專利名稱：一種可變姿態(tài)移動(dòng)機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利屬于機(jī)器人領(lǐng)域，具體說一種可變姿態(tài)移動(dòng)機(jī)器人。
背景技術(shù)：
煤礦井下一旦發(fā)生如井巷透水、采場冒頂、瓦斯爆炸、煤塵爆炸等礦難時(shí)，現(xiàn)場礦工往往被困在井下局部空間內(nèi)與外界失去聯(lián)系，而礦難搶險(xiǎn)救援工作最迫切需要及時(shí)獲得事故現(xiàn)場情況。礦用搜救式履帶機(jī)器人要求具有一定的行走速度及良好的越障能力，例如ZL:200820083326. 4具有封閉履帶特征的煤礦搜救機(jī)器人，此設(shè)備主要包括一對行走履帶及一對擺臂履帶，擺臂履帶繞前軸轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行越障。此機(jī)器人主要是防止異物進(jìn)入履帶內(nèi)，提高復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)能力，而其外形體積較大，不適宜進(jìn)入到升降倉體中進(jìn)行礦難救援。例如ZL =201010514583.1小型可變履帶式搜救機(jī)器人，此發(fā)明主要包括行走機(jī)構(gòu)及直線推桿伸縮機(jī)構(gòu)，通過伸縮機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)越障，此機(jī)器人體積較小，但并不是防爆設(shè)備，不能在煤礦井下使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明專利主要為解決經(jīng)礦井地面救援鉆孔進(jìn)入井下的探測機(jī)器人本體外形尺寸較大，在狹長孔道內(nèi)通行的問題。尤其是解決將其裝入小型礦用升降倉體內(nèi)，實(shí)現(xiàn)由地面工控終端遙控其升降運(yùn)載與釋放回收的能力。為此，設(shè)計(jì)了礦用可變姿態(tài)探測機(jī)器人結(jié)構(gòu)，使其既能滿足乘入救援鉆孔內(nèi)升降倉體的空間要求，又能適應(yīng)井下巷道復(fù)雜路況中高機(jī)動(dòng)行走的需求。本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案一種可變姿態(tài)移動(dòng)機(jī)器人，包括履帶(I)、主動(dòng)輪
(3)、可動(dòng)從動(dòng)輪(7)、固定從動(dòng)輪(9)、履帶支撐機(jī)構(gòu)(4)、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)擺臂機(jī)構(gòu)(6)、張緊機(jī)構(gòu)
(11);其特征在于所述履帶(I)安裝在主動(dòng)輪(3)、可動(dòng)從動(dòng)輪(7)及固定從動(dòng)輪(9)上；所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)搖臂機(jī)構(gòu)(6)的一端內(nèi)置滾動(dòng)軸承，所述內(nèi)置滾動(dòng)軸承與可動(dòng)從動(dòng)輪(7)的輸出軸相連，通過滾動(dòng)軸承帶動(dòng)可動(dòng)從動(dòng)輪(7)轉(zhuǎn)動(dòng)；所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)搖臂機(jī)構(gòu)(6)的另一端與張緊機(jī)構(gòu)(11)連接。優(yōu)選地，所述履帶(I)包括卡齒；履帶(I)安裝在主動(dòng)輪(3)、可動(dòng)從動(dòng)輪(7)及固定從動(dòng)輪(9)的兩齒間的齒距上。進(jìn)一步，所述可變姿態(tài)機(jī)器人還包括主腔體(8);所述履帶支撐機(jī)構(gòu)(4)包括至少兩個(gè)支撐輪，固定于主腔體(8)的兩側(cè)，左右各2組，所述支撐輪在履帶內(nèi)側(cè)的齒間中滑動(dòng)。非限制性地，所述可變姿態(tài)機(jī)器人還包括傳感器(2)、照明燈(5)、攝像機(jī)(10);攝像機(jī)(10)、照明燈(5)及傳感器(2)外部都包有防爆殼體，都與主腔體(8)采用防爆線嘴座連接。更進(jìn)一步，當(dāng)所述可變機(jī)器人的姿態(tài)調(diào)整方式之一為驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)蝸桿機(jī)構(gòu)使所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)擺臂機(jī)構(gòu)(6)，使得所述主動(dòng)輪(3)、所述固定從動(dòng)輪(9)以及所述可動(dòng)從動(dòng)輪(7)處于同一平面內(nèi)，主動(dòng)輪(3)帶動(dòng)履帶(I)旋轉(zhuǎn)，固定從動(dòng)輪(9)隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。