專利名稱：一種用于礦井下的搜救機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機器人技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于礦井下的搜救機器人。
背景技術(shù)：
目前，國內(nèi)外煤礦事故頻發(fā)，給經(jīng)濟建設(shè)與人民生活帶來極大的損害。在 加強礦井安全措施與注重礦井安全監(jiān)管的同時，還需要一種應用于事故發(fā)生后 探索、救援的搜救設(shè)備(機器人)，將災害帶來的損失降到最低。當前的災害搜
救機器人大多僅適應于地面災害情況，無法滿足礦井井下災害的特殊情況井 下一旦發(fā)生安全事故，地勢將極端復雜，且空氣中充滿爆炸性氣體。這就要求 應用于井下搜救機器人除具備良好的移動性能外，還需要具有良好的地形適應 能力、越障能力和滿足標準要求的防爆性能，此外還應具備實時了解井下狀況 的語音視覺反饋、良好的操控性能和較大的外負載能力等。
專利號為200810019993 . 1，發(fā)明名稱為"用于煤礦井下搜救作業(yè)的隔爆 型機器人平臺"的發(fā)明專利申請，公開了一種適用于具有非結(jié)構(gòu)地形環(huán)境和爆 炸性氣體環(huán)境的煤礦井下的隔爆型機器人平臺。它由隔爆外殼，驅(qū)動輪單元， 從動輪及擺臂單元，行走驅(qū)動電機單元和擺臂旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機單元構(gòu)成，驅(qū)動輪 單元與從動輪及擺臂單元對稱設(shè)在隔爆外殼的兩端，行走驅(qū)動電機單元設(shè)在隔 爆外殼內(nèi)，且連接驅(qū)動輪單元，擺臂旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機單元設(shè)在隔爆外殼內(nèi)，且連 接從動輪及擺臂單元，驅(qū)動輪單元中的驅(qū)動輪與從動輪及擺臂單元中的從動輪 之間設(shè)有主履帶，隔爆外殼的中部設(shè)有支撐主履帶的支撐輪。該專利申請采用 隔爆形式進行防爆設(shè)計，由于煤礦井下不允許釆用含鋁量大于6%的材料，所以 井下設(shè)備一般釆用鋼鐵為外殼材料。鋼鐵隔爆外殼較厚(4-6mm)，必然帶來質(zhì) 量偏大的問題，這樣大大影響了移動設(shè)備的移動性能；且結(jié)構(gòu)復雜，不便加工。 該機器人平臺釆用單側(cè)雙擺臂結(jié)構(gòu)，運動性能偏弱，只能進行常規(guī)爬坡越障運 動，相對塌陷礦井的空間窄小的特殊情況移動、轉(zhuǎn)向不便。
專利號為200710117739 . 0，發(fā)明名稱為"小型六履帶全地形移動機器人" 的發(fā)明專利申請，公開了一種能夠在崎嶇路面或復雜地形條件下機動行駛，在 保證機器人尺寸限制的同時，克服傳統(tǒng)履帶式移動機器人底盤經(jīng)常與障礙發(fā)生 碰撞的缺點。該機器人包括兩套行走驅(qū)動裝置、四套擺臂組件以及機身框架； 驅(qū)動電機、控制系統(tǒng)以及動力電源都包含在被左、右行走履帶覆蓋的機身框架 內(nèi)；機器人上部還裝有承載平臺。該機器人僅能適用于陸地工況下進行工作， 未針對煤礦井下特殊情況進行防爆保護設(shè)計，不適合應用在礦井下作業(yè)。
發(fā)明內(nèi)容針對上述存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種滿足防爆標準要求、具有良好 的移動性能及較高的地形適應能力，并配置語音、視覺實時反饋的多擺臂用于 礦井下的正壓型搜救機器人，以適應井下災害搜救的情況，將災害帶來的損失 降到最低。 .
