自適應地面應急救援輔助機器人的製作方法

2023-06-07 12:16:41 1

專利名稱：自適應地面應急救援輔助機器人的製作方法
技術領域：
本發明涉及一定應急救援機器人，尤其是一種具有越障功能、可自適應地面狀況，並且可以實現全程自主搜救的新型生命應急救援探測機器人。
背景技術：
近些年來，自然災害、突發意外等頻繁發生，如何在災難發生後的第一時間準確營救傷員，如何避免二次災害，如何保證救援人員的人身安全，這些都是目前我們必須解決的問題。現有的應急救援輔助機器人主要存在的問題有
1、探測精度不足，無法快速定位受災人員的問題。2、自適應地面性具有局限性，跨越障礙能力不足的問題。3、操作維修複雜等難題。

發明內容
本發明是要提供一種自適應地面應急救援輔助機器人，用於解決現有救援機器人無法自動快速定位、自適應路面局限的技術問題，從而有效地進行狹小廢墟縫隙中的救援工作，保障救援人員的安全，該機器人具有生命探測，自適應路面、自動避障，越障，快速成像，定位，運送物資等多種功能。為實現上述目的，本發明的技術方案是一種自適應地面應急救援輔助機器人，由前車廂模塊、後車廂模塊、連接模塊、機械臂模塊、攝像模塊、電機模塊和控制模塊組成，前車廂模塊與後車廂模塊之間通過連接模塊相連接，實現相對運動；前車廂模塊上面裝有控制模塊和攝像模塊，後車廂模塊上面裝有機械臂模塊，前車廂模塊和後車廂模塊均帶有懸掛履帶移動機構及電機模塊；控制模塊分別連接機械臂模塊、攝像模塊和電機模塊，用於控制機械臂模塊、攝像模塊和電機模塊工作。前車廂模塊主要由三角履帶、主動輪、內帶輪、外帶輪、前車廂箱蓋和前車廂車體組成，前車廂車體兩側裝有主動輪，內帶輪和外帶輪，且內帶輪與外帶輪之間錯位排列安裝，主動輪連接電機模塊，並通過三角履帶連接內帶輪和外帶輪，構成懸掛履帶移動機構。後車廂模塊主要由後車廂履帶、主動輪、內帶輪、外帶輪、後車廂車體和後車廂箱蓋組成，後車廂車體兩側裝有主動輪，內帶輪和外帶輪，且內帶輪與外帶輪之間錯位排列安裝，主動輪連接電機模塊，通過車廂履帶連接內帶輪與外帶輪，構成懸掛履帶移動機構。連接模塊主要由連接件一，二與內六角螺栓組成。連接件一連接前車廂車體，連接件二連接後車廂車體.連接件一與連接件二之間通過內六角螺栓相連接，從而實現前車廂與後車廂的相對運動。控制模塊包括驅動模塊、探測模塊、壁障模塊和定位模塊，其中
驅動模塊包含蓄電池，蓄電池帶動電機正轉、反轉，實現救援輔助機器人的前進、後退、轉彎；
壁障模塊包含紅外傳感器，當紅外傳感器探測到障礙物時，向控制模塊反饋信號，經過控制模塊的CPU處理分析後，輸出控制信號給救援輔助機器人，使救援輔助機器人後退或者轉彎避開障礙物；
探測模塊包含用於自動探測到生命的自適應雷達紅外探測器；定位模塊包含全球衛星定位系統模塊。本發明的有益效果是本發明主要用於災後現場，由於救援人員無法立即進入受災現場進行搜救。該機器人實現災害現在自動搜救、快速定位等功能。由探測模塊探測受困人員所處位置，並通過定位模塊將探測到的信息發送給救援人員。本發明與其他機器人相比，本發明的自適應應急救援輔助機器人具有強的越障能力和路面自適應能力、快速的生命探測能力、準確的信號定位能力、獨特的車體設計方案四大優點。與國內外各相關方面機器人相比，由於其獨特的車體、履帶設計，極大的提高了機器人的機械能力。可在軍事、民用和科學研究中得到廣泛應用，包括航天、海洋、軍事、建築、農林、商業服務和災害救護等。


