狹小空間內履帶行駛裝置的製作方法
2023-09-15 06:10:50 5
專利名稱：狹小空間內履帶行駛裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種狹小空間內履帶裝置，主要用於能通過狹小空間進行廢墟搜救以及狹縫探測。
背景技術：
近年來發生的地震和其他自然災害導致的建築倒塌事件，讓許多無辜的生命終結，而如何能在事故發生後的最短時間內進行有效的救援，已經成為越來越多的學者開始關注的話題，由此越來越多的科研工作者開始研究不同的救援方案。從紐約的9. 11到汶川的5. 12，再到福島地震，從慘重的人員傷亡數據可以看出，事故後的救援工作仍然主要由人來完成，缺乏高效的應對這類緊急災難的救援工具，無法制定及時的救援措施，現在國內猶其缺乏應對這類緊急災難的救援工具。基於此種現狀，研究人員深入研究與之對應的救援工具及手段，從而促成了各種各樣的搜索和救援機器人的誕生。 本裝置基於一種「廢墟搜救機器人」，即一種面向地震災難應用、能夠穿過廢墟縫隙的運動與探測的機器人系統。機器人總體的寬為60，長為68，高度為54，由於該機器人體積較小，可以通過廢墟中較小的縫隙或者管道，到達廢墟的內部進行搜索，利用其攜帶的攝像頭，可以實現水平面內360度觀察，垂直面-20°到45°，在其車體上安裝一些驅動裝置、信息採集裝置，實時傳回搜索信息，使它在操作人員的操控下能夠檢測到廢墟中倖存者的位置並可立即實施輔助救援。經過反覆模擬及現場實驗，發現此類機器人系統研究的一大難題便是由於機器人體積的原因無法順利地在廢墟內部進行搜索，由於廢墟內空間狹小且環境複雜，一般的機器人只能在廢墟外面進行探測，很大程度地限制了機器人的應用範圍，所以探測的效果也不是十分理想。本發明所解決的是探測機器人如何在廢墟內部進行工作的問題，思路是設計採用小尺寸的履帶行駛裝置和雲臺探測裝置以減小行駛裝置的總體尺寸，使裝置可以順利的在狹小空間內進行探測以及與外界進行交互。
發明內容
本發明的目的在於針對搜救過程中大尺寸的機器人無法在廢墟內部開展行動的問題，提供一種狹小空間內的履帶行駛裝置，以使用於廢墟搜救和狹縫探測。為達到上述目的，本發明的構思是將搜索機器人的整體尺寸大幅度降低，僅保留驅動、通信、探測以及支撐，並儘量減小各部分的尺寸。結構上，本裝置分為兩部分驅動部分和雲臺部分。兩部分之間採用一個箱體連接，儘量達到安裝緊湊。—種狹小空間內履帶行駛裝置，包括驅動部分、主箱體部分和雲臺部分，其特徵在於雲臺部分與主箱體部分之間採用螺栓連接，主箱體與驅動部分之間採用剛性固定架連接。根據上述的構思，本發明採用如下技術方案
驅動部分採用履帶裝置作為其行走裝置，直流電機為驅動源，履帶兩側採用擋板作為整個履帶的支撐，擋板內側，兩根齒輪軸分別在擋板兩端並行安裝而由兩端的軸承支撐，用於傳遞轉矩，通過安裝在該兩根齒輪軸上的同步帶輪驅動同步帶運動。將一個小塊金屬板固定在兩塊擋板內側作為支架，在該支架內側安裝一個電機，該電機的輸出軸與一個錐齒固定連接，該錐齒輪與前軸上錐齒輪的一個錐齒嚙合，工作時，所述電機轉動經齒輪嚙合傳遞轉矩，經同步帶輪驅動同步帶平穩運動。