雜 的問題，可充分發(fā)揮機(jī)器人移動(dòng)靈活、控制簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)，由于偏心輪可使機(jī)體1離地 面距離更高，且在前進(jìn)過程中偏心輪使機(jī)體上下移動(dòng)，類似于腿式行走時(shí)的彎腿動(dòng)作，因此 具有腿式行走的優(yōu)點(diǎn)，相比于傳統(tǒng)輪式驅(qū)動(dòng)機(jī)器人其具有更強(qiáng)的復(fù)雜地形適應(yīng)能力。
[0025] 作為對(duì)本實(shí)施例的改進(jìn)，所述驅(qū)動(dòng)輪3的行走輪面上設(shè)置有一根撐桿4,當(dāng)然撐桿 4的數(shù)量可根據(jù)實(shí)際需要增減，撐桿4可進(jìn)一步增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)輪的抓地和越障能力。
[0026] 作為對(duì)本實(shí)施例的改進(jìn)，所述驅(qū)動(dòng)輪3的偏心距與驅(qū)動(dòng)輪3半徑之比為0. 25 ;當(dāng) 然驅(qū)動(dòng)輪3的偏心距與驅(qū)動(dòng)輪3半徑之比還可為0. 5、0. 75等0. 25?0. 75范圍內(nèi)的其它 值，在這一范圍內(nèi)取值機(jī)器人的越障能力最佳。
[0027] 作為對(duì)本實(shí)施例的改進(jìn)，所述驅(qū)動(dòng)輪3包括圓形輪緣301和焊接在圓形輪緣301 上的加強(qiáng)連板302 ;加強(qiáng)連板302的可提高驅(qū)動(dòng)輪3的強(qiáng)度和承載能力，其數(shù)量可根據(jù)需要 增減；所述圓形輪緣301和加強(qiáng)連板302由鋁合金材料制成（如6061鋁合金材料），使驅(qū) 動(dòng)輪3重量輕、強(qiáng)度好，且具有本質(zhì)安全特性。
[0028] 作為對(duì)本實(shí)施例的改進(jìn)，所述機(jī)體1上還設(shè)置有驅(qū)動(dòng)設(shè)置在機(jī)體左側(cè)輪軸上驅(qū)動(dòng) 輪的第一電機(jī)組5和驅(qū)動(dòng)設(shè)置在機(jī)體右側(cè)輪軸上驅(qū)動(dòng)輪的第二電機(jī)組6,所述第一電機(jī)組5 和第二電機(jī)組6均包括兩個(gè)轉(zhuǎn)子同軸串聯(lián)的電機(jī)，本實(shí)施例中同組中的各電機(jī)的轉(zhuǎn)子通過 彈性聯(lián)軸器7連接，電機(jī)和驅(qū)動(dòng)輪之間通過減速皮帶傳動(dòng)裝置連接；當(dāng)然在不同實(shí)施例中， 第一電機(jī)組5和第二電機(jī)組6中的電機(jī)數(shù)量還可根據(jù)需要調(diào)整，但每組中的電機(jī)數(shù)量至少 為兩臺(tái)。
[0029] 本實(shí)施例中由于驅(qū)動(dòng)機(jī)體同側(cè)驅(qū)動(dòng)輪的各電機(jī)的轉(zhuǎn)子同軸串聯(lián)連接，因此同一驅(qū) 動(dòng)輪便同時(shí)受到若干各電機(jī)的合力驅(qū)動(dòng)，在翻越障礙時(shí)，可使機(jī)器人在只有少量驅(qū)動(dòng)輪接 觸地面情況下，仍然具有足夠的動(dòng)力翻越障礙或脫困，越障脫困能力大大提高。
[0030] 作為對(duì)本實(shí)施例的改進(jìn)，本基于偏心輪和腿式組合的礦用本安探測(cè)機(jī)器人還包括 用于控制第一電機(jī)組5的第一控制器8和控制第二電機(jī)組6的第二控制器9，所述第一電機(jī) 組5中的各電機(jī)分別通過單獨(dú)的信號(hào)模塊10和隔離器件11和第一控制器8連接；所述第 二電機(jī)組6中的各電機(jī)分別通過單獨(dú)的信號(hào)模塊10和隔離器件11和第二控制器9連接。
[0031] 本實(shí)施例中，機(jī)器人的轉(zhuǎn)向通過控制左側(cè)和右側(cè)驅(qū)動(dòng)輪以不同的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)。 由于驅(qū)動(dòng)同一驅(qū)動(dòng)輪的各電機(jī)和同一控制器連接，因此控制器能向驅(qū)動(dòng)同一驅(qū)動(dòng)輪的各電 機(jī)發(fā)出統(tǒng)一的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了各電機(jī)的并聯(lián)控制，相對(duì)于現(xiàn)有機(jī)器人各驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)電 機(jī)需要分別控制而言，本申請(qǐng)?jiān)跈C(jī)器人行走控制設(shè)計(jì)方面更簡(jiǎn)單。