蝸桿機(jī)構(gòu)使所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)擺臂(6)向上旋轉(zhuǎn)，使所述履帶(I)與地面產(chǎn)生姿態(tài)角度。此外，所述主腔體(8)包括電池腔、驅(qū)動(dòng)電機(jī)腔體及線路板腔體，分別安裝有電池、左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)、主控制板，所述履帶(I)由所述左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)；所述蝸桿機(jī)構(gòu)由所述左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。本發(fā)明專利的有益效果是，在本發(fā)明動(dòng)作靈活、體積較小、可根據(jù)周圍環(huán)境，通過控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)而帶動(dòng)機(jī)體姿態(tài)發(fā)生角度變化，在裝入小型礦用升降倉體內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)由地面工控終端遙控其升降運(yùn)載與釋放回收的能力?？梢钥焖俚倪M(jìn)入礦井災(zāi)難現(xiàn)場，協(xié)助救援，當(dāng)機(jī)器人遇到較小障礙物時(shí)，可增大履帶的迎面角，使其利用運(yùn)動(dòng)慣性直接克服通過；在遇到較大障礙物時(shí)，其鉸接軸可使機(jī)器人的前部相對障礙物產(chǎn)生一個(gè)姿態(tài)角度，這樣機(jī)器人就可以很容易的越過障礙物。當(dāng)遇到溝壑時(shí)，機(jī)器人外形呈“一”字狀態(tài)，可以直接通過。通過光纜傳輸，機(jī)器人通過傳感器等設(shè)備采集井下圖像、聲音、氣體濃度等信息，地面可以實(shí)時(shí)掌握井下情況。本機(jī)器人除了必備的設(shè)備外，還可以安裝GPS、生命探測儀等，GPS可以用于機(jī)器人的定位；生命探測儀用于探測事發(fā)地點(diǎn)的生命跡象。


圖l_a是可變姿態(tài)移動(dòng)機(jī)器人的立體示意 圖l_b是可變姿態(tài)移動(dòng)機(jī)器人的主視 圖2是履帶張緊機(jī)構(gòu)及旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)擺臂機(jī)構(gòu)的A-A剖視 圖3-a是履帶支撐機(jī)構(gòu)示意圖，圖3-b是履帶支撐機(jī)構(gòu)的B-B剖視 圖4是履帶齒形意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合說明書附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。參考圖Ι-a和圖l_b，在本發(fā)明的第一實(shí)施方式提供了一種可變姿態(tài)移動(dòng)機(jī)器人，如圖Ι-a和圖Ι-b所示，其主要包括履帶1、傳感器2、主動(dòng)輪3、履帶支撐機(jī)構(gòu)4、照明燈5、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)擺臂機(jī)構(gòu)6、可動(dòng)從動(dòng)輪7、主腔體8、固定從動(dòng)輪9、攝像機(jī)10、張緊機(jī)構(gòu)11等部件。履帶I安裝在主動(dòng)輪3、可動(dòng)從動(dòng)輪7及固定從動(dòng)輪9的兩齒間的齒距上；攝像機(jī)
10、照明燈5及傳感器2等外接設(shè)備外包有防爆殼體，與主腔體8的連接方式采用防爆線嘴座連接；旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)搖臂機(jī)構(gòu)6的一端內(nèi)置滾動(dòng)軸承,并與可動(dòng)從動(dòng)輪7的輸出軸相連,通過滾動(dòng)軸承帶動(dòng)可動(dòng)從動(dòng)輪7轉(zhuǎn)動(dòng)；所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)搖臂機(jī)構(gòu)6的另一端與張緊機(jī)構(gòu)11連接。履帶支撐機(jī)構(gòu)4固定于主腔體8的兩側(cè)，左右各2組，支撐輪在履帶內(nèi)側(cè)的齒間中滑動(dòng)。更為優(yōu)選地，所述傳感器2可以是位置傳感器、和/或距離傳感器、和/或角度傳感器、和/或力傳感器。