本發(fā)明包括防爆外殼、兩套對稱的行走系統(tǒng)、各自獨立的擺臂系統(tǒng)及控制 系統(tǒng)，控制系統(tǒng)、行走系統(tǒng)及擺臂系統(tǒng)的傳動機構(gòu)置于防爆外殼內(nèi)，控制系統(tǒng) 與驅(qū)動機構(gòu)連接，在所述防爆外殼上方還設(shè)置有機械云臺及光纖施放裝置，機 械云臺和控制系統(tǒng)電連接，光纖施放裝置通過光纖與控制系統(tǒng)連接。
本發(fā)明中所述的擺臂系統(tǒng)為四擺臂結(jié)構(gòu)，置于防爆外殼內(nèi)的傳動機構(gòu)包括 前擺臂及行走輪驅(qū)動機構(gòu)、后擺臂驅(qū)動機構(gòu)及行走輪從動機構(gòu)，相應兩側(cè)行走 輪對稱設(shè)置，各擺臂驅(qū)動機構(gòu)相同，擺臂驅(qū)動機構(gòu)和行走驅(qū)動機構(gòu)各自獨立， 各擺臂軸與其對應的行走軸同軸設(shè)置。
所述的擺臂驅(qū)動機構(gòu)包括擺臂電機、擺臂小齒輪、擺臂大齒輪、雙聯(lián)擺臂 齒輪、齒輪軸及擺臂軸座，擺臂電機安裝在擺臂軸座上，擺臂電機的輸出軸上 安裝有擺臂小齒輪，擺臂小齒輪與安裝在齒輪軸上的雙聯(lián)擺臂齒輪的大齒輪相 嚙合，雙聯(lián)擺臂齒輪的小齒輪與安裝在擺臂軸上的擺臂大齒輪相嚙合，擺臂大 齒輪安裝在擺臂軸上，擺臂軸伸出殼體外，其上安裝有擺動臂，電位計安裝在 擺臂軸殼體內(nèi)軸端。
所述的行走輪驅(qū)動機構(gòu)包括行走軸承座、行走電機、行走小齒輪、惰輪、 行走軸及行走大齒輪，行走電機安裝在行走軸承座上，其輸出軸上安裝有行走 小齒輪，行走小齒輪通過安裝在行走軸承座上的惰輪與安裝在行走軸上的行走 大齒輪相嚙合，行走大齒輪安裝在行走軸上，行走軸伸出殼體外，其上安裝有 行走輪，履帶安裝于行走主動輪與行走從動輪之間，行走輪與其相應擺動臂連 接。所述的行走從動輪機構(gòu)為與后擺臂軸同心的空心軸，空心軸與擺臂軸同軸 設(shè)置，并伸出殼體外，其上安裝有從動輪。
所述的防爆外殼包括移動平臺和上蓋，移動平臺為立方腔體結(jié)構(gòu)，在其相 應行走軸位置開有軸孔，該軸孔處設(shè)置有軸密封圈，上蓋為帶有凹陷的腔體結(jié) 構(gòu)，其內(nèi)置有儲氣罐和正壓裝置，移動平臺和上蓋開口相對配合密封連接，形 成封閉的外殼，在密封外殼上下不同位置至少安裝兩個快換接頭，每個快換接 頭均連接一個置于密封外殼內(nèi)的排氣口。所述的正壓裝置包括手動閥、電磁閥、 減壓閥、調(diào)速閩、排氣口、氧氣傳感器及壓力傳感器，手動閥、電磁閥、減壓 閥、調(diào)速閬及第一排氣口依次連接，手動閥設(shè)置在儲氣罐的出氣口，防爆外殼 內(nèi)置有壓力傳感器和氧氣傳感器，各傳感器及電磁閥分別與控制系統(tǒng)連接。
所述的光纖施放裝置包括光纖卷軸、兩個外端蓋、支撐軸、光纖滑環(huán)及光 纖轉(zhuǎn)接架，兩外端蓋置于光纖卷軸內(nèi)簡兩端，并與光纖卷軸連接，光纖滑環(huán)固 定端與光纖引入端外端蓋上的支撐軸相連接，滑動端與光纖轉(zhuǎn)接架相連接，光 纖轉(zhuǎn)接架固定在光纖卷軸內(nèi)的光纖引入端外端蓋端部，在光纖卷軸上嵌有光纖 引入裝置。所述的光纖引入裝置包括光纖引入塊、橡膠墊塊、壓緊墊塊及調(diào)整螺釘，該光纖引入塊為帶有槽口的弧形塊，由兩個曲面構(gòu)成，其中一個曲面與 光纖卷軸曲面相同，另一個與之相切，兩曲面間形成導槽，所述槽口與導槽相 垂直，在槽口端面上開有螺紋孔，通過調(diào)整螺釘與壓緊墊塊、橡膠墊塊連接。
所述的防塵部件包括兩個外形相同的擋板，之間安裝有調(diào)整套，通過螺栓 連接，兩擋板帶有與履帶相配合的兩平行端面和與行走輪相配合的兩弧形面， 兩擋板均包括兩部分其靠近地面的部分為橡膠擋板。
本發(fā)明的有益效果
1、 針對井下搜救機器人防爆問題，采用靜態(tài)正壓型防爆外殼，封閉的防爆 外殼內(nèi)部設(shè)有車載儲氣罐與氣體施放裝置，在工作時向外殼內(nèi)部施放大于外界
