一種可變形重構的球形救援機器人的製作方法
2023-09-22 08:39:35 1
本發明涉及特種機器人領域，具體是屬於一種可變形重構的救援機器人。
背景技術：
目前，及時有效的災後救援能力已日益得到世界各國的高度重視，越來越多引起人們的關注。城市爆炸恐怖事件引起的核原料洩露、化學輻射和生態汙染，會造成社會恐慌，甚至危害人類健康。地震、火災和水災等自然災害也會造成財產損失和人員傷亡。當突發的災難發生，要對危害源進行定位處理，要對受傷人員和重要物資實施救援，為了使災後的損失降到最小，這種有效的救援行動刻不容緩。然而災後的環境十分複雜，潛藏著煙塵、毒氣、坍塌和爆炸等未知的危險因素，災後現場由於受到破壞而發生變化，其不確定性和複雜性會給救援工作帶來巨大困難，嚴重威脅著搜救隊員的生命安全，阻礙搜救工作的快速展開。因此，使用搜救機器人對災後救援目標實施搜尋和救援，已經成為了當前機器人技術研究的一大熱點問題，在民用、軍用領域都有著廣泛的應用前景。由此可見，發明一種可變形重構的球形救援機器人具有極其重要的意義。
隨著研究的深入和廣泛，小型救援機器人的種類也變得多種多樣。最常見的救援機器人主要分為履帶式救援機器人、輪式機器人和腿式機器人幾種。其中履帶機器人應用最為廣泛，具有越障能力強和對地面壓強小的特點，但是移動速度慢，運動效率不高。輪式救援機器人具有，運動效率高，運動速度快和結構簡單的特點，但是越障能力較弱。腿式救援機器人具有越障能力強特點，但是機械結構設計和控制複雜，可靠性較低和穩定性差。因此，綜合各種構型的救援機器人的優缺點，研究一種運動效率高，具有自我保護能力和越障能力強的可變形重構的球形救援機器人具有重要意義。
與現有的公開的救援機器人技術不同，本專利發明的這種可變形重構的球形救援機器人，在球形態下具有良好的自我保護能力，同時具有變形能力，可以從球形態變換成雙輪形態，兩個機器人又可以從雙輪形態對接重構成一個多輪形態的機器人；本專利專門設計了帶有雙齒條的球輪互變機構和對接重構機構，這兩個機構垂直布置，互不幹涉，結構設計簡單，靈活可靠。
技術實現要素：
本發明旨在解決以上現有技術的問題。提出了一種可變形重構的球形救援機器人。本發明的技術方案如下：
一種可變形重構的球形救援機器人，包括左半球殼和右半球殼，所述左半球殼和右半球殼可分離的對接在一起，其還包括球輪互變機構、對接重構機構和重心調整機構；所述球形救援機器人通過球輪互變機構、對接重構機構和重心調整機構的協調配合形成三種可變形態，即球形態、雙輪形態和多輪形態，其中所述球輪互變機構用於球形態和雙輪形態之前的切換，所述對接重構機構用於雙輪形態和多輪形態之間的切換，重心調整機構可通過調整球形態的重心來改變機器人姿態。
進一步的，所述球輪互變機構包括變形電機、左變形齒條和右變形齒條，左變形齒條的左端作為左半球殼的轉動軸，右變形齒條的右端作為右半球殼的轉動軸，右半球殼電機固定在右變形齒條上驅動右半球殼轉動，左半球殼電機固定在左變形齒條上驅動左半球殼轉動；左變形齒條和右變形齒條安裝在橫向支架內，在變形電機的驅動下可以沿相反方向左右同步伸出和收回，實現機器人的球形態和雙輪形態之間的互相變換。
進一步的，所述對接重構機構包括對接電機、前對接齒條、後對接齒條、縱向支架、復位彈簧、滑杆、對接手環和對接手爪；其中前對接齒條和後對接齒條安裝在縱向支架內，前對接齒條和後對接齒條在對接電機驅動下沿相反方向前/後同步伸出和收回，對接手環固定在後對接齒條上，對接手爪固定在前對接齒條中；復位彈簧一端與前對接齒條連接，另一端與滑杆連接，在對接電機驅動下，滑杆和復位彈簧隨同前對接齒條一同伸出，當滑杆行程到達受限位置時便不再滑動，前對接齒條繼續伸出，開始壓縮復位彈簧，這時對接手爪與前對接齒條存在相對滑動而迫使對接手爪閉合；當對接電機反轉收回前對接齒條時，對接手爪先張開，然後隨同前對接齒條一起收回。
