專利名稱：煤礦井下搜救探測機(jī)器人運動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煤礦井下搜救探測機(jī)器人裝置，特別是具有較強(qiáng)的越障能力、很好的地 面適應(yīng)性和可靠性的搜救探測機(jī)器人運動裝置。
背景技術(shù)：
煤炭是主要能源之一，但由于煤層地質(zhì)條件差以及礦井高瓦斯事故多，造成了較大的財 產(chǎn)損失和人員傷亡。因此，發(fā)明一種煤礦井下搜救探測機(jī)器人是煤礦井下發(fā)生瓦斯爆炸事故 后進(jìn)行搶險探測的前提手段和必要工具。
現(xiàn)在國內(nèi)外對越障機(jī)器人運動裝置研究很多，但用于煤礦井下搜救探測方面的運動裝置 設(shè)計與實際應(yīng)用還有較大差距，結(jié)構(gòu)性能有待提高。如中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的發(fā)明專利"一種 適應(yīng)于多種障礙環(huán)境的復(fù)合機(jī)構(gòu)機(jī)器人裝置"，公開號為CN1775608A，綜合運用輪式、履帶兩 種運動驅(qū)動形式，并通過結(jié)構(gòu)變形，使得機(jī)器人適應(yīng)各種不同的道路狀況，但是機(jī)構(gòu)較為復(fù) 雜，并且沒有考慮后續(xù)環(huán)境探測、避障控制等功能的完成，如各種傳感器的安裝。北京理工 大學(xué)的發(fā)明專利"小型四履帶移動機(jī)器人驅(qū)動裝置"，公開號為CN101007548A，該裝置由箱體、 左右對稱布置的行走履帶驅(qū)動裝置、擺臂驅(qū)動裝置和擺臂履帶組件構(gòu)成。機(jī)器人的履帶和擺 臂均由直流伺服電機(jī)直接驅(qū)動，省去了復(fù)雜的傳動機(jī)構(gòu)，但其僅適用于地面移動，對煤礦井 下的自然環(huán)境和災(zāi)害現(xiàn)場的適應(yīng)性較差。
申請人在考察了煤礦井下特殊的環(huán)境和災(zāi)害現(xiàn)場后，根據(jù)煤礦井下工作環(huán)境惡劣，路面 崎嶇不平，障礙物較多，通行空間有限且不規(guī)則，甚至是非結(jié)構(gòu)化的特點，對現(xiàn)有搜救探測 機(jī)器人的運動系統(tǒng)、通行能力和結(jié)構(gòu)特點進(jìn)行了重新設(shè)計以及進(jìn)一步改進(jìn)，提出了一種針對 煤礦井下特殊環(huán)境的運動裝置。

發(fā)明內(nèi)容
為解決搜救探測機(jī)器人在煤礦并下特殊環(huán)境中的行走問題，本發(fā)明提供一種前、后兩段 履帶可上下折轉(zhuǎn)，左、右履帶分別驅(qū)動的三段履帶機(jī)器人運動裝置，左、右履帶分別驅(qū)動， 實現(xiàn)裝置的靈活轉(zhuǎn)彎，前段履帶向上折轉(zhuǎn)可使裝置順利爬上臺階式障礙，后段履帶向下折轉(zhuǎn) 可使裝置平穩(wěn)地支撐，避免后翻。所采用的具體技術(shù)方案如下
本發(fā)明煤礦井下搜救探測機(jī)器人運動裝置，包括左、右兩側(cè)的行走履帶運動裝置，前、
后旋轉(zhuǎn)臂運動裝置和傳感器旋轉(zhuǎn)臂，其結(jié)構(gòu)特征在于
所述的行走履帶運動裝置，包括主雙聯(lián)輪、履帶、從雙聯(lián)輪、履帶驅(qū)動電機(jī)及齒輪箱，其履帶包覆在主雙聯(lián)輪和從雙聯(lián)輪的外側(cè)，履帶驅(qū)動電機(jī)輸出端連接齒輪箱后帶動主雙聯(lián)輪 轉(zhuǎn)動，從雙聯(lián)輪安裝在另一心軸的同一側(cè)，通過履帶的傳動隨主雙聯(lián)輪同步運動；