考慮到電機的連接導線，在擋板上開出小孔，留作布線使用。雲臺部分採用一個雲臺箱體作為雲臺外殼，保護探測裝置。用冠齒輪實現垂直方向的傳動，冠齒輪通過螺栓與螺母與主箱體進行固定連接，所述雲臺箱體後壁上固定安裝一個步進電機I，該步進電機I輸出軸上固定一個直齒輪與所述冠齒輪哨合，由於雲臺箱體具有一個旋轉的自由度，所以雲臺箱體實現了在水平方向上的360 °的旋轉。雲臺箱體內部安裝一根橫向水平齒輪軸，採用軸端支撐，該齒輪軸與一個半齒輪通過焊接進行固定，齒輪軸上的半齒輪與一個步進電機2上固定的一個直齒輪相嚙合，所述步進電機2固定安裝在雲臺箱體左側內壁上。一個薄壁通管通過一個連接件與齒輪軸進行固定連接，當齒輪軸轉動時，薄壁通管會以齒輪軸的中心線為中心進行轉動，一個攝像頭安裝在薄壁通管內，從而實現攝像頭探測區域的上下調整，其上下調整角度為-20° 45°。步進電機I和步進電機 2分別通過自帶的兩個固定孔以及箱體後端和左端所開的孔用螺栓和螺母與雲臺箱體進行固定。雲臺箱體蓋與雲臺箱體也採用螺栓固定連接，雲臺箱體下方螺母位置處凹下去一定深度，防止箱體蓋固定螺母阻礙雲臺箱體與主箱體的相對運動。連接件是一個在三個方向上都開通孔的小立方體，為實現攝像頭的上下轉動設計一個三軸通孔方塊，三個通孔相貫，直徑各不相同，其中一個通孔布置薄壁通管用以安裝並保護攝像頭，薄壁通管上開出通孔與通孔方塊上的孔對齊，放置齒輪軸，使齒輪軸上的孔與方塊上的對應孔對齊，放置螺栓的通孔，通過螺栓與螺母的固定，從而實現攝像頭管和齒輪軸的固定。箱體部分主箱體是用來固定雲臺上的冠齒輪和兩個履帶裝置的。兩個支撐架通過螺栓螺母與主箱體固定，支撐架與履帶裝置採用螺栓連接。主箱體的另一個用途是安放部分晶片板，從而減少通訊線數量，以減小控制線給履帶車運動帶來的阻力。本發明與現有技術相比較，具有如下實質性特點和顯著優點本發明總體尺寸小，裝卸方便，且運動靈活。並且運用雲臺水平面360度旋轉和垂直方向的旋轉，在通過廢墟縫隙之後可有效的開展搜索工作。
圖I是本發明的一個實施例的結構示意圖。圖2是驅動部分結構示意圖(其中左上角圖a為正視圖，左下角圖b為俯視圖，右圖c為斜視圖)。
圖3為雲臺部分攝像頭沒有轉動的狀態的狀態圖
具體實施例方式本發明的優勢實施例結合
如下
實施例一
參見圖1，本履帶行駛裝置包括驅動部分、主箱體部分和雲臺部分，雲臺部分與主箱體部分之間採用冠齒輪連接，主箱體與驅動部分之間採用剛性固定架連接。實施例二 本實施例與實施例一基本相同，特別之處是
參見圖2，該圖為驅動部分結構示意圖，採用履帶裝置作為其驅動源，履帶兩側採用擋板(9)作為整個履帶的支撐，擋板內側，前軸(13)及後軸分別在擋板兩端並行安裝而由兩端的軸承(14)支撐，用於傳遞轉矩，通過安裝在該兩根齒輪軸(13)上的同步帶輪(11、12)驅動同步帶(6)運動；一個小塊金屬板(8)固定在兩塊擋板(9)內側作為支架，在該支架內側安裝一個電機(16)，該電機(16)的輸出軸與一個錐齒(15)固定連接，該錐齒輪(15)與所述輪軸(13)上的一個錐齒嚙合；工作時，所述電機(16)轉動經齒輪嚙合傳遞力矩，經同步帶(11、12)驅動同步帶(6)平穩運動。