專利名稱：用于煤礦井下搜救作業的隔爆型機器人平臺的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種機器人平臺，特別是一種用于煤礦井下搜救作業的隔爆 型機器人平臺。
背景技術：
目前國內外研制救災機器人大都集中在地面火災和地震等自然災害的 救災，而對于煤礦井下救災機器人的研制還剛剛起步。煤礦井下環境尤其是
瓦斯或煤塵爆炸等災難之后的環境具有兩個顯著的特點(l)地形復雜，屬 于非結構地形環境；(2)空氣充滿爆炸性氣體，屬于具有爆炸性氣體的空氣 環境。因此，必須要求機器人平臺具有較好的越障、避障能力和嚴格的防爆 性能。國外，美國智能系統和機器人中心開發的RATLER礦井探索機器人， 用于災難后的現場偵查工作；美國南佛羅里達大學研制的Simbot礦井搜索 機器人；由Remotec公司制造的V2煤礦救援機器人，大約50英寸高，1200 英磅重，使用防爆電動機驅動橡皮履帶。安裝有導航和監控攝像機、燈、氣 體傳感器和一個機器臂，具有夜視能力和兩路語音通訊功能。上述礦井搜救 機器人代表了當前國外在該領域的研究現狀和發展水平，然而，它們離實際 應用的要求還有很大距離。僅從機械結構上講，RATLER礦井探索機器人的機 械結構方面，沒有按照適合于礦井環境設計運動系統，底盤較低，越障性能 一般，沒有任何自主避障方面的設計。Simbot是一種體積非常小的機器人， 這就決定了它不可能擁有較遠的控制范圍，只能在較近的范圍內進行有線控 制，攜帶的傳感器數量也很有限，使用方式非常有限。土撥鼠機器人的自主 性和移動性都非常強，但它是為了探測正常礦井地形而設計的試驗平臺，并 不適合用作煤礦搜救。V2機器人進行了防爆設計，但體積略顯巨大。而且， 上述的機器人除V2機器人外，均沒有進行防爆設計，是不允許在含有瓦斯、 煤塵的具有爆炸性氣體環境的煤礦井下使用的。國內，中國礦業大學可靠性 工程與救災機器人研究所研制的CUMT-I型礦井搜救機器人，是我國第一臺 用于煤礦救援的機器人。該機器人行走部為雙履帶式，機動靈活性不夠，越 障能力不強。目前，國內公告的兩項專利申請文獻涉及了煤礦搜救機器人， 其中申請號為200510027369.2的文獻中提供了一種公知的、沒有具體實施例的、籠統的機器人方案。申請號為200610150840.1的專利文獻中提供了 一種適用于煤礦礦井搜索探測的履帶式多關節鉸接機器人，將機器人根據功 能分為若干個模塊，各單元模塊的外表面都設有履帶，通過鉸鏈將各單元連 接成為蛇形，這種蛇形機器人具有較高的越障能力，但是沒有涉及防爆技術， 如果把防爆問題考慮進來，這種方案很難實現。
發明內容
本發明為了克服現有的機器人不適用于非結構地形環境和不具有防爆 性能的不足，提供一種用于煤礦井下搜救作業的隔爆型機器人平臺，適用于 具有非結構地形環境和爆炸性氣體環境的煤礦井下。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案它由隔爆外殼，驅動輪單元， 從動輪及擺臂單元，行走驅動電機單元和擺臂旋轉驅動電機單元構成，驅動 輪單元與從動輪及擺臂單元對稱設在隔爆外殼的兩端，行走驅動電機單元設 在隔爆外殼內，且連接驅動輪單元，擺臂旋轉驅動電機單元設在隔爆外殼內， 且連接從動輪及擺臂單元，驅動輪單元中的驅動輪與從動輪及擺臂單元中的 從動輪之間設有主履帶，隔爆外殼的中部設有支撐主履帶的支撐輪。