所述的旋轉(zhuǎn)臂運動裝置由主、從兩部分通過連接板相連構(gòu)成，包括主雙聯(lián)輪、從雙聯(lián)輪、 小輪、小輪支架、主扭動桿、主輔助桿、從扭動桿、從輔助桿、旋轉(zhuǎn)臂履帶、旋轉(zhuǎn)臂驅(qū)動電 機(jī)及蝸輪箱，旋轉(zhuǎn)臂履帶包覆在雙聯(lián)輪內(nèi)側(cè)和小輪外，傳感器臂固定安裝在車體中央支撐板 上，包括轉(zhuǎn)動桿、轉(zhuǎn)動桿驅(qū)動電機(jī)、傳感器支座、傳感器旋轉(zhuǎn)臂、傳感器旋轉(zhuǎn)臂驅(qū)動電機(jī)及 諧波減速器；
所述的傳感器旋轉(zhuǎn)臂驅(qū)動電機(jī)連接諧波減速器減速后驅(qū)動傳感器旋轉(zhuǎn)臂作360°旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn) 動桿在轉(zhuǎn)動桿驅(qū)動電機(jī)的驅(qū)動下亦可作360°旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)傳感器在空間姿態(tài)調(diào)整。
本發(fā)明煤礦井下搜救探測機(jī)器人運動裝置中，所述的履帶和旋轉(zhuǎn)臂履帶是雙面同步齒形 帶；所述的主雙聯(lián)輪，從雙聯(lián)輪分別安裝在前、后心軸的同一側(cè)，由履帶驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動主雙 聯(lián)輪，通過履帶的傳動實現(xiàn)兩輪的同步運動；所述的旋轉(zhuǎn)臂運動裝置由主、從兩部分組成， 其主扭動桿、主輔助桿、從扭動桿、從輔助桿分別聯(lián)接在心軸的兩端，主扭動桿由旋轉(zhuǎn)臂驅(qū) 動電機(jī)驅(qū)動，并通過連接板與從扭動桿相連，實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)臂主、從兩個部分繞心軸同步轉(zhuǎn)動； 所述的調(diào)距桿兩端通過六角螺母與支架連接，并調(diào)節(jié)主雙聯(lián)輪、從雙聯(lián)輪的相對位置，起到 對履帶的張緊調(diào)節(jié)作用；所述的主扭動桿、主輔助桿的一端與連接板相連，另一端通過六角 螺母固定在小輪支架上，調(diào)整螺母可調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)臂履帶的張緊力；所述的傳感器旋轉(zhuǎn)臂和轉(zhuǎn)動 桿是電機(jī)驅(qū)動作360。旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)傳感器空間姿態(tài)調(diào)整，轉(zhuǎn)動桿光電編碼器是轉(zhuǎn)動桿位置的反 饋元件。
本發(fā)明煤礦井下搜救探測機(jī)器人運動裝置，在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過對現(xiàn)有機(jī)器人的 結(jié)構(gòu)設(shè)計以及結(jié)構(gòu)改進(jìn)，使其能夠適應(yīng)煤礦井下搜救探測的各種特殊環(huán)境。
本發(fā)明煤礦井下搜救探測機(jī)器人運動裝置，由于采用分段式履帶，直接由主雙聯(lián)輪和從 雙聯(lián)輪構(gòu)成履帶輪，而且雙聯(lián)輪和小輪構(gòu)成的前、后旋轉(zhuǎn)臂可在豎直平面內(nèi)分別獨立旋轉(zhuǎn)， 使得本發(fā)明裝置可釆用多種移動方式在路面崎嶇不平、障礙物較多的煤礦井下環(huán)境中行駛， 在前方遇到障礙、坑洼溝壑以及各種路況(平坦路面、松軟路面、坡度較大的傾斜路面)條 件下均能順利通行，具有較強(qiáng)的越障能力、很好的地面適應(yīng)性，為環(huán)境探測、避障控制等功 能的完成搭建了一個機(jī)動性好、可靠性高的機(jī)械移動平臺。