進一步的，所述橫向支架和縱向支架相互垂直布置。
進一步的，所述重心調整機構包括重擺和重擺電機，其中重擺套在縱向支架外部，重擺電機固定在縱向支架下面，重擺電機驅動重擺繞縱向支架轉動。
進一步的，所述重擺和重擺電機均為兩個，對稱的分布在左半球殼和右半球殼內。
進一步的，所述重擺的剖面形狀為下部扇形，上部長方形。
進一步的，所述左變形齒條和右變形齒條中心對稱布置，並且可以相對滑動，所述所述左變形齒條和右變形齒條的下部均有一個長方形凹槽。
進一步的，當右半球殼電機和左半球殼電機同速轉動時，機器人可在球形態、雙輪形態和多輪形態下實現向前和向後直線運動；當右半球殼電機和左半球殼電機差速轉動時，機器人可在雙輪形態和多輪形態下實現向左和向右轉彎運動；機器人的重擺電機驅動重擺繞縱向支架轉動時，機器人可以在球形態下實現向左和向右直線運動。
本發明的優點及有益效果如下：
本發明設計了一種運動靈活，自我保護性好的可變形重構的球形救援機器人。該新型機器人具有多種形態，能夠適應災後現場的複雜地形；在球形態下，機器人的重要元件被球殼保護，不受災後的粉塵和毒氣影響，具有良好的自我保護能力；機器人可以變換成在雙輪形態，在雙輪形態下，機器人可以伸出對接手環和對接手爪，兩個機器人可以對接重構成多輪形態，具有更強的越障能力和運動穩定性。可將該種機器人作為災後救援設備，搭載傳感器和救援物資，在危險環境中執行偵察、搜尋和救援任務。
根據任務要求和災後現場環境，機器人可進行球形態、雙輪形態和多輪形態之間的相互變換；在每種形態下機器人都可以靈活運動；機器人的球輪互變機構和對接重構機構都帶有雙齒條，單個機構僅需一個電機就可以同步驅動兩個齒條，變形過程和對接過程可保證對稱平衡；球輪互變機構的縱向支架與對接重構機構的橫向支架垂直布置，運動過程中互不影響。總之，所設計的可變形重構的球形救援機器人，具有自保護性好、運動靈活和災後地形適應性強的優勢。
附圖說明
圖1是本發明提供優選實施例機器人外觀示意圖
圖2為本發明的機器人裝配示意圖
圖3為本發明的機器人內部結構俯視圖
圖4為本發明的機器人內部結構仰視圖
圖5為本發明的機器人內部結構後視圖
圖6為本發明的機器人縱向支架內部結構示意圖
圖7為本發明的機器人橫向支架內部結構示意圖
圖中標號：1：右半球殼，2：右半球殼電機，3：橫向支架，4：對接手爪，5：縱向支架，6：重擺，7：重擺電機，8：左半球殼電機，9：左變形齒條，10：對接手環，11：變形電機，12：右變形齒條，13：前對接齒條，14：後對接齒條，15：對接電機，16：復位彈簧，17：左半球殼，18：滑杆。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、詳細地描述。所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例。
本發明的技術方案如下：
圖1為發明的機器人外觀示意圖：從圖中可以看到右球殼1和左半球殼12，對接在一起，可以很好的保護機器人內部元件，免受災後環境中的粉塵和有害氣體腐蝕。