所述的隔爆外殼上口為隔爆接合面，隔爆接合面上開有與隔爆殼蓋聯接 的多個螺紋盲孔，隔爆外殼的左右兩側壁上對稱設有左右貫通的孔，每個孔 的外端面上開有聯接螺紋盲孔，隔爆外殼中部兩側設有固定支撐輪的凸臺。
所述的驅動輪單元由軸筒、驅動軸、軸套、驅動齒輪、驅動輪，軸承構 成，驅動軸"^殳在軸筒的中心孔中，軸套"^殳在驅動軸中部，驅動輪固定在驅動 軸的一端，驅動齒輪固定在驅動軸的另一端，軸套與驅動軸之間為一間隙配 合的隔爆結合面S 1,軸筒與隔爆外殼上的孔之間為一隔爆接合面S2。
所述的軸筒內兩端設有支撐驅動軸的軸承，兩軸承之間鑲嵌與軸筒過盈 配合的軸套，且在軸筒與驅動軸之間設有密封圏，與隔爆外殼之間設有密封 圏；軸筒上設有將其連接在隔爆外殼上的法蘭。
所述的從動輪及擺臂單元由固定有齒輪，擺臂旋轉軸、從動輪支座，從 動輪，擺臂后帶輪，前擺臂側板，支撐輪和擺臂前帶輪構成，固定有齒輪設 在擺臂旋轉軸的內端，擺臂旋轉軸設在從動輪支座內，從動輪設在從動輪支 座上，擺臂后帶輪位于從動輪的外側，安裝在從動輪支座上，從動輪與擺臂 后帶輪同軸并連為一體，前擺臂側板設在擺臂旋轉軸的外端部，擺臂前帶輪 設在前擺臂側板的前端部，擺臂后帶輪與擺臂前帶輪上設有輔助履帶，支撐輪設在前擺臂側板中部。所述從動輪支座的內端鑲嵌有與支座過盈配合，并與旋轉軸間為一隔爆接合面S3的軸套；所述從動輪支座與隔爆外殼側板上的安裝孔之間設有密 封圈，其配合面為一隔爆接合面S4。所述的行走驅動電機單元與擺臂旋轉驅動電機單元均由安裝支座、減速 電機、傳動齒輪組成，減速電機與安裝支座聯接，減速電機轉軸與傳動齒輪 同軸固聯，安裝支座上設有用于固定聯接孔，安裝支座上設有定位通孔。本發明采用了隔爆外殼，驅動電機單元、蓄電池單元、智能控制單元、 將數據采集單元以及通訊單元具放置于隔爆腔內。驅動輪和從動輪處與隔爆 殼壁聯接的位置均采用了隔爆結構，隔爆外殼與隔爆外殼蓋聯接處也采用了 隔爆結構，解決了機器人的隔爆問題，能使用在煤礦井下環境。本裝置在隔 爆腔與外界相通的零部件間安裝的密封圏可以有效地放置隔爆殼外部的水、 氣的進入，從而保證了隔爆殼內的電氣設備的正常工作，更適應煤礦井下可 能出現的泥水路況。通過行走系統，能對左右兩履帶的轉向和速度進行獨立 控制，從而實現了機器人的正向、反向運動和以及靈活的轉向運動。兩擺臂 可以繞軸進行360。的獨立旋轉，越障能力較強。
圖1為本發明的立體結構圖；圖2為本發明中的隔爆外殼立體結構圖；圖3為本發明的平面結構主3見圖；圖4為本發明的平面結構俯一見局圖；圖5為圖4中I處的局部放大圖；圖6為圖4中II處的局部放大圖；圖7為本發明中的驅動電機單元立體結構圖。圖中1-隔爆外殼，2.隔爆外殼蓋，3-驅動輪單元，4-主履帶， 5-支撐輪，6-從動輪及擺臂單元，7-孑L， 8-聯接螺紋盲孔，9-外端面， IO-隔爆接合面，11-螺紋盲孔，12-凸臺，13-凸緣，14-行走驅動電機 單元，15-擺臂旋轉驅動電機單元，16-軸承，17-齒輪，18-軸筒，19-驅動軸，20-軸套，21-軸承，22-密封圏，23-法蘭，24-螺釘，25 -法 蘭，26-驅動輪，27-螺釘，28-密封圏，29-軸承，30-齒輪，31-旋轉軸，32-軸套，33-密封圏，34-軸承，35-螺4丁， 36 -支座，37-密封圈， 38-軸承，39-從動輪，40-螺釘，41-擺臂后帶輪，42-密封圏，43-密封墊，44-擺臂側板，45-支撐輪，46-擺臂前帶輪，47-螺釘，48 -凸 臺，49-法蘭，50-前帶輪軸，51-螺釘，52-長孔，53-輔助履帶，54 -齒輪，55-安裝支座，56-電機減速器單元，57-定位通孔，58-聯接孔。