圖l是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖
圖2是本發(fā)明的一種實施結(jié)構(gòu)主視圖
圖3是本發(fā)明的一種實施結(jié)構(gòu)俯視圖帶 3:從雙聯(lián)輪 4:連接板 5:旋轉(zhuǎn)臂履帶 6: 旋轉(zhuǎn)臂驅(qū)動電機(jī) 7:轉(zhuǎn)動桿 8:轉(zhuǎn)動桿驅(qū)動電機(jī)9:傳感器支座 10:傳感器旋轉(zhuǎn)臂 11:傳感器旋轉(zhuǎn)臂驅(qū)動電機(jī) 12:支撐板13:調(diào)距桿14:履帶驅(qū)動電機(jī) 15:
支架 16:扭動桿光電編碼器 17:蝸輪箱 18:心軸 19:齒輪箱 20:從輔助桿 21:從扭動桿 22:小輪支架 23:小輪、24:主輔助桿 25:主扭動桿 26:回
轉(zhuǎn)座 27:諧波減速器 28:轉(zhuǎn)動桿光電編碼器
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖用實施例來對本發(fā)明的具體實施方式
作出進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以使本專業(yè) 的技術(shù)人員在閱讀了本實施例后，能夠進(jìn)一步地理解和掌握本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)特征，近而實 施和推廣應(yīng)用本發(fā)明裝置。
如圖l、圖2和圖3所示，煤礦井下搜救探測機(jī)器人運動裝置，包括左、右兩側(cè)的行走 履帶運動裝置，前、后旋轉(zhuǎn)臂運動裝置和傳感器臂。其中，行走履帶運動裝置包括主雙聯(lián)輪 1、履帶2、從雙聯(lián)輪3、履帶驅(qū)動電機(jī)14及齒輪箱19;包覆在主雙聯(lián)輪1、從雙聯(lián)輪3外側(cè) 的履帶采用雙面同步齒形帶，雙面同步齒形帶的內(nèi)側(cè)皮帶齒起傳動作用，雙面同步齒形帶的 外側(cè)皮帶齒起履帶作用。兩個履帶驅(qū)動電機(jī)分別通過齒輪箱減速后控制左右兩側(cè)的主雙聯(lián)輪 運動，可繞心軸18作360°旋轉(zhuǎn)，并利用同步齒形帶以保證同一側(cè)的主雙聯(lián)輪和從雙聯(lián)論速 度一致，機(jī)器人利用左右兩側(cè)的速度差即可實現(xiàn)轉(zhuǎn)向運動。
旋轉(zhuǎn)臂分為主、從兩個部分，通過連接板4連接在一起，從而實現(xiàn)兩部分的同步起落。 主動部分運動裝置包括小輪23、小輪支架22、主扭動桿25、主輔助桿24、旋轉(zhuǎn)臂履帶5、 旋轉(zhuǎn)臂驅(qū)動電機(jī)6及蝸輪箱17;從動部分包括小輪23、小輪支架22、從扭動桿21和從輔助 桿20，旋轉(zhuǎn)臂履帶5;包覆在雙聯(lián)輪內(nèi)側(cè)和小輪上的旋轉(zhuǎn)臂履帶采用雙面同步齒形帶，兩個 旋轉(zhuǎn)臂驅(qū)動電機(jī)分別通過蝸輪蝸桿減速裝置減速后控制前、后兩端的主扭動桿繞心軸旋轉(zhuǎn)， 并通過小輪及小輪支架帶動前、后旋轉(zhuǎn)臂的起落，從而實現(xiàn)其主要功能l.前方遇到障礙時 可以把前旋轉(zhuǎn)臂翻到障礙物上面，將車身逐漸抬起越過障礙；2.后旋轉(zhuǎn)臂在越過障礙時可旋 到傾斜位置，起支撐作用，避免障礙較高時車身后翻；3.在平坦地面行進(jìn)時，前、后旋轉(zhuǎn)臂 可向上旋到與地面垂直，實現(xiàn)快速運動；4.在松軟地面或?qū)挾容^窄的坑洼溝壑地面行進(jìn)時， 前、后旋轉(zhuǎn)臂可放下，增加車體與地面的接觸面積，以加大摩擦，減少打滑；5、在坡度較大 的傾斜的路面上行進(jìn)時，可以通過旋轉(zhuǎn)前、后旋轉(zhuǎn)臂起到支撐作用，防止傾覆現(xiàn)象的發(fā)生； 另外，采用扭動桿光電編碼器16作為旋轉(zhuǎn)臂位置的反饋元件，在越過障礙時，通過控制系統(tǒng) 實行對旋轉(zhuǎn)臂位置的控制。