氣壓的惰性氣體，從而達到靜態(tài)正壓的目的。在滿足囯標GB3836要求的同時， 提升了機器人移動能力。釆用焊接框架結(jié)構(gòu)，即提高了結(jié)構(gòu)強度、剛度，又減 輕重量；單獨的接口密封板，保證良好的氣密性。
2、 釆用四擺臂結(jié)構(gòu)，各擺臂獨立驅(qū)動，可精確控制機器人的姿態(tài)，提高了 機器人對復雜地形的適應能力與越障能力；其擺臂軸與行走軸同軸設(shè)置，達到 相互獨立傳動的同時，節(jié)省了空間。
3、 機器人內(nèi)置電池，提高機器人的運動自由程度，避免由于線纜損壞而帶 來的故障與來自線纜約東。
4、 采用有纜通訊方式，適應井下復雜環(huán)境，提高信號傳輸能力與機器人搡 控能力。
5、 采用機器人車載光纖方式，在運動中自由光纖施放，減小由于線纜摩擦、 被卡而引起的機器人移動性能的影響。
6、 外殼頂部設(shè)置機械云臺，其內(nèi)配置氣體、溫度、壓力等多路傳感器，實 施采集井下工作空間各項環(huán)境參數(shù)，為機器人搜救提供環(huán)境參考。
7、 配置語音、圖像、視覺等多媒體傳感器，實時釆集礦井下工作空間各項 感知參數(shù)，為機器人搜救提供感知參考。
8、 釆用光纖通訊方式，將各傳感器釆集的井下環(huán)境參數(shù)與感知參數(shù)與非工 作面的監(jiān)控計算機進行實時數(shù)據(jù)傳輸，提高數(shù)據(jù)通訊與操控信號傳輸?shù)男剩?提高機器人響應速度與搜救能力。
圖l為本發(fā)明立體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1拆開上蓋后的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為圖2中移動平臺立體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本發(fā)明上蓋立體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為圖4中正壓裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為本發(fā)明中行走-擺臂驅(qū)動機構(gòu)立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為本發(fā)明中行走-擺臂系統(tǒng)結(jié)構(gòu)局部剖視示意圖。
圖8為圖1中光纖施放裝置。
圖9為圖8的A-A剖視圖。
圖10為圖8的B-B剖視圖。
圖11為圖8的右視圖。
圖12為光纖引入裝置局部示意圖。
圖13為圖12光纖引入塊結(jié)構(gòu)示意圖。
圖14為光纖引入原理示意圖。
圖15為圖l機械云臺結(jié)構(gòu)示意圖。
圖16為圖15局部剖視示意圖。
圖17為圖2中防塵部件結(jié)構(gòu)示意圖。
圖18為圖17內(nèi)擋板結(jié)構(gòu)示意圖。
圖19為圖17外擋板結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中
1- 外殼101-移動平臺，102-上蓋，103-框架，104-殼體，105-軸密封圈，106-
第一螺釘，107-接口密封板，108-密封圈；
2- 防塵部件201-內(nèi)擋板，202-外擋板，203-調(diào)整套，204-橡膠擋板，205-固
定螺栓，206-螺紋座，207-螺栓；
3- 機械云臺301-0型密封圈，302-云臺升降電機，303-升降電機殼，304-第二
螺釘，305-第三螺釘,306-蝸輪蝸桿，307-云臺升降軸,308-第一壓力 傳感器，309-第四螺釘，310-云臺臂，311-俯仰齒輪軸，312-第一傘齒 輪，313-第五螺釘，314-俯仰電機，315-水平電機，316-電機殼，317-電機安裝架，318-第二傘齒輪，319-水平齒輪軸，320-第三傘齒輪，321-電位計安裝架，322-水平電位計，323-俯仰電位計，324-傳感器組，325-第六螺釘，326-第七螺釘，327-第四傘齒輪；