具體實施方式
下面結合附圖中的實施例對本發明進一 步說明圖1所示，隔爆外殼1呈左右對稱，上方聯接了隔爆殼蓋2 ，在隔爆外 殼的兩側分別安裝了驅動輪單元3和從動輪及擺臂單元6，其中驅動輪和從 動輪上安裝了主履帶4，聯接在隔爆外殼1中部的支撐輪5支撐主履帶4 。圖2為隔爆外殼1的立體結構圖，隔爆外殼1采用含^l美量不大于6%(重 量比)的輕合金整體澆鑄、壓鑄或采用焊接方式加工后，進行精加工而成， 在隔爆外殼1上口處加工成隔爆接合面IO，其上開有與隔爆殼蓋2聯接的螺 紋盲孔11。在隔爆外殼1的左右兩側壁上設有一對左右貫通的孔7，每個孔 的周圈都設有聯接螺孔組8，在隔爆外殼1左右兩側的開孔處，安裝驅動輪 單元3和從動輪與擺臂單元6。為了增加隔爆殼的有效容量，在兩側加工出 凸臺12。在隔爆外殼上加工螺紋孔處厚度增大，形成凸緣13，螺紋孔沒有 穿透隔爆外殼壁。隔爆腔內安裝了機器人驅動電機單元，并安裝了蓄電池單 元、智能控制單元、數據采集單元、通訊單元等。圖3 、 4、 5中，驅動輪單元包括軸筒18、驅動軸19、軸套20、驅動齒 輪17、驅動帶輪26、軸承16、 21及聯接件，軸筒18中部有凸緣開有通孔， 做成法蘭23，驅動軸19安裝于軸筒18的中心孔之中，軸筒兩端安裝了軸承 21支撐驅動軸19,兩軸承之間鑲嵌了軸套20，軸套20與軸筒18過盈配合， 軸套20與驅動軸19間為間隙配合，軸套20與驅動軸19之間為一隔爆結合 面S 1。且在軸筒上設有密封圈槽，在軸筒20與驅動軸19間安裝了密封圏 22。驅動軸的一端設有聯接法蘭盤25,法蘭上設有螺孔與驅動輪26間利用 螺釘24聯接，驅動軸的另一端與驅動齒輪17固聯，齒輪的外側，在軸端安 裝了軸承16。驅動輪單元裝配好之后，軸筒18安裝在隔爆外殼側壁的孔7 中，且在軸筒18與孔7之間安裝有密封圏28，孔與軸筒外圓為一隔爆接合 面S2，軸筒的法蘭23與孔的外端面9 ,利用螺釘27聯接。驅動輪單元安裝在隔爆外殼上之后，其驅動齒輪17伸入隔爆殼內部，與安裝在隔爆腔內的 驅動電機單元14上的齒輪嚙合。圖6為從動輪及擺臂單元的結構圖，從動輪及擺臂單元6的擺臂旋轉軸 31安裝在從動輪支座36內，并受安裝在從動輪支座36里的軸承34支撐， 在支座的一端內鑲嵌有軸套32，該軸套32與支座36過盈配合，與旋轉軸 31間隙配合，軸套32與旋轉軸31間為一組隔爆接合面S3。旋轉軸31的上 固定有齒輪30,其端部安裝有軸承29。支座36安裝在隔爆外殼1側板上的 孑L7內，支座36與孔7之間安裝有密封圏33，孔7與支座36外圓之間為一 組隔爆接合面S4，支座36上的法蘭與孔7外端面9用螺釘35聯接。支座 37安裝在隔爆殼側板上后，旋轉軸31 —端的齒輪30伸入隔爆腔內，與固定 在隔爆腔內的驅動電機單元15上的齒輪嚙合。連接后，從動輪39安裝在從 動輪支座36上，兩者間采用軸承38支撐，且在從動輪輪孔和支座之間安裝 了密封圏37。從動輪的外側安裝擺臂，擺臂的后帶輪41套在支座36上，使 用螺釘組40與從動輪39同軸聯接，可與從動輪39 —起同軸旋轉，且在兩 者之間增加了密封墊43。擺臂旋轉軸31的一端穿過后帶輪41中間孔伸出后 帶輪，且軸與后帶輪孔之間安裝了密封圏42。