[0032] 作為對(duì)本實(shí)施例的改進(jìn)，所述各電機(jī)、各信號(hào)模塊10和各控制器均設(shè)置有獨(dú)立的 供電模塊12,由于同一驅(qū)動(dòng)輪由多個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，因此單個(gè)電機(jī)的功率較低；同時(shí)各電機(jī)、各 信號(hào)模塊和各控制器均設(shè)置有獨(dú)立的供電模塊，因此各電器件的電壓、電流、電感都較低， 可使機(jī)器人滿足本質(zhì)安全要求，具有很好的防爆特性。
[0033] 作為對(duì)本實(shí)施例的改進(jìn)，所述機(jī)體1由鋁合金制成，具體由6061鋁合金制成，6061 鋁合金板材質(zhì)量輕、強(qiáng)度和焊接性好，使得機(jī)器人本體重量較輕，移動(dòng)靈活性更強(qiáng)、便于攜 帶，同時(shí)還能滿足本質(zhì)安全要求。
[0034] 最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較 佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技 術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本 發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于偏心輪和腿式組合的礦用本安探測(cè)機(jī)器人，包括機(jī)體，其特征在于：機(jī)體 上設(shè)置有固定的輪軸，機(jī)體左側(cè)和右側(cè)的輪軸端部上分別設(shè)置有驅(qū)動(dòng)輪，所述驅(qū)動(dòng)輪為偏 心輪。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于偏心輪和腿式組合的礦用本安探測(cè)機(jī)器人，其特征在 于：所述驅(qū)動(dòng)輪的行走輪面上設(shè)置有至少一根撐桿。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于偏心輪和腿式組合的礦用本安探測(cè)機(jī)器人，其特征在 于：所述驅(qū)動(dòng)輪的偏心距與驅(qū)動(dòng)輪半徑之比為0. 25?0. 75。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于偏心輪和腿式組合的礦用本安探測(cè)機(jī)器人，其特征在 于：所述驅(qū)動(dòng)輪包括圓形輪緣和焊接在圓形輪緣上的加強(qiáng)連板，所述圓形輪緣和加強(qiáng)連板 由鋁合金材料制成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一所述的基于偏心輪和腿式組合的礦用本安探測(cè)機(jī)器人，其 特征在于：所述機(jī)體上還設(shè)置有驅(qū)動(dòng)設(shè)置在機(jī)體左側(cè)輪軸上驅(qū)動(dòng)輪的第一電機(jī)組和驅(qū)動(dòng)設(shè) 置在機(jī)體右側(cè)輪軸上驅(qū)動(dòng)輪的第二電機(jī)組，所述第一電機(jī)組和第二電機(jī)組均包括至少兩個(gè) 轉(zhuǎn)子同軸串聯(lián)的電機(jī)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于偏心輪和腿式組合的礦用本安探測(cè)機(jī)器人，其特征在 于：還包括用于控制第一電機(jī)組的第一控制器和控制第二電機(jī)組的第二控制器，所述第一 電機(jī)組中的各電機(jī)分別通過單獨(dú)的信號(hào)模塊和隔離器件和第一控制器連接；所述第二電機(jī) 組中的各電機(jī)分別通過單獨(dú)的信號(hào)模塊和隔離器件和第二控制器連接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于偏心輪和腿式組合的礦用本安探測(cè)機(jī)器人，其特征在 于：所述各電機(jī)、各信號(hào)模塊和各控制器均設(shè)置有獨(dú)立的供電模塊。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于偏心輪和腿式組合的礦用本安探測(cè)機(jī)器人，其特征在 于：所述機(jī)體由鋁合金制成。
【文檔編號(hào)】B62D57/028GK104118489SQ201410401360
【公開日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月14日
【發(fā)明者】王克全, 張自力, 伯志革, 劉林, 宋文, 王宇俊, 方燦, 李小波, 薛春榮, 劉成, 王莉, 李飛龍, 葛耿玉, 祁?，? 柳玉壘, 張安然 申請(qǐng)人:中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司, 西南大學(xué)