4- 光纖施放裝置401-光纖引入裝置，402-光纖卷軸，403-調(diào)整螺釘，404-第
一固定螺釘，405-橡膠墊塊，406-徑向螺釘，407-第一軸承，408-光纖 滑環(huán)，409-第一支撐軸，410-光纖引入端外端蓋，411-橫向螺釘，412-光纖轉(zhuǎn)接架，413-第二軸承，414-第三軸承，415-第二固定螺釘，416-支座，417-支座壓蓋，418-壓緊墊塊，419-導槽，420-外端蓋，421-第 二支撐軸，422-光纖引入塊，423-槽口， 424-螺紋孔；
5- 擺臂系統(tǒng)51-前擺臂驅(qū)動機構(gòu)，52-后擺臂驅(qū)動機構(gòu)，501-前擺動臂，502-
后擺動臂，503-擺臂軸，504-雙聯(lián)擺臂齒輪，505-擺臂小齒輪，506-擺 臂電機，507-擺臂軸座，508-擺臂大齒輪，509-第一鍵，510-擺臂帶， 511-第二鍵，512-電位計；6- 行走系統(tǒng)61-行走輪驅(qū)動機構(gòu)，62-行走輪從動機構(gòu)，601-行走履帶，602-
行走軸，603-行走軸承座，604-惰輪，605-行走小齒輪，606-行走電機， 607-第三鍵，608-齒輪軸，609-行走大齒輪，610-行走主動輪，611-第 八螺釘，612-行走從動輪；
7- 車載控制系統(tǒng)，701-電源，702-電機驅(qū)動器；
8- 正壓裝置801-儲氣罐，802-手動閥，803-電磁閥，804-減壓閥，805-調(diào)速
閥，806-第一排氣口， 807-第一快換接頭，808-第二排氣口， 809-第二 快換接頭，810-第三排氣口， 811-第二壓力傳感器，812-氧氣傳感器；具體實施方式
下面結(jié)合實施例及附圖詳細說明本發(fā)明。
實施例如圖l、圖2所示，本發(fā)明包括防爆外殼l、兩套對稱的行走系統(tǒng) 6、各自獨立的擺臂系統(tǒng)5及控制系統(tǒng)7，控制系統(tǒng)7、行走系統(tǒng)6及擺臂系統(tǒng)5 的驅(qū)動機構(gòu)置于防爆外殼1內(nèi)，控制系統(tǒng)7與驅(qū)動機構(gòu)連接，在所述防爆外殼1 上方還設(shè)置有機械云臺3及光纖施放裝置4，機械云臺3和控制系統(tǒng)7電連接， 光纖施放裝置4通過光纖與控制系統(tǒng)7連接。。
如圖3、圖4所示，所述的防爆外殼l包括移動平臺101和與其通過螺釘相 聯(lián)結(jié)的正壓型上蓋102,移動平臺101和上蓋102均是由角鋼焊接而成的框架， 起主要支撐作用，在框架103外包裹鈑金殼體104構(gòu)成，鈑金殼體104由薄鋼 板沖壓加強筋后焊接而成，移動平臺101為立方腔體結(jié)構(gòu)，在該腔體相應行走 軸602位置開有軸孔，該軸孔處安裝有軸密封圈105，軸密封圈105為動態(tài)密封 件，本例采用特瑞堡公司生產(chǎn)的旋轉(zhuǎn)格萊圈，起到動密封作用。上蓋102為帶 有凹陷的腔體結(jié)構(gòu)，兩者開口相對配合通過接口密封板107連接，形成封閉的 外殼l,接口密封板107上有密封槽，密封槽內(nèi)置有O型密封圈108，起靜態(tài)密 封作用；由于殼體釆用焊接方法制作與之相配合的零件均設(shè)有密封件，從而保 證氣體無泄露，達到靜態(tài)保壓的目的。
如圖2所示，在移動平臺101內(nèi)置有前擺臂驅(qū)動機構(gòu)51、行走輪驅(qū)動機構(gòu) 61、后擺臂驅(qū)動機構(gòu)52、行走輪從動機構(gòu)62、控制系統(tǒng)7和電機驅(qū)動器702。 如圖4所示，在上蓋102內(nèi)置有儲氣罐801及正壓裝置8。