前擺臂側板44處于后帶輪41 外側，其后端與伸出后帶輪的擺臂旋轉軸31聯接，側板前端安裝有擺臂前 帶輪47，在后帶輪41與前帶輪46上安裝了輔助履帶53,前擺臂側板44中 部對稱安裝了兩支撐輪45,支撐于輔助履帶53的中部內側。前帶輪的軸50 的一端為一聯接法蘭49，法蘭上由四個長孔，前臂側板的前端有一長孔52， 長孔52的周圍形成法蘭面，開有螺紋孔，且在該長孔的后側設有開有螺孔 的凸臺48，前帶輪軸50穿入該長孔52,利用螺釘51將前帶輪軸49與側板 44聯接。并利用螺釘47擰入凸臺48的螺孔，將前帶輪軸49頂緊。通過調 節螺釘47的旋入量可以對輔助履帶53實現張緊。機器人平臺行走部驅動電機單元14和擺臂驅動電機單元15組成相同， 其安裝方式也相同，擺臂驅動電機單元減速器減速比比行走部驅動電機單元 的大。由安裝支座55、電機減速器單元56、傳動齒輪54組成，電機減速器 單元通過聯接法蘭與安裝支座55聯接，減速器軸伸出安裝支座與傳動齒輪 54固聯。安裝支座55上設有聯接孔58，安裝支座聯接法蘭面一側設有定位 通孔57,如圖7所示。驅動電機單元在安裝時，將支座上的定位通孔57套 在驅動軸軸端的軸承16或29上，且使得傳動齒輪54與驅動軸驅動齒輪16或擺臂旋轉軸上的齒輪30嚙合，通過底板上的聯接孔58與隔爆殼底部的螺 孔用螺釘聯接。機器人平臺的左右兩套的行走系統的傳動路線為行走驅動電機單元 14^驅動齒輪16+驅動軸19^驅動輪26^主履帶4+從動輪39 (擺臂后帶 輪41)今輔助履帶53^擺臂前帶輪46。機器人前擺臂的轉動系統的傳動路 線為擺臂驅動電機單元15^驅動齒輪30+旋轉軸31+擺臂側板44。隔爆外殼l，驅動電機單元14、 15、蓄電池單元、智能控制單元、數據 采集單元以及通訊單元具放置于隔爆腔內。驅動輪單元3和從動輪及擺臂單 元6與隔爆殼壁聯接的位置均采用了隔爆結構，隔爆外殼與隔爆外殼蓋聯接 處也采用了隔爆結構。主履帶4采用同步帶的齒形，在同步帶的外圏增加了 凸臺12，以增加主履帶4與地面的摩擦系數，同步帶采用阻燃橡膠制作，解 決了機器人的隔爆問題，可以使用在煤礦井下環境。
權利要求
1、一種用于煤礦井下搜救作業的隔爆型機器人平臺，其特征在于它由隔爆外殼(1)，驅動輪單元(3)，從動輪及擺臂單元(6)，行走驅動電機單元(14)和擺臂旋轉驅動電機單元(15)構成，驅動輪單元(3)與從動輪及擺臂單元(6)對稱設在隔爆外殼(1)的兩端，行走驅動電機單元(14)設在隔爆外殼(1)內，且連接驅動輪單元(3)，擺臂旋轉驅動電機單元(15)設在隔爆外殼(1)內，且連接從動輪及擺臂單元(6)，驅動輪單元(3)中的驅動輪(26)與從動輪及擺臂單元(6)中的從動輪(39)之間設有主履帶(4)，隔爆外殼(1)的中部設有支撐主履帶(4)的支撐輪(5)。
2、 根據權利要求1所述的用于煤礦井下搜救作業的隔爆型機器人平 臺，其特征在于所述的隔爆外殼(1 )上口為隔爆接合面(10)，隔塌省 合面(10)上開有與隔爆殼蓋(2)聯接的多個螺紋盲孔(11)，隔爆外殼(1 ) 的左右兩側壁上對稱設有左右貫通的孔(7),每個孔的外端面(9)上開有聯 接螺紋盲孔(8),隔爆外殼(1 )中部兩側設有固定支撐輪(5)的凸臺(12)。