考慮到電機的驅動，在擋板上開出小孔，布線使用。參見圖3，該圖為雲臺部分攝像頭沒有轉動的狀態，在該狀態下，本裝置只能在攝像頭的廣角範圍內展開搜索，採用箱體(7)作為雲臺外殼。用冠齒輪(20)實現垂直方向的傳動，冠齒輪(20)通過螺栓(19)與螺母與所述主箱體部分的主箱體(I)進行固定連接， 所述雲臺箱體(7)後壁上固定安裝一個步進電機I (17)，該步進電機(17)的輸出軸上固定一個直齒輪(18)與所述冠齒輪(20)哨合，由於雲臺箱體(7)具有一個旋轉的自由度，所以雲臺箱體(7)實現了在水平方向上的360°的旋轉；雲臺箱體(7)內部安裝一根橫向水平齒輪軸(22)，採用軸端支撐，該齒輪軸(22)與一個半齒輪(21)通過焊接進行固定，齒輪軸(22)上的半齒輪(21)與一個步進電機2 (26)上固定的一個直齒輪相嚙合，所述步進電機2 (26)固定安裝在雲臺箱體(7)左側內壁上。薄壁通管(3)通過一個連接件(23)與齒輪軸
(22)進行固定連接，當齒輪軸轉動時，薄壁通管會以齒輪軸的中心線為中心進行轉動，一個攝像頭安裝在所述薄壁通管(3)內，從而實現攝像頭探測區域的上下調整，其上下調整角度為-20。 45° ;雲臺箱體蓋(4)也採用螺栓與雲臺箱體(7)固定連接，雲臺箱體(7)下方螺母位置處凹下去一定深度，防止箱體蓋固定螺母阻礙雲臺箱體與主箱體(I)的相對運動；所述連接件(23 )為一個三軸通孔方塊，三個通孔相貫，直徑各不相同，其中一個通孔插置薄壁通管(3)用以安裝並保護攝像頭，薄壁通管(3)上開出通孔與通孔方塊上的孔對齊，穿插齒輪軸(22)，使齒輪軸(22)上的孔與三軸通孔方塊上的對應孔對齊，放置螺栓的通孔，通過螺栓與螺母的固定，從而實現攝像頭管和齒輪軸的固定。圖I、圖2和圖3中的標號表示I主箱體，2主箱體蓋，3薄壁通管(即攝像頭管)，4雲臺箱體蓋，5電機固定螺栓，6同步帶，7雲臺箱體，8壓板，9外部支撐架，10軸承，11同步帶前輪，12同步帶後輪，13前軸，14後軸，15錐齒輪，16驅動電機，17步進電機1，18小齒輪，19冠齒輪固定螺母，20冠齒輪，21半齒輪，22半齒輪軸，23連接件，24雲臺箱體蓋固定螺栓，25履帶裝置固定架，26步進電機2。本履帶裝置的操作步驟如下
O 將該裝置通過狹小縫隙放置到廢墟中，或者通過管道中放置在管道中2) 控制啟動雲臺上的步進電機，攝像頭轉動開始拍攝畫面，根據返回到控制面板的畫面，手動選擇前進方向，前進時，兩個履帶同時前進，左轉或者右轉時，一個履帶前進另一個後退，停止時，兩履帶停止前進。3) 在2)的基礎上，控制啟動直流電機驅動履帶，推動該裝置按照手動選擇的方向移動，選擇地勢有利的方向前進。4) 移動一定距離後，重複2) 3)的步驟。
權利要求
1. V 一種狹小空間內履帶行駛裝置，包括驅動部分、主箱體部分和雲臺部分，其特徵在於雲臺部分與主箱體部分之間採用螺栓連接，主箱體與驅動部分之間採用剛性固定架連接。