如圖5所示，本例在防爆外殼1上下不同位置至少安裝有兩個快換接頭807 和809,每個快換接頭均連接一個置于外殼1內(nèi)的第一排氣口 806和第三排氣口 810。正壓裝置8包括手動閥802、電磁閥803、減壓閥804、調(diào)速閥805、兩個 排氣口、氧氣傳感器812及兩個壓力傳感器811，手動閥802、電磁閥803、減 壓閥804、調(diào)速閥805及第二排氣口 808依次連接，手動閩802設(shè)置在儲氣罐 801的出氣口，外殼1內(nèi)置有兩個壓力傳感器811、 一個氧氣傳感器812,各傳 感器及電磁閥803分別與控制系統(tǒng)7連接。
8兩個快換接頭807和809用于向防爆外殼1內(nèi)部填充惰性氣體，惰性氣體 可為氮氣或氬氣。具體工作過程在系統(tǒng)工作前，通過第一快換接頭807、第一 排氣口 806向防爆外殼1內(nèi)部填充惰性氣體，由第三排氣口 810、第二快換接頭 809向防爆外殼1外部排放內(nèi)部的空氣，同時通過氧氣濃度傳感器812檢測車體 內(nèi)部氧氣濃度，當防爆外殼1內(nèi)部氧氣濃度<1%時，關(guān)閉第二快換接頭809。兩 壓力傳感器811檢測車體內(nèi)部壓力值，當壓力值滿足設(shè)定壓力要求，向控制系 統(tǒng)7發(fā)出可工作指令，帶動機器人工作，封閉第一快換接頭807。同時，兩壓力 傳感器811進行工作，當檢測出車內(nèi)壓力值小于設(shè)定壓力值時，控制系統(tǒng)7控 制電磁閥803導通，氣體由車載惰性氣體儲氣罐801通過手動閥802、電磁閥 803、非溢流型精密減壓閥804、調(diào)速閥805、第二排氣口 808向車體內(nèi)部填充 惰性氣體，以補償由于密封及運動中的惰性氣體泄露。以滿足GB3836.5中"靜 態(tài)正壓型設(shè)備"的要求。
如圖6為本發(fā)明行走-擺臂復合驅(qū)動機構(gòu)示意圖，所述的擺臂系統(tǒng)為四擺臂 結(jié)構(gòu)，置于移動平臺101內(nèi)的驅(qū)動機構(gòu)包括前擺臂驅(qū)動機構(gòu)51、行走輪驅(qū)動機 構(gòu)61和后擺臂驅(qū)動機構(gòu)52、行走輪從動機構(gòu)62，相應兩側(cè)行走輪對稱設(shè)置， 各擺臂驅(qū)動機構(gòu)相同，前擺臂驅(qū)動機構(gòu)51和行走驅(qū)動機構(gòu)61各自獨立，各擺 臂軸與其相應的行走軸同軸設(shè)置。
所述的擺臂驅(qū)動機構(gòu)包括擺臂電機506、擺臂小齒輪505、擺臂大齒輪508、 雙聯(lián)擺臂齒輪504、齒輪軸513及擺臂軸座5Q7，擺臂電機506安裝在擺臂軸座 507上，擺臂電機506的輸出軸上安裝有擺臂小齒輪505，擺臂小齒輪505與安 裝在齒輪軸608上的雙聯(lián)擺臂齒輪504的大齒輪相嚙合，雙聯(lián)擺臂齒輪504的 小齒輪與安裝在擺臂軸503上的擺臂大齒輪508相嚙合，這樣就在有限空間內(nèi) 實現(xiàn)了較大的減速比傳動，擺臂大齒輪508通過第一鍵509安裝在擺臂軸508 上，將擺臂扭矩傳遞到擺臂軸503上，擺臂軸503伸出殼體104夕卜，其上通過 第二鍵511安裝有擺動臂501，以驅(qū)動擺動臂運動，電位計512安裝在擺臂軸殼 體內(nèi)的軸端，并與控制系統(tǒng)7連接，以閉環(huán)控制擺臂絕對位置，以調(diào)節(jié)機器人 姿態(tài)。
如圖6、圖7所示，所述的行走輪驅(qū)動機構(gòu)包括行走軸承座603、行走電機 606、行走小齒輪605、惰輪604、行走軸602及行走大齒輪609,行走軸承座 603固定在前擺臂軸座507側(cè)，靠近防爆外殼l側(cè)壁，行走電機606安裝在行走 軸承座603上，其輸出軸上安裝有行走小齒輪605,行走小齒輪605通過安裝在 行走軸承座603上的惰輪604與安裝在行走軸602上的行走大齒輪609相嚙合， 行走大齒輪609通過第三鍵607安裝在行走軸602上，將行走扭矩傳遞到行走 軸602上，行走軸602伸出殼體104外，其上安裝有行走主動輪610，帶動行走 主動輪610運動，行走履帶601安裝于行走主動輪610與行走從動輪612之間， 通過行走履帶601驅(qū)動機器人運動，行走主動輪610和行走從動輪608分別通過第八螺釘611與相應擺動臂連接，帶動擺臂帶510與行走履帶601同步旋轉(zhuǎn)。 本例中齒輪與電機輸出軸之間均釆用鍵連接方式。所述的行走從動輪機構(gòu)62為 與后擺臂軸同心的空心軸，與行走軸602結(jié)構(gòu)相同，空心軸與擺臂軸同軸設(shè)置， 并伸出殼體104外，其上安裝有從動輪608。
