專利名稱：廢墟狹縫搜救機器人頭部拉進機構的制作方法
技術領域：
本發明涉及搜救機器人技術，特別是一種廢墟狹縫搜救機器人頭部拉進機構。
背景技術：
最近幾年世界各地地震不斷，地震災難發生后，在廢墟中搜尋幸存者，給予必要的醫療救助，并盡快救出被困者是救援人員面臨的緊迫任務。實際經驗表明，超過48小時后被困在廢墟中的幸存者存活的概率變得越來越低。由于災難現場情況復雜，在救援人員自身安全得不到保證的情況下是很難進入現場開展救援工作的，此外，廢墟中形成的狹小空間使搜救人員甚至搜救犬也無法進入。災難搜救機器人可以很好地解決上述問題。機器人可以在災難發生后第一時間進入災難現場尋找幸存者，對被困人員提供基本的醫療救助服務，進入救援人員無法進入的現場搜集有關信息并反饋給救援指揮中心等。近年來，為了滿足救援工作的需要，國內外很多研究機構開展了大量的研究工作，可在災難現場廢墟中狹小空間內搜尋的各類機器人如履帶式機器人、蛇形機器人等相繼被開發出來。履帶式機器人能夠在粗糙不平的地面上進行運動并可以越過障礙，同時具有穩定性，攀爬能力強的優勢。但這種機器人通常體積較大，因而在室外有更大的用武之地，若要進入倒塌的建筑物環境中是比較困難的。對于蛇形爬行機器人，它能夠滿足在災難環境中運行對體型的要求，其狹長的體型完全可以進入狹小空間進行工作，同時其在結構上往往采用的是冗余的串聯結構，增加了其對環境的適應能力，運動的穩定性以及越障能力。但其控制和驅動的復雜性往往限制在搜救方面的應用。綜合考慮了現有的各種搜救機器人的優缺點，發現一種易操作的、結構簡單的廢墟狹縫搜救機器人的研究會具有廣泛的應用。這種廢墟搜救機器人為通過一套操控裝置將一根管狀柔性的機器人本體自動地送進廢墟狹縫中完成搜救任務的機器人系統。由于廢墟狹縫中的空間狹小且環境復雜，搜救機器人本體在狹小空間的送進問題是整個機器人系統研發的一大難題。本研究正是面向能使柔性機器人本體進入廢墟狹縫的自動送進機構，它在柔性體之上且可沿本體前后移動，當柔性本體“卡死”時，置于本體頭部的拉進機構要對本體實現“拉進”。所以，頭部拉進機構是整個搜救機器人的關鍵，重量輕、體積小、拉進功能好且工作穩定、效率高的拉緊機構決定了搜救機器人具有良好的運動穩定性和高效的搜救能力。

發明內容
本發明的目的在于提出一種針對已有技術存在的缺陷，提供一種廢墟狹縫搜救機器人頭部拉進機構，當搜救機器人的柔性本體在廢墟中“卡死”時，拉進機構能夠主動、迅速地找到支點，將柔性本體向前拉進。為達到上述發明目的，本發明采用下述技術方案
一種廢墟狹縫搜救機器人頭部拉進機構，包括可在柔性體上運動的基座和可主動伸展、收縮的支撐腿。基座是由兩個對稱體組成，每一半上的構成相同，由螺釘連接成一體，中間夾著柔性體。基座通過一對摩擦輪在柔性體上的摩擦而運動，其特征在于電機驅動后，經過一對錐齒輪的哨合傳動,帶動中間軸的轉動,從而帶動摩擦輪的轉動,這樣,通過一對摩擦輪對柔性體的擠壓摩擦,基座在柔性體上運動。支撐腿有被動腿和主動腿,通過輪系和曲柄滑塊機構的組合，輪系由太陽輪和兩個行星輪組成，曲柄滑塊機構由滑塊、支撐腿和轉臂組成。支撐腿可適時、主動的收攏和展開，并維持收攏或展開狀態，其特征在于當基體沿著柔性體向前運動時，支撐腿收攏，并維持這一狀態；當電機反轉，基體要沿著柔性體向后運動時，支撐腿展開，并維持這一狀態。拉進機構對柔性體向前拉進的功能在支撐腿展開后可直接實現，其特征在于運動過程中，當展開的支撐腿后的擋板碰到障礙物并阻止其繼續向后運動時 ，摩擦輪和柔性體間的摩擦力就會迫使柔性體向前運動。