當(dāng)機(jī)器人處于快速行走狀態(tài)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)蝸桿機(jī)構(gòu)使旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)擺臂機(jī)構(gòu)6處于水平狀態(tài)，使得主動(dòng)輪3、固定從動(dòng)輪9以及可動(dòng)從動(dòng)輪7處于同一平面內(nèi)，履帶成“一”字形，主動(dòng)輪3帶動(dòng)履帶I旋轉(zhuǎn)，固定從動(dòng)輪隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)機(jī)器人遇到障礙需要越障時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)蝸桿機(jī)構(gòu)使旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)擺臂向上旋轉(zhuǎn)，使履帶I與地面產(chǎn)生姿態(tài)角度，以改變履帶運(yùn)行軌跡的迎面角和履帶觸地長度，實(shí)現(xiàn)越障能力。
更進(jìn)一步，上述主腔體采用3mm以上鋼板制作，采用圓筒及平面隔爆結(jié)構(gòu)，采用十字加強(qiáng)筋，提高了防爆性能，主腔體分為電池腔、驅(qū)動(dòng)電機(jī)腔體及線路板腔體，采用嵌入式結(jié)構(gòu)，安裝有電池、左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)、主控制板等其他裝置，機(jī)器人的行走依靠左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)來實(shí)現(xiàn)，通過改變左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)的不同轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人轉(zhuǎn)彎。進(jìn)一步，本發(fā)明的第二實(shí)施方式中，描述了一種可變姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)。如圖Ι-a、圖Ι-b、圖2所示，該可變姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)包括張緊機(jī)構(gòu)11和旋轉(zhuǎn)搖臂機(jī)構(gòu)6。該履帶張緊機(jī)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)擺臂機(jī)構(gòu)配合使用，所述張緊機(jī)構(gòu)包括張緊螺栓16、旋轉(zhuǎn)擺臂止擋塊12、驅(qū)動(dòng)搖臂連接板13、搖臂安裝座14、鉸接軸15、限位開關(guān)17、機(jī)械密封組件18、軸承19、旋轉(zhuǎn)輪轂20、內(nèi)花鍵法蘭盤21、固定輪座22。驅(qū)動(dòng)搖臂連接板13及旋轉(zhuǎn)擺臂12上設(shè)置有導(dǎo)向長槽，張緊螺栓16旋緊后壓緊在旋轉(zhuǎn)擺臂止擋塊12上，調(diào)節(jié)張緊螺栓16即可起到張緊履帶I的作用，調(diào)整完畢后用螺母29鎖緊，再將固定螺栓組28旋緊即可固定位置。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)搖臂6的角度變化是由主腔體8內(nèi)的蝸桿機(jī)構(gòu)控制的，動(dòng)力由鉸接軸15輸出，傳遞給安裝在鉸接軸15右端的內(nèi)花鍵法蘭盤21，內(nèi)花鍵法蘭盤21再與搖臂安裝座14用螺釘25固定，并用圓螺母26鎖緊，鉸接軸15帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)搖臂連接板13旋轉(zhuǎn)，以此來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人姿態(tài)的改變，旋轉(zhuǎn)角度的大小由限位開關(guān)17控制。鉸接軸15上還安裝有機(jī)械密封組件18，其安裝在固定輪座22的內(nèi)腔中，并與鉸接軸15構(gòu)成動(dòng)密封，固定輪座22用螺釘23固定在主腔體8的法蘭盤上。其中軸承19的內(nèi)圈安裝在固定輪座22的外圈上，軸承19的外圈與旋轉(zhuǎn)輪轂20的內(nèi)孔相配合，并用螺釘24將軸擋30固定，作為對軸承19的軸向限位，旋轉(zhuǎn)輪轂20的右側(cè)還連接有搖臂安裝座14，并用螺釘27固定，使其對驅(qū)動(dòng)搖臂連接板13進(jìn)行定位。