如圖8 圖11所示，所述的光纖施放裝置4包括光纖卷軸402、外端蓋410 和420、支撐軸、光纖滑環(huán)408及光纖轉(zhuǎn)接架412,外端蓋410、 420置于光纖 卷軸402內(nèi)簡兩端，光纖引入端外端蓋410通過橫向螺釘411與光纖卷軸402 連接，光纖滑環(huán)408的型號為RPT13/15-28SC,其固定端通過第二固定螺釘415 與光纖引入端外端蓋410上的第一支撐軸409相連接，滑動端動過徑向螺釘406 與光纖轉(zhuǎn)接架412相連接，光纖轉(zhuǎn)接架412為帶有圓孔的圓板，固定在光纖卷 軸402內(nèi)的光纖引入端外端蓋410端部，在光纖卷軸402上嵌有光纖引入裝置 401,通過第一固定螺釘404固定。光纖施放裝置4兩端的支撐軸409、 421通 過支座416安裝在上蓋102上，由支座壓蓋417固定。如圖l2、圖13所示，所 述的光纖引入裝置401包括光纖引入塊422、橡膠墊塊405、壓緊墊塊418及調(diào) 整螺釘403，該光纖引入塊422為帶有槽口 423的弧形塊，由兩個曲面構(gòu)成，其 中一個曲面與光纖卷軸402曲面相同，另一個與之相切，兩曲面間形成導槽419, 所述槽口 423與導槽419相垂直，在槽口 423端面上開有螺紋孔424，通過調(diào)整 螺釘4Q3與橡膠墊塊405、壓緊墊塊418連接，壓緊墊塊418置于調(diào)整螺釘403 端。在光纖引入時，光纖一頭從光纖卷軸402曲面通過與其相切的曲面進入光 纖卷軸402內(nèi)部，光纖引入完成后，旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺釘403使壓緊墊塊418和橡膠 墊塊405壓緊，通過橡膠墊塊405壓緊已引入完成的光纖。由于釆用兩曲面相 切的方式，使光纖在引入時和工作中無彎折現(xiàn)象發(fā)生。光纖施放裝置工作時， 兩端支撐軸由于支座壓蓋417的固定不旋轉(zhuǎn)，機器人行走時帶動光纖卷軸402、 兩外端蓋、光纖轉(zhuǎn)接架412運轉(zhuǎn)，通過軸承407、 413、 414內(nèi)外圈相對旋轉(zhuǎn)達
到光纖施放的目的。
所述的機械云臺3為外購件，其結(jié)構(gòu)如圖14、圖15所示云臺的升降電機 殼303通過第二螺釘304安裝在正壓上蓋102上，O型密封圈301置于升降電 機殼303的密封槽中，起到密封的作用。云臺升降電機302通過第三螺釘305 置于升降電機殼303內(nèi)，并通過蝸輪蝸桿306與云臺升降軸307相連接，云臺 升降軸307 —端與云臺臂310焊接，第一壓力傳感器308通過第四螺釘309安 裝在云臺臂310上，以檢測環(huán)境壓力值；云臺臂310另一端與俯仰齒輪軸311 焊接，俯仰電機314和水平電機315通過第六螺釘325安裝于電機殼316內(nèi)， 并分別通過第五螺釘313安裝在電機安裝架317上，第一傘齒輪312安裝在俯 仰電機314輸出軸上，與俯仰齒輪軸311相嚙合，第四傘齒輪327安裝在俯仰 電位計323的軸端，俯仰齒輪軸311傳動第四傘齒輪327，帶動俯仰電位計323，檢測俯仰轉(zhuǎn)動角度。第二傘齒輪318安裝在水平電機315輸出軸上，與水平齒