所述的輪系和曲柄滑塊機構的組合結構是輪系由兩個行星輪和一個太陽輪組成，兩個行星輪通過轉臂的連接可繞著太陽輪旋轉，太陽輪通過鍵和中間軸固定連接，轉臂同兩個行星輪及中間軸之間的連接均可轉動，則中間軸轉向不同時，兩個行星輪繞太陽輪旋轉的方向也不同。左邊的行星輪再和滑塊連接，連接處可自由轉動，主動支撐腿再穿過滑塊，滑塊可沿著支撐腿滑動，則行星輪繞著太陽輪轉動時就會帶著滑塊同時沿著支撐腿滑動。當轉臂的左臂水平時，支撐腿靠在基座上，此時滑塊不再運動，支撐腿收攏，行星輪繼續空轉，支撐腿維持收攏狀態；當轉臂的右臂水平時，右臂被基座上的彈性擋銷擋住，此時滑塊不再運動，支撐腿展開，行星輪繼續空轉，支撐腿維持展開狀態。所述的支撐腿有兩對，每對都包括一個主動腿和一個被動腿，被動腿通過一個轉軸和主動腿相連，每對腿都能實現同方向的、相對靜止的運動。轉軸和支撐腿之間通過連接臂實現聯動。所述的后擋板有兩個，每個都通過連接板和一對支撐腿相連，形狀如同半個碗，側面有一定的傾斜角，增加接觸面積，增大支撐腿展開后找到障礙物支點的可能性。所述的保護罩的結構由兩半頭部呈錐形，傾斜角同基座相同，尾部呈圓形的薄壁結構組成，在支撐腿展開時經過的位置開有一定大小的窄縫。本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優點
I.拉進機構的整體尺寸很小，可以在廢墟狹縫中運動，支撐腿展開后的范圍尺寸很大，可以盡可能地找到支撐點。2.行星輪和曲柄滑塊機構的組合很好地實現了支撐腿的主動收攏和展開，并穩定地維持在所需的工作位置。3.被動支撐腿的引入不僅充分利用了現有的空間，還使支撐腿及后擋板的展開更加的合理、穩定。4.本發明結構簡單、緊湊，易于加工制造，制造成本低，實用價值高，利于推廣。


圖I是本發明實施例一廢墟狹縫搜救機器人頭部拉進機構結構主視縱剖視圖。圖2是圖I的俯視圖，圖3是圖I的右視圖，圖4是圖I的左視圖。圖5是本發明實施例二廢墟狹縫搜救機器人頭部拉進機構支撐腿展開后示意圖。圖6是本發明實施例四廢墟狹縫搜救機器人頭部拉進機構后擋板示意圖。圖7是本發明實施例五廢墟狹縫搜救機器人頭部拉進機構保護罩示意圖。
具體實施例方式結合附圖，對本發明的優選實施例詳述如下
實施例一
參見圖I-圖5，一種廢墟狹縫搜救機器人頭部拉進機構，包括可在柔性體上運動的基座和可主動伸展、收縮的支撐腿。在本實例中，基座2是由兩個對稱體組成，每一半上的構成相同，由螺釘17連接成一體，中間夾著柔性體I。基座2通過一對摩擦輪5在柔性體上的摩擦而運動，電機8驅動后，經過一對錐齒輪7的嚙合傳動，帶動中間軸6的轉動，從而帶動摩擦輪5的轉動，這樣，通過一對摩擦輪5對柔性體I的擠壓摩擦，基座2在柔性體I上運動。輪系和曲柄滑塊機構的組合使用，可實現支撐腿9、13的主動伸展、收縮。輪系由太陽輪10和兩個行星輪11、12組成，曲柄滑塊機構由滑塊15、支撐腿9、13和轉臂16組成。支撐腿可適時、主動的收攏和展開，并維持收攏或展開狀態。當基體2沿著柔性體向前運動時，支撐腿收攏，并維持這一狀態；當電機8反轉，基體2要沿著柔性體I向后運動時，支撐腿9、13展開，并維持這一狀態。拉進機構對柔性體I向前拉進的功能在支撐腿9、13展開 后可直接實現，在運動過程中，當展開的支撐腿9、13后的擋板14碰到障礙物并阻止其繼續向后運動時，摩擦輪5和柔性體I間的摩擦力就會迫使柔性體I向前運動。當搜救機器人在運動過程中“卡死”時，這種拉進機構的工作可以很好地幫助搜救機器人順利地度過此階段，進一步保證了機器人整體運動的高效、穩定。實施例二
本實施例與實施例一的技術方案基本相同，不同之處在于