更進(jìn)一步，本發(fā)明的第三實(shí)施方式如圖3-a和圖3-b所示，圖3-a和圖3_b描述了一種履帶支撐機(jī)構(gòu)33為橫連板、34為立板，31為止動(dòng)桿、35為支撐輪、止動(dòng)桿31焊接在主腔體8上，立板34的兩端布置有凸臺(tái)32，凸臺(tái)32與橫連板33的中心孔配合，立板34的中心孔與止動(dòng)桿31配合，并用螺母36固定，立板34與橫連板33處于垂直狀態(tài)，使橫連板33與履帶保持平行狀態(tài)。防止支撐輪35在履帶內(nèi)側(cè)旋轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生歪斜。此外，本發(fā)明的第四實(shí)施方式中提出了一種履帶齒形結(jié)構(gòu)。圖4是該履帶齒形結(jié)構(gòu)示意圖，履帶I的外側(cè)面為有規(guī)律的凸起37，凸起37外表面具有交錯(cuò)式波紋形狀，履帶的內(nèi)側(cè)為雙排內(nèi)齒嚙合。通過對履帶與地面的建模分析和試驗(yàn)分析得到履帶和地面作用的機(jī)理，解決同一套的行駛傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不可以滿足不同路面需求的問題，可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人分別在硬地面和軟地面上的不同接地面積和接觸履棱，不僅可以減少硬地面上滑動(dòng)轉(zhuǎn)向的能量損耗，并且控制了機(jī)器人在軟地面上的下陷量，保證機(jī)器人在軟硬路面上均能產(chǎn)生較大的附著力和牽引力。履帶I的內(nèi)側(cè)凸起與主、從傳動(dòng)輪的捏合齒距相同，支撐輪25在履帶I的內(nèi)側(cè)凹槽內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，采用優(yōu)化雙排內(nèi)嚙合式傳動(dòng)方式。在分析外部受力的基礎(chǔ)上，通過限定履帶嚙合內(nèi)齒的強(qiáng)度和內(nèi)齒的高度，解決了內(nèi)齒變形，以及履帶脫帶的問題。優(yōu)選地，所述履帶為阻燃橡膠材料。本發(fā)明專利的有益效果是，在本發(fā)明動(dòng)作靈活、體積較小、可根據(jù)周圍環(huán)境，通過控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)而帶動(dòng)機(jī)體姿態(tài)發(fā)生角度變化，可以快速的進(jìn)入礦井災(zāi)難現(xiàn)場，協(xié)助救援，當(dāng)機(jī)器人遇到較小障礙物時(shí)，可增大履帶的迎面角，使其利用運(yùn)動(dòng)慣性直接克服通過；在遇到較大障礙物時(shí)，其鉸接軸可使機(jī)器人的前部相對障礙物產(chǎn)生一個(gè)姿態(tài)角度，這樣機(jī)器人就可以很容易的越過障礙物。當(dāng)遇到溝壑時(shí)，機(jī)器人外形呈“一”字狀態(tài)，可以直接通過。通過光纜傳輸，機(jī)器人通過傳感器等設(shè)備采集井下圖像、聲音、氣體濃度等信息，地面可以實(shí)時(shí)掌握井下情況。本機(jī)器人除了必備的設(shè)備外，還可以安裝GPS、生命探測儀等，GPS可以用于機(jī)器人的定位；生命探測儀用于探測事發(fā)地點(diǎn)的生命跡象。本發(fā)明所述并不限于具體實(shí)施方式
所述的實(shí)施例，只要是本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明方案得出其他的實(shí)施方式，同樣屬于本發(fā)明的技術(shù)創(chuàng)新及保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種可變姿態(tài)移動(dòng)機(jī)器人，包括履帶(I)、主動(dòng)輪(3)、可動(dòng)從動(dòng)輪(7)、固定從動(dòng)輪(9)、履帶支撐機(jī)構(gòu)(4)、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)擺臂機(jī)構(gòu)(6)、張緊機(jī)構(gòu)(11);其特征在于所述履帶(I)安裝在主動(dòng)輪(3)、可動(dòng)從動(dòng)輪(7)及固定從動(dòng)輪(9)上；所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)搖臂機(jī)構(gòu)(6)的一端內(nèi)置滾動(dòng)軸承，所述內(nèi)置滾動(dòng)軸承與可動(dòng)從動(dòng)輪(7)的輸出軸相連，通過滾動(dòng)軸承帶動(dòng)可動(dòng)從動(dòng)輪(7)轉(zhuǎn)動(dòng)；所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)搖臂機(jī)構(gòu)(6)的另一端與張緊機(jī)構(gòu)(11)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的可變姿態(tài)移動(dòng)機(jī)器人，其特征在于所述履帶(I)包括卡齒；履帶(I)安裝在主動(dòng)輪(3)、可動(dòng)從動(dòng)輪(7)及固定從動(dòng)輪(9)的兩齒間的齒距上。