輪軸319相嚙合，第三傘齒輪320安裝在水平電位計322的軸端，水平齒輪軸 319傳動第三傘齒輪320,帶動水平電位計322,檢測水平轉(zhuǎn)動角度。電機殼316 通過第七螺釘326與傳感器組324相連接。傳感器組324內(nèi)置溫度傳感器、壓 力傳感器、氧氣傳感器及有害氣體傳感器(主要是瓦斯)。傳感器組324與控制 系統(tǒng)電連接。云臺驅(qū)動板置于控制系統(tǒng)7內(nèi)，分別與云臺升降電機302、水平電 機315、俯仰電機314和控制系統(tǒng)7連接。
如圖17 圖19所示，安裝于履帶兩側(cè)的防塵部件2，包括兩個外形相同的 擋板，之間安裝有調(diào)整套203，通過螺栓207連接，兩擋板帶有與履帶相配合的 兩平行端面和與行走輪相配合的兩弧形面，兩擋板均包括兩部分其靠近地面 的部分為橡膠擋板204,兩部分通過螺栓連接。機器人在復雜地面上行走時，保 證擋板在變形的同時，與行走履帶601相貼合，如圖18所示，其內(nèi)擋板201上 安裝有螺紋座206,外擋板202上設(shè)有與內(nèi)擋板螺紋座206相應的螺栓孔。安裝 時，內(nèi)擋板201固定在殼體104上，外擋板202通過螺栓207與內(nèi)擋板201連 接，由調(diào)整套203調(diào)整兩擋板的間距。
本例釆用的控制系統(tǒng)7自帶控制電源701，置于移動平臺101內(nèi)，還可在機
械云臺設(shè)置攝像頭，通過光纖與外部操控平臺通訊，所述的攝像頭、電機驅(qū)動 器702、電位計512、云臺驅(qū)動板、云臺傳感器組324分別與控制系統(tǒng)7電連接，
以接收采集的信號，通過光纖傳輸給遙操作部分計算機，并顯示在屏幕上，通 過操控平臺控制機器人的運動。為探測井下實際情況，當各傳感器釆集的數(shù)據(jù) 超過設(shè)定值時，系統(tǒng)會及時向遠程的操作員報警，并自動停止一切動作并切斷 動力電源，只保留信息傳輸功能，以免引起爆炸。
權(quán)利要求1. 一種用于礦井下的搜救機器人，包括防爆外殼、兩套對稱的行走系統(tǒng)、各自獨立的擺臂系統(tǒng)及控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)、行走系統(tǒng)及擺臂系統(tǒng)的傳動機構(gòu)置于防爆外殼內(nèi)，控制系統(tǒng)與驅(qū)動機構(gòu)連接，其特征在于在所述防爆外殼上方還設(shè)置有機械云臺及光纖施放裝置，機械云臺和控制系統(tǒng)電連接，光纖施放裝置通過光纖與控制系統(tǒng)連接。
2. 如權(quán)利要求l所述的用于礦井下的搜救機器人，其特征在于所述 的擺臂系統(tǒng)為四擺臂結(jié)構(gòu)，置于防爆外殼內(nèi)的傳動機構(gòu)包括前擺臂及行走 輪驅(qū)動機構(gòu)、后擺臂驅(qū)動機構(gòu)及行走輪從動機構(gòu)，相應兩側(cè)行走輪對稱設(shè) 置，各擺臂驅(qū)動機構(gòu)相同，前擺臂驅(qū)動機構(gòu)和行走驅(qū)動機構(gòu)各自獨立，各 擺臂軸與其對應的行走軸同軸設(shè)置。
3. 如權(quán)利要求2所述的用于礦井下的搜救機器人，其特征在于所述 的擺臂驅(qū)動機構(gòu)包括擺臂電機、擺臂小齒輪、擺臂大齒輪、雙聯(lián)擺臂齒 輪、齒輪軸及擺臂軸座，擺臂電機安裝在擺臂軸座上，擺臂電機的輸出軸 上安裝有擺臂小齒輪，擺臂小齒輪與安裝在齒輪軸上的雙聯(lián)擺臂齒輪的大 齒輪相嚙合，雙聯(lián)擺臂齒輪的小齒輪與安裝在擺臂軸上的擺臂大齒輪相嚙 合，擺臂大齒輪安裝在擺臂軸上，擺臂軸伸出殼體外，其上安裝有擺動 臂，電位計安裝在擺臂軸殼體內(nèi)軸端。
4. 如權(quán)利要求2所述的用于礦井下的搜救機器人，其特征在于所述的行走輪驅(qū)動機構(gòu)包括行走軸承座、行走電機、行走小齒輪、惰輪、行走 軸及行走大齒輪，行走電機安裝在行走軸承座上，其輸出軸上安裝有行走 小齒輪，行走小齒輪通過安裝在行走軸承座上的惰輪與安裝在行走軸上的 行走大齒輪相嚙合，行走大齒輪安裝在行走軸上，行走軸伸出殼體外，其 上安裝有行走輪，履帶安裝于行走主動輪與行走從動輪之間，行走輪與其 相應擺動臂連接。