圖2為本發明的機器人裝配示意圖，圖3為本發明的機器人內部結構俯視圖，圖4為本發明的機器人內部結構仰視圖，圖5為本發明的機器人內部結構仰視圖：圖中右半球殼電機2可驅動右半球殼1轉動，左半球殼電機8可驅動左半球殼17轉動；右半球殼電機2與右變形齒條12固定，左半球殼電機8與左變形齒條9固定，右變形齒條12和左變形齒條9安裝在橫向支架3內；變形電機11固定在橫向支架3上面，可驅動右變形齒條12和左變形齒條9同時在橫向支架3內滑動；對接手爪4與前對接齒條13固定，對接手環10與後對接齒條14固定，前對接齒條13和後對接齒條14安裝在縱向支架5內；對接電機15固定在縱向支架5下面，可驅動前對接齒條13和後對接齒條14同時在縱向支架5內滑動；重擺6套在縱向支架5外部，重擺電機7固定在縱向支架5下面，可以驅動重擺6繞縱向支架5轉動；橫向支架3和縱向支架5相互垂直布置。
圖6為本發明的機器人縱向支架內部結構示意圖，圖中圖7為本發明的機器人橫向支架內部結構示意圖：圖中復位彈簧16和滑杆18安裝在前對接齒條13和後對接齒條14中間，復位彈簧16一端與滑杆18連接，另一端與前對接齒條13連接；左變形齒條9和右變形齒條12中心對稱布置，並且可以相對滑動，下部被切除一個矩形，避免與對接重構機構幹涉。
機器人球輪互變形機構運動過程：在變形電機11驅動下，右變形齒條12和左變形齒條9同時在橫向支架3內滑動；當滑動伸出時，右半球殼1和左半球殼17分開，機器人變成雙輪形態；當滑動收回時，右半球殼1和左半球殼17對接閉合，機器人變成球形態。
機器人對接重構機構運動過程：在對接電機15驅動下，前對接齒條13和後對接齒條14同時在縱向支架5內滑動；當滑動伸出時，對接手環10隨同後對接齒條14一同向後伸出，滑杆18和復位彈簧16隨同前對接齒條一同伸出，當滑杆18行程受限時便不再滑動，但前對接齒條13繼續伸出，開始壓縮復位彈簧16，這時滑杆18與前對接齒條13存在相對滑動而迫使對接手爪4閉合，抓住另一個機器人對接手環10，機器人變成多輪形態；當對接電機反轉時，對接手爪4先張開，然後隨同前對接齒條13一起收回，機器人變成雙輪形態。
機器人的地面靈活運動過程：機器人的右半球殼電機2可驅動右半球殼1轉動，左半球殼電機8可驅動左半球殼17轉動，當右半球殼電機2和左半球殼電機8同速轉動時，機器人可在球形態、雙輪形態和多輪形態下實現向前和向後直線運動；當右半球殼電機2和左半球殼電機8差速轉動時，機器人可在雙輪形態和多輪形態下實現向左和向右轉彎運動；機器人的重擺電機7驅動重擺6繞縱向支架5轉動時，機器人可以在球形態下實現向左和向右直線運動。
綜上所述：所發明的一種可變形重構的球形救援機器人，其突出特點是通過變形機構和對接重構機構可以實現球形態、雙輪形態和多輪形態之間的相互變換，且在每種形態下都可以靈活運動；球形態下機器人電子元件全部封裝在球殼內，具有良好的自我保護能力，在救援現場可以有效防止粉塵和有害氣體的侵蝕；兩個機器人在雙輪形態下可以對接重構成一個多輪形態的機器人，使其驅動力和穩定性得到提高，增強了球形機器人在救援現場的越障能力和對不同地形的適應能力；機器人可以作為移動平臺，搭載各種偵查和探測傳感器進入到災後現場。總之，所設計的可變形重構的球形救援機器人，在自我保護能力，運動靈活性和地形適應性等方面都有很大優勢，適合輔助人類執行有危險的救援任務。
以上這些實施例應理解為僅用於說明本發明而不用於限制本發明的保護範圍。在閱讀了本發明的記載的內容之後，技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等效變化和修飾同樣落入本發明權利要求所限定的範圍。