3、 根據權利要求1所述的用于煤礦井下搜救作業的隔爆型機器人平 臺，其特征在于所述的驅動輪單元(3)由軸筒(18)、驅動軸(19)、軸套 (20)、驅動齒輪(17)、驅動輪(26)，軸承(21)構成，驅動軸(19)設在軸筒(18) 的中心孔中，軸套(20)設在驅動軸(19)中部，驅動輪(26)固定在驅動軸(19) 的一端，驅動齒輪(17)固定在驅動軸(19)的另一端，軸套(20)與驅動軸(19) 之間為一間隙配合的隔爆結合面S1，軸筒(18)與隔爆外殼(1)上的孔(7) 之間為 一隔螵^妄合面S2 。
4、 根據權利要求3所述的用于煤礦井下搜救作業的隔爆型機器人平臺， 其特征在于所述的軸筒(18)內兩端設有支撐驅動軸(19)的軸承(21)，兩軸 承(21)之間鑲嵌與軸筒(18)過盈配合的軸套(20)，且在軸筒(18)與驅動軸 (19)之間設有密封圏(22)，與隔爆外殼(1)之間設有密封圏(28);軸筒(18) 上設有將其連接在隔爆外殼(1)上的法蘭(23)。
5、 根據權利要求1所述的用于煤礦井下搜救作業的隔爆型機器人平臺， 其特征在于所述的從動輪及擺臂單元(6)由固定有齒輪(30)，擺臂旋轉 軸(31 )、從動輪支座(36 ),從動輪(39 )，擺臂后帶輪(41),前擺臂側板(44 )，支撐輪(45 )和擺臂前帶輪(46 )構成，固定有齒輪(30 )設在擺 臂旋轉軸(31 )的內端，擺臂旋轉軸(31)設在從動輪支座(36 )內，從動 輪(39 )設在從動輪支座(36 )上，擺臂后帶輪(41 )位于從動輪(39 )的外側，安裝在從動輪支座(36 )上，從動輪(39 )與擺臂后帶輪(41)同軸 并連為一體，前擺臂側板(44 )設在擺臂旋轉軸(31)的外端部，擺臂前帶 輪(46 )設在前擺臂側板(44 )的前端部，擺臂后帶輪(41)與擺臂前帶輪 (46)上設有輔助履帶(53),支撐輪(45)設在前擺臂側板(44)中部。
6、 根據權利要求5所述的用于煤礦井下搜救作業的隔爆型機器人平臺， 其特征在于所述從動輪支座(36)的內端鑲嵌有與支座(36)過盈配合， 并與旋轉軸(31)間為一隔爆接合面S3的軸套(32 );所述從動輪支座(36 ) 與隔爆外殼(1)側板上的安裝孔(7)之間設有密封圏(33)，其配合面為 一隔*暴接合面S4。
7、 根據權利要求1所述的用于煤礦井下搜救作業的隔爆型機器人平臺， 其特征在于所述的行走驅動電機單元(14 )與擺臂旋轉驅動電機單元(15 ) 均由安裝支座(55 )、減速電機(56 )、傳動齒輪(54 )組成，減速電機(56 ) 與安裝支座(55)聯接，減速電機轉軸與傳動齒輪(54)同軸固聯，安裝支 座(55)上設有用于固定聯接孔(58 )，安裝支座(55 )上設有定位通孔(57 )。
全文摘要
一種用于煤礦井下搜救作業的隔爆型機器人平臺，由隔爆外殼(1)、驅動輪單元(3)、從動輪及擺臂單元(6)、行走驅動電機單元(14)和擺臂旋轉驅動電機單元(15)構成，驅動輪單元(3)與從動輪及擺臂單元(6)對稱地設在隔爆外殼(1)的兩端，行走驅動電機單元(14)設在隔爆外殼(1)內，且連接驅動輪單元(3)，擺臂旋轉驅動電機單元(15)設在隔爆外殼(1)內，且連接從動輪及擺臂單元(6)，驅動輪單元(3)中的驅動輪(26)與從動輪及擺臂單元(6)中的從動輪(39)之間設有主履帶(4)，從動輪及擺臂單元(6)的擺臂上設有輔助履帶(53)。與隔爆殼體的聯接處均采用了隔爆結合面，適用于煤礦井下進行搜救作業。
文檔編號B62D55/065GK101244728SQ20081001999
公開日2008年8月20日 申請日期2008年3月18日 優先權日2008年3月18日
發明者華 朱, 李允旺, 葛世榮 申請人:中國礦業大學