傳感器臂包括轉(zhuǎn)動桿7、轉(zhuǎn)動桿驅(qū)動電機(jī)8、傳感器支座9、傳感器旋轉(zhuǎn)臂10、傳感器旋轉(zhuǎn)臂驅(qū)動電機(jī)11、扭動桿光電編碼器16及諧波減速器27。傳感器旋轉(zhuǎn)臂驅(qū)動電機(jī)11通過諧 波減速器27減速后驅(qū)動傳感器旋轉(zhuǎn)臂10作360°旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動桿7在轉(zhuǎn)動桿驅(qū)動電機(jī)8的驅(qū)動 下亦可作360。旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)傳感器在空間的姿態(tài)調(diào)整。扭動桿光電編碼器16作為旋轉(zhuǎn)臂 位置的反饋元件。另外，在傳感器旋轉(zhuǎn)臂上還可以根據(jù)實際使用需求添加感知周圍環(huán)境信息 的其他傳感器裝置，實現(xiàn)對機(jī)器人的有效控制，以增強(qiáng)其適應(yīng)煤礦井下各種復(fù)雜環(huán)境的能力。
權(quán)利要求
1. 一種煤礦井下搜救探測機(jī)器人運動裝置，其含有左、右兩側(cè)的行走履帶運動裝置，前、后旋轉(zhuǎn)臂運動裝置和傳感器旋轉(zhuǎn)臂，其特征在于所述的行走履帶運動裝置，包括主雙聯(lián)輪(1)、履帶(2)、從雙聯(lián)輪(3)、履帶驅(qū)動電機(jī)(14)及齒輪箱(19)，其履帶(2)包覆在主雙聯(lián)輪(1)和從雙聯(lián)輪(3)的外側(cè)，履帶驅(qū)動電機(jī)(14)輸出端連接齒輪箱(19)后帶動主雙聯(lián)輪(1)轉(zhuǎn)動，從雙聯(lián)輪(3)安裝在另一心軸的同一側(cè)，通過履帶(2)的傳動隨主雙聯(lián)輪(1)同步運動；所述的旋轉(zhuǎn)臂運動裝置，由主、從兩部分通過連接板(4)相連構(gòu)成，包括主雙聯(lián)輪(1)、從雙聯(lián)輪(3)、小輪(23)、小輪支架(22)、主扭動桿(25)、主輔助桿(24)、從扭動桿(21)、從輔助桿(20)、旋轉(zhuǎn)臂履帶(5)、旋轉(zhuǎn)臂驅(qū)動電機(jī)(6)及蝸輪箱(17)，旋轉(zhuǎn)臂履帶(5)包覆在雙聯(lián)輪內(nèi)側(cè)和小輪外，傳感器臂固定安裝在車體中央支撐板(12)上，包括轉(zhuǎn)動桿(7)、轉(zhuǎn)動桿驅(qū)動電機(jī)(8)、傳感器支座(9)、傳感器旋轉(zhuǎn)臂(10)、傳感器旋轉(zhuǎn)臂驅(qū)動電機(jī)(11)及諧波減速器(27)；所述的傳感器旋轉(zhuǎn)臂，由驅(qū)動電機(jī)(11)連接諧波減速器(27)減速后驅(qū)動傳感器旋轉(zhuǎn)臂(10)作360°旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動桿(7)在轉(zhuǎn)動桿驅(qū)動電機(jī)(8)的驅(qū)動下亦可作360°旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)傳感器在空間姿態(tài)調(diào)整。
2. 權(quán)利要求1所述的煤礦井下搜救探測機(jī)器人運動裝置，其特征在于履帶(2)和旋轉(zhuǎn)臂 履帶(5)是雙面同步齒形帶。