參見圖5，在本實施例中，輪系和曲柄滑塊機構的組合結構是輪系由兩個行星輪11、12和一個太陽輪10組成，兩個行星輪11、12通過轉臂16的連接可繞著太陽輪10旋轉，太陽輪10通過鍵和中間軸6固定連接，所述轉臂16同兩個行星輪11、12及中間軸6之間的連接均可轉動，中間軸6轉向不同時，兩個行星輪11、12繞太陽輪10旋轉的方向也不同。曲柄滑塊機構的組成是左邊的行星輪11再和滑塊15連接，連接處可自由轉動，主動支撐腿13再穿過滑塊15。滑塊15可沿著主動支撐腿13滑動，行星輪11繞著太陽輪10轉動時就會帶著滑塊15同時沿著主動支撐腿13滑動。當轉臂16的左臂水平時，支撐腿13靠在基座2上，此時滑塊15不再運動，支撐腿9、13收攏，行星輪11、12繼續空轉，支撐腿9、13維持收攏狀態；當轉臂16的右臂水平時，右臂被基座2上的彈性圓柱銷18擋住，此時滑塊15不再運動，支撐腿9、13展開，行星輪11、12繼續空轉，支撐腿9、13維持展開狀態。輪系和曲柄滑塊機構的組合使用，一方面，充分發揮了電機8的功效，電機8不僅驅動摩擦輪5，使基座2在柔性體I上運動,還能通過輪系和曲柄滑塊機構驅動支撐腿9、13的收攏和展開，實現了支撐腿9、13的主動運動；另一方面，將支撐腿9、13很好地布置在基座2上，使個頭部拉進機構整體結構更加緊湊，減小了整體的尺寸，這樣，搜救機器人就能夠在廢墟中運動迅速、自如。實施例三
本實施例與實施例一和實施例二的技術方案基本相同，不同之處在于
在本實施例中，支撐腿有兩對，每對都包括一個主動腿13和一個被動腿9，被動腿9通過一個轉軸3和主動腿13相連，每對腿都能實現同方向的、相對靜止的運動。轉軸3和支撐腿9、13之間通過連接臂4實現聯動。主動腿13和被動腿9的聯合使用，充分利用了基座2上的有限空間，另外，每對腿的聯動可以使它們和后擋板14的連接更穩定，當后擋板14碰到障礙物時，可以對腿部的受力起到平衡的作用。實施例四
本實施例與前述實施例的技術方案基本相同，不同之處在于
參見圖5和圖6，在本實施例中，后擋板14有兩個，其形狀如同半個碗，側面有一定的傾斜角，每個后擋板14的底面都通過連接板19和一對支撐腿9、13相連，傾斜的側面增加了后擋板14和障礙物的接觸面積，增大了支撐腿9、13展開后整個拉進機構找到障礙物作為支點的可能性，快速地使搜救機器人度過柔性體I被“卡死”的狀態。 實施例五
本實施例與前述實施例的技術方案基本相同，不同之處在于
參見圖I和圖7，在本實施例中，保護罩20由兩半頭部呈錐形，傾斜角同基座2相同，尾部呈圓形的薄壁結構組成，在支撐腿9、13展開時經過的位置開有一定大小的窄縫，以保證支撐腿9、13的正常收攏和展開。保護罩20使整個拉進機構和外界環境隔開，使廢墟中的塵土和雜物不能輕易進入拉進機構內部，對拉進機構的傳動部分起到了很好的保護作用。另一方面，保護罩20還減小了拉進機構在運動過程中的阻力，使其能夠更順暢地在廢墟中運動。上面結合附圖對本發明實施例進行了說明，但本發明不限于上述實施例，還可以根據本發明的發明創造的目的做出多種變化，凡依據本發明技術方案的精神實質和原理下做的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，只要符合本發明的發明目的，只要不背離本發明的技術原理和發明構思，都屬于本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種廢墟狹縫搜救機器人頭部拉進機構，包括可在柔性體上運動的基座和可主動伸展、收縮的支撐腿，其特征在于所述基座(2)是由兩半對稱體組成，每一半上的構成相同，由螺釘(17)連接成一體，中間夾著柔性體(I);基座(2)通過一對摩擦輪(5)在柔性體上的摩擦而運動一個電機(8)經一對錐齒輪(7)的嚙合傳動一根中間軸(6)，中間軸(6)上固定安裝摩擦輪(5 )，這樣，通過一對摩擦輪(5 )對柔性體(I)的擠壓摩擦，基座(2 )在柔性體(1)上運動；所述的可主動伸展、收縮的支撐腿，是一個輪系和曲柄滑塊機構的組合機構，由所述電機(8)驅動該輪系和曲柄滑塊機構的組合機構中的支撐腿(9)，實現支撐腿的主動伸展、收縮運動。
2.根據權利要求I所述的廢墟狹縫搜救機器人頭部拉進機構，其特征在于所述的輪系和曲柄滑塊機構的組合機構是一個輪系由兩個行星輪(11、12)和一個太陽輪(10)嚙合構成，兩個行星輪(11、12)通過轉臂(16)的連接繞著太陽輪(10)旋轉，所述太陽輪(10)通過鍵和所述中間軸(6)固定連接，所述轉臂(16)同兩個行星輪(11、12)及中間軸(6)之間的連接均為轉動連接，所述中間軸(6 )轉向不同時，兩個行星輪(11、12 )繞太陽輪(IO )旋轉的方向也不同；一個曲柄滑塊機構是所述兩個行星輪中的左邊行星輪(11)與一個滑塊(15)轉動連接，一個主動支撐腿(13)滑配穿過滑塊(15);所述左邊行星輪(11)繞著太陽輪(10)轉動時就會帶著滑塊(15)同時沿著主動支撐腿(13)滑動，當所述轉臂(16)的左臂水平時，主動支撐腿(13)靠在基座(2)上，此時滑塊(15)不再運動，主動支撐腿(13)收攏，所述行星輪(11、12)繼續空轉，主動支撐腿(13)維持收攏狀態；當所述轉臂(16)的右臂水平時，右臂被基座(2)上安裝的一個彈性圓柱銷(18)擋住，此時所述滑塊(15)不再運動，主動支撐腿(13)展開，所述行星輪(11、12)繼續空轉，主動支撐腿(13)維持展開狀態。
3.根據權利要求2所述的廢墟狹縫搜救機器人頭部拉進機構，其特征在于所述的支撐腿有兩對，每對都包括一個主動支撐腿(13)和一個被動支撐腿(9 )，所述被動支撐腿(9 )通過一個轉軸(3)和主動支撐腿(13)固定相連，所述的每對腿都能實現同方向的、相對靜止的運動；所述轉軸(3)與主動和被動支撐腿(9、13)之間通過連接臂(4)固定連接而實現聯動。
4.根據權利要求3所述的廢墟狹縫搜救機器人頭部拉進機構，其特征在于所述一對主動和被動支撐腿(9、13)分別與兩個后擋板(14)通過兩個連接板(19)相連。
5.根據權利要求4所述的廢墟狹縫搜救機器人頭部拉進機構，其特征在于所述基座(2)外圍有一個保護罩(20):由兩半頭部呈錐形、尾部呈圓形殼體的薄壁結構組成，所述保護罩(20)頭部錐形的傾斜角同基座(2)相同，在支撐腿(9、13)展開時經過的位置開有相應大小的窄縫，以保證支撐腿(9、13)的正常收攏和展開。
全文摘要
本發明公開了一種廢墟狹縫搜救機器人頭部拉進機構，它包括基座和可主動伸展、收縮的支撐腿。基座通過一對摩擦輪在柔性體上的摩擦而實現運動。支撐腿通過輪系和曲柄滑塊機構的組合使用，可適時、主動的收攏和展開，并穩定地維持在所需的工作位置。本發明結構簡單、緊湊，支撐腿主動、穩定的運動，進一步保證了廢墟搜救機器人整體運動的高效、穩定。
文檔編號B62D57/02GK102862617SQ201210346740
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月19日 優先權日2012年7月2日
發明者章亞男, 葛磐, 沈林勇, 司文 申請人:上海大學