2.根據權利要求I所述的狹小空間內履帶行駛裝置，其特徵在於，所述的驅動部分是採用履帶裝置作為其驅動源，履帶兩側採用擋板(9)作為整個履帶的支撐，擋板內側，前軸(13)及後軸分別在擋板兩端並行安裝而由兩端的軸承(14)支撐，用於傳遞轉矩，通過安裝在該兩根齒輪軸(13)上的同步帶輪(11、12)驅動同步帶(6)運動；將一個小塊金屬板(8)固定在兩塊擋板(9)內側作為支架，在該支架內側安裝一個電機(16)，該電機(16)的輸出軸與一個錐齒(15)固定連接，該錐齒輪(15)與所述輪軸(13)上的一個錐齒嚙合；工作時，所述電機(16)轉動經齒輪嚙合傳遞力矩，經同步帶(11、12)驅動同步帶(6)平穩運動。
3.根據權利要求I所述的狹小空間內履帶行駛裝置，其特徵在於所述的雲臺部分是採用一個雲臺箱體(7)作為雲臺外殼；用冠齒輪(20)實現垂直方向的傳動，冠齒輪(20)通過螺栓(19)與螺母與所述主箱體部分的主箱體(I)進行固定連接，所述雲臺箱體(7)後壁上固定安裝一個步進電機I (17)，該步進電機(17)的輸出軸上固定一個直齒輪(18)與所述冠齒輪(20)嚙合，由於雲臺箱體(7)具有一個旋轉的自由度，所以雲臺箱體(7)實現了在水平方向上的360°的旋轉；雲臺箱體(7)內部安裝一根橫向水平齒輪軸(22)，採用軸端支撐，該齒輪軸(22)與一個半齒輪(21)通過焊接進行固定，齒輪軸(22)上的半齒輪(21)與一個步進電機2 (26)上固定的一個直齒輪相嚙合，所述步進電機2 (26)固定安裝在雲臺箱體(7 )左側內壁上；薄壁通管(3 )通過一個連接件(23 )與齒輪軸(22 )進行固定連接，當齒輪軸轉動時，薄壁通管會以齒輪軸的中心線為中心進行轉動，一個攝像頭安裝在所述薄壁通管(3)內，從而實現攝像頭探測區域的上下調整，其上下調整角度為-20° 45° ;雲臺箱體蓋(4)也採用螺栓與雲臺箱體(7)固定連接，雲臺箱體(7)下方螺母位置處凹下去一定深度，防止箱體蓋固定螺母阻礙雲臺箱體與主箱體(I)的相對運動；所述連接件(23)為一個三軸通孔方塊，三個通孔相貫，直徑各不相同，其中一個通孔插置薄壁通管(3 )用以安裝並保護攝像頭，薄壁通管(3)上開出通孔與通孔方塊上的孔對齊，穿插齒輪軸(22)，使齒輪軸(22)上的孔與三軸通孔方塊上的對應孔對齊，放置螺栓的通孔，通過螺栓與螺母的固定，從而實現攝像頭管和齒輪軸的固定。
全文摘要
本發明涉及一種狹小空間內的履帶行駛裝置。本裝置包括驅動部分、雲臺部分以及主箱體部分。驅動部分為兩個自帶電機的履帶移動裝置，與主箱體通過支撐架剛性連接。雲臺部分採用冠齒輪及螺栓與主箱體部分連接，雲臺相對於主箱體部分有一個相對旋轉的自由度。使用時先將該裝置置於狹小空間的入口處，通過人為控制履帶行駛驅動電機控制裝置的前進、後退以及轉向。並通過控制界面人為的啟動和控制雲臺的步進電機，調整雲臺相對於主箱體的水平方向和放置攝像頭的薄壁通管的上下位置，採集需要的信息。本發明能夠有效的在狹小空間內移動和完成探測工作，其操作簡單，適於廢墟搜救及管道探測等應用。
文檔編號B62D57/02GK102774442SQ201210176880
公開日2012年11月14日 申請日期2012年6月1日 優先權日2012年6月1日
發明者崔久強, 師熙明, 張震, 趙瑞豐 申請人:上海大學