3. 權(quán)利要求1所述的煤礦井下搜救探測機(jī)器人運動裝置，其特征在于主雙聯(lián)輪(l)和從 雙聯(lián)輪(3)分別安裝在前、后心軸(18)的同一側(cè)，由履帶驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動主雙聯(lián)輪(l)，通過履 帶(2)的傳動實現(xiàn)兩輪的同步運動。
4. 權(quán)利要求1所述的煤礦井下搜救探測機(jī)器人運動裝置，其特征在于旋轉(zhuǎn)臂運動裝置由 主、從兩部分組成，主扭動桿(25)、主輔助桿(24)、從扭動桿(21)、從輔助桿(20)分別聯(lián)接 在心軸(18)的兩端，主扭動桿(25)由旋轉(zhuǎn)臂驅(qū)動電機(jī)(6)驅(qū)動，并通過連接板(4)與從扭動桿 (21)相連，實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)臂主、從兩個部分繞心軸同步轉(zhuǎn)動。
5. 權(quán)利要求1所述的煤礦井下搜救探測機(jī)器人運動裝置，其特征在于調(diào)距桿(13)兩端通 過六角螺母與支架(15)連接，并調(diào)節(jié)主雙聯(lián)輪(l)、從雙聯(lián)輪(3)的相對位置，起到對履帶(2) 的張緊調(diào)節(jié)作用。
6. 權(quán)利要求1所述的煤礦井下搜救探測機(jī)器人運動裝置，其特征在于主扭動桿(25)、主 輔助桿(24)的一端與連接板相連，另一端通過六角螺母固定在小輪支架上，調(diào)整螺母可調(diào)節(jié) 旋轉(zhuǎn)臂履帶的張緊力。
7. 權(quán)利要求1所述的煤礦井下搜救探測機(jī)器人運動裝置，其特征在于傳感器旋轉(zhuǎn)臂(IO) 和轉(zhuǎn)動桿(7)是電機(jī)驅(qū)動作360°旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)傳感器空間姿態(tài)調(diào)整，轉(zhuǎn)動桿光電編碼器(28)是 轉(zhuǎn)動桿位置的反饋元件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種煤礦井下搜救探測機(jī)器人運動裝置。該裝置由左、右兩側(cè)的行走履帶運動裝置，前、后旋轉(zhuǎn)臂運動裝置和傳感器旋轉(zhuǎn)臂及其控制系統(tǒng)構(gòu)成。履帶驅(qū)動電機(jī)控制左右兩側(cè)的主雙聯(lián)輪繞心軸360°旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)臂驅(qū)動電機(jī)控制前后兩端的主扭動桿繞心軸轉(zhuǎn)動，并通過小輪及小輪支架帶動旋轉(zhuǎn)臂的起落，實現(xiàn)前、后旋轉(zhuǎn)臂在豎直平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)；傳感器旋轉(zhuǎn)臂上安裝有傳感器可在傳感器旋轉(zhuǎn)臂驅(qū)動電機(jī)、轉(zhuǎn)動桿驅(qū)動電機(jī)的驅(qū)動下分別繞其軸線作360°旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)傳感器在空間的姿態(tài)調(diào)整。本發(fā)明可在障礙物較多的煤礦井下的特殊環(huán)境中行駛，具有很好的移動能力和可靠性，為環(huán)境探測、避障控制等功能的完成搭建了一個機(jī)動性好、可靠性高的機(jī)械移動平臺。
文檔編號B62D55/26GK101417674SQ200810079879
公開日2009年4月29日 申請日期2008年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月20日
發(fā)明者巍 周, 李元宗, 王園宇, 董志國 申請人:太原理工大學(xué)