3.如權(quán)利要求2所述的可變姿態(tài)機(jī)器人，其特征在于所述可變姿態(tài)機(jī)器人還包括主腔體(8);所述履帶支撐機(jī)構(gòu)(4)包括至少兩個(gè)支撐輪，固定于主腔體(8)的兩側(cè)，左右各2組，所述支撐輪在履帶內(nèi)側(cè)的齒間中滑動(dòng)。
4.如權(quán)利要求1所述的可變姿態(tài)移動(dòng)機(jī)器人，其特征在于可變姿態(tài)機(jī)器人還包括傳感器(2)、照明燈(5)、攝像機(jī)(10);攝像機(jī)(10)、照明燈(5)及傳感器(2)外部都包有防爆殼體，都與主腔體(8 )采用防爆線嘴座連接。
5.如權(quán)利要求1所述的可變姿態(tài)移動(dòng)機(jī)器人，其特征在于 當(dāng)所述可變機(jī)器人的姿態(tài)調(diào)整方式之一為驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)蝸桿機(jī)構(gòu)使所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)擺臂機(jī)構(gòu)(6)，使得所述主動(dòng)輪(3)、所述固定從動(dòng)輪(9)以及所述可動(dòng)從動(dòng)輪(7)處于同一平面內(nèi)，主動(dòng)輪(3 )帶動(dòng)履帶(I)旋轉(zhuǎn)，固定從動(dòng)輪(9 )隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。
6.如權(quán)利要求1所述的可變姿態(tài)移動(dòng)機(jī)器人，其特征在于當(dāng)所述可變機(jī)器人的姿態(tài)調(diào)整方式之一為蝸桿機(jī)構(gòu)使所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)擺臂(6)向上旋轉(zhuǎn)，使所述履帶(I)與地面產(chǎn)生姿態(tài)角度。
7.如權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的可變姿態(tài)移動(dòng)機(jī)器人，其特征在于所述主腔體(8)采用3mm以上鋼板制作。
8.如權(quán)利要求5或6所述的可變姿態(tài)移動(dòng)機(jī)器人，其特征在于所述主腔體(8)包括電池腔、驅(qū)動(dòng)電機(jī)腔體及線路板腔體，分別安裝有電池、左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)、主控制板，所述履帶(O由所述左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)；所述蝸桿機(jī)構(gòu)由所述左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明為一種可變姿態(tài)移動(dòng)機(jī)器人，包括履帶(1)、主動(dòng)輪(3)、可動(dòng)從動(dòng)輪(7)、固定從動(dòng)輪(9)、履帶支撐機(jī)構(gòu)(4)、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)擺臂機(jī)構(gòu)(6)、張緊機(jī)構(gòu)(11)；其特征在于所述履帶(1)安裝在主動(dòng)輪(3)、可動(dòng)從動(dòng)輪(7)及固定從動(dòng)輪(9)上；所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)搖臂機(jī)構(gòu)(6)的一端內(nèi)置滾動(dòng)軸承，所述內(nèi)置滾動(dòng)軸承與可動(dòng)從動(dòng)輪(7)的輸出軸相連，通過滾動(dòng)軸承帶動(dòng)可動(dòng)從動(dòng)輪(7)轉(zhuǎn)動(dòng)。本發(fā)明提供的可變姿態(tài)機(jī)器人可通過姿態(tài)變換在狹長孔道內(nèi)通行，也可穿越障礙；并可裝入小型礦用升降容器內(nèi)，實(shí)現(xiàn)由地面工控終端遙控其升降運(yùn)載與釋放回收。
文檔編號(hào)B62D55/08GK103057610SQ201310028509
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月25日
發(fā)明者許開成, 陸文濤, 張樹生 申請人:唐山開誠電控設(shè)備集團(tuán)有限公司