5. 如權(quán)利要求2所述的用于礦井下的搜救機器人，其特征在于所述 的行走從動輪機構(gòu)為與后擺臂軸同心的空心軸，空心軸與擺臂軸同軸設(shè) 置，并伸出殼體外，其上安裝有從動輪。
6. 如權(quán)利要求l所述的用于礦井下的搜救機器人，其特征在于所述 的防爆外殼包括移動平臺和上蓋，移動平臺為立方腔體結(jié)構(gòu)，在其相應行 走軸位置開有軸孔，該軸孔處設(shè)置有軸密封圈，上蓋為帶有凹陷的腔體結(jié) 構(gòu)，其內(nèi)置有儲氣罐和正壓裝置，移動平臺和上蓋開口相對配合密封連 接，形成封閉的外殼，在密封外殼上下不同位置至少安裝兩個快換接頭， 每個快換接頭均連接一個置于密封外殼內(nèi)的排氣口 。
7. 如權(quán)利要求5所述的用于礦井下的搜救機器人，其特征在于所述的正壓裝置包括手動閥、電磁閥、減壓閥、調(diào)速閥、排氣口、氧氣傳感器及壓力傳感器，手動閥、電磁閩、減壓閥、調(diào)速閥及第一排氣口依次連 接，手動閎設(shè)置在儲氣罐的出氣口，防爆外殼內(nèi)置有壓力傳感器和氧氣傳 感器，各傳感器及電磁閥分別與控制系統(tǒng)連接。
8. 如權(quán)利要求l所述的用于礦井下的搜救機器人，其特征在于所述的光纖施放裝置包括光纖卷軸、兩個外端蓋、支撐軸、光纖滑環(huán)及光纖轉(zhuǎn) 接架，兩外端蓋置于光纖卷軸內(nèi)簡兩端，并與光纖卷軸連接，光纖滑環(huán)固 定端與光纖引入端外端蓋上的支撐軸相連接，滑動端與光纖轉(zhuǎn)接架相連 接，光纖轉(zhuǎn)接架固定在光纖巻軸內(nèi)的光纖引入端外端蓋端部，在光纖卷軸 上嵌有光纖引入裝置。
9. 如權(quán)利要求8所述的用于礦井下的搜救機器人，其特征在于所述 的光纖引入裝置包括光纖引入塊、橡膠墊塊、壓緊墊塊及調(diào)整螺釘，該光 纖引入塊為帶有槽口的弧形塊，由兩個曲面構(gòu)成，其中一個曲面與光纖卷 軸曲面相同，另一個與之相切，兩曲面間形成導槽，所述槽口與導槽相垂 直，在槽口端面上開有螺紋孔，通過調(diào)整螺釘與壓緊墊塊、橡膠墊塊連 接。，
10. 如權(quán)利要求l所述的礦用于礦井下的搜救機器人，其特征在于 所述的防塵部件包括兩個外形相同的擋板，之間安裝有調(diào)整套，通過螺栓 連接，兩擋板帶有與履帶相配合的兩平行端面和與行走輪相配合的兩弧形 面，兩擋板均包括兩部分其靠近地面的部分為橡膠擋板。
專利摘要一種用于礦井下的搜救機器人，屬于機器人技術(shù)領(lǐng)域。其結(jié)構(gòu)包括防爆外殼、兩套對稱的行走系統(tǒng)、各自獨立的擺臂系統(tǒng)及控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)、行走系統(tǒng)及擺臂系統(tǒng)的傳動機構(gòu)置于防爆外殼內(nèi)，控制系統(tǒng)與驅(qū)動機構(gòu)連接，在所述防爆外殼上方還設(shè)置有機械云臺及光纖施放裝置，光纖施放裝置的光纖與控制系統(tǒng)連接，機械云臺內(nèi)置傳感器組，傳感器組及云臺驅(qū)動板均與控制系統(tǒng)電連接。本實用新型采用靜態(tài)正壓型防爆外殼，在達到靜態(tài)正壓的同時，提升了機器人移動能力。采用四擺臂獨立驅(qū)動機構(gòu)，可精確控制機器人的姿態(tài)，提高了機器人對復雜地形的適應能力與越障能力。采用車載光纖方式，自由施放光纖，減小由于線纜摩擦、被卡而影響機器人的移動性能。
文檔編號B62D55/00GK201305046SQ20082021999
公開日2009年9月9日 申請日期2008年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月28日
發(fā)明者何以剛, 方 徐, 李學威, 王長龍, 董吉順, 凱 賈, 邵建國, 鄭春暉 申請人:沈陽新松機器人自動化股份有限公司