圖1是本發明的結構立體示意圖；圖2是前車廂模塊立體圖3是後車廂模塊立體圖；圖4是連接件模塊立體圖；圖5是前車廂車體底盤立體示意圖；圖6是後車廂車體底盤立體示意圖；圖7是懸掛裝置立體圖。
具體實施例方式下面結合附圖與實例對本發明作進一步說明。如圖1所示，本發明的自適應地面救援輔助機器人機構，主要由前車廂模塊1、後車廂模塊2、連接模塊3、機械臂模塊7、攝像模塊8、電機模塊9、控制模塊10組成。其中前車廂模塊1與後車廂模塊2通過連接模塊3相連接實現相對運動。控制模塊10控制機械臂模塊7、攝像模塊8、電機模塊9實現救援輔助機器人的具體工作。如圖2所示，前車廂模塊1主要由三角履帶5、電機模塊9、前車廂箱蓋11、主動輪6-1、內帶輪6-2、外帶輪6-3、前車廂車體15組成。前車廂車體15兩側裝有主動輪6_1，內帶輪6-2和外帶輪6-3，且內帶輪6-2與外帶輪6-3之間錯位排列安裝，主動輪6_1連接電機模塊9，通過三角履帶5帶動內帶輪6-2與外帶輪6-3，從而實現三角履帶5的運轉。內帶輪6-2與外帶輪6-3採用錯位安裝方法，從而確保三角履帶的定位性，避免履帶脫落。如圖3所示，後車廂模塊2主要有後車廂履帶4、電機模塊9、主動輪6-1、內帶輪6-2、外帶輪6-3、後車廂車體16、後車廂箱蓋17組成。後車廂車體16兩側裝有主動輪6_1，內帶輪6-2和外帶輪6-3，且內帶輪6-2與外帶輪6-3之間錯位排列安裝，主動輪6_1連接電機模塊9，通過車廂履帶4帶動內帶輪6-2與外帶輪6-3，從而實現前車廂履帶4的運轉。內帶輪6-2與外帶輪6-3採用錯位安裝方法，從而確保車廂履帶4的定位性，避免履帶脫落。
如圖4所示，連接模塊3主要由連接件一，二 19、20與內六角螺栓21組成。連接件一 19連接前車廂車體15，連接件二 20連接後車廂車體16。兩連接件通過內六角螺栓21相連接，從而實現前車廂與後車廂的相對運動。如圖5，6所示，前車廂車體15底盤與後車廂車體16底盤兩測均有凹槽，用於裝配懸掛(圖7)。懸掛裝置另一側分別交錯安裝內帶輪6-2與外帶輪6-3，從而實現壁障緩衝功能。機械臂模塊7、攝像模塊8分別通過控制模塊10進行控制，實現其各自的功能。本發明的自適應地面應急救援輔助機器人分為結構模塊和控制模塊，結構模塊分為兩廂式車體和三角履帶。控制模塊包括驅動模塊、探測模塊、壁障模塊和定位模塊。自適應地面應急救援輔助機器人採用履帶的方式移動，較比於足式、輪式等其他移動方式，履帶具有較大的優勢，其具有速度快、越障強、運行穩定、能夠適應各種地形等特點ο控制模塊因為考慮到結構空間的因素選用單片機進行控制。通過單片機對電機輸入相應的控制信號對電機速度進行控制。驅動模塊採用蓄電池提供主動力，其具有電壓穩定、成本低等特點，蓄電池帶動電機正轉、反轉，實現救援輔助機器人的前進、後退、轉彎等功能。壁障模塊採用紅外傳感器，當紅外傳感器探測到障礙物時，向主板反饋信息，經過CPU的處理分析實現車體的後退或者轉彎從而避開障礙物。生命探測模塊採用自適應雷達紅外探測器。當生命跡象在救援輔助機器人10米範圍內時，生命探測機器人會通探測器自動探測到生命的存在。定位模塊採用似全球衛星定位系統(GPS)模塊。當確定探測到的目標為生命體時，自動向救援人員發送具體定位數據。底盤設計為一種分體式的結構。相比於原有的四驅一體式的底盤結構，現有的底盤增加了一個方向上的自由度，根據相應的地形可以轉動。應急救援輔助機器人採用了履帶式的移動方式。選用這種移動方式是考慮到了地震或者災難現場地形複雜，輪式的移動方式會導致爬坡能力差，難以越過坑坑窪窪的地形。而足行的移動方式則可能導致移動速度緩慢的缺點。分體式的車體前半部和後半部通過鉸鏈相互連接。前後車廂的相對轉動範圍為零度到九十度。同時，保證後車廂履帶與前車廂履帶帶輪保持在同一個平面內，從而確保在平直路面運行的順暢性。履帶帶輪各採用懸掛系統，實現帶輪與履帶之間的越障功能。履帶輪採用類坦克的履帶設計，採用1/16的尺寸，從而最大程度的提高了機器人的越障能力。主動輪通過軸與減速箱相連接，一個車廂具有兩個同比例的減速箱，實現轉速的減速功能，使行使更加平穩。前後兩車廂實現四電機輸出，通過電機正反轉的控制實現輔助機器人的運動。車廂外殼採用亞克力板材料，控制主板、電機驅動模塊等通過螺釘固定在亞克力板上。控制模塊的硬體方面採用Arduino開發原始代碼的Simple i/o平臺，使用C語言的開發環境。傳感器上使用紅外壁障傳感器和雷達紅外探測器對救援輔助機器人進行運動上的控制。設計行駛速度為5m/iT6m/S。共使用兩個紅外測距傳感器，一個生命探測傳感器及四路電機控制器，連接單片機數字量輸出口。兩個紅外測距傳感器分別連接於前半部分的靠近前面的兩個角上，斜45°的方向上。雷達紅外探測器安裝在前車廂，對生命進行探測。 供電設計為前後兩電機採用9v電池供電，同時使用9v電池對電路板進行供電。供電系統的位置設置在箱體中間，左右兩個電機當中。單片機輸出使能信號與PWM信號通過兩個電極驅動模塊對電機的方向和速度進行控制。
權利要求
1.一種自適應地面應急救援輔助機器人，由前車廂模塊(1)、後車廂模塊(2)、連接模塊(3)、機械臂模塊(7)、攝像模塊(8)、電機模塊(9)、控制模塊(10)組成，前車廂模塊(1)上面裝有控制模塊(10)和攝像模塊(8)，後車廂模塊(2)上面裝有機械臂模塊(7)，其特徵在於所述前車廂模塊(1)與後車廂模塊(2)之間通過連接模塊(3)相連接，實現相對運動；所述前車廂模塊(1)和後車廂模塊(2)均帶有懸掛履帶移動機構及電機模塊(9)；所述控制模塊(10)分別連接機械臂模塊(7)、攝像模塊(8)和電機模塊(9)，用於控制機械臂模塊(7)、攝像模塊(8)和電機模塊(9)工作。
2.根據權利要求1所述的自適應地面應急救援輔助機器人，其特徵在於；所述前車廂模塊(1)主要由三角履帶(5)、主動輪(6-1)、內帶輪(6-2)、外帶輪(6-3)、前車廂箱蓋(11)和前車廂車體(15)組成，前車廂車體(15)兩側裝有主動輪(6-1)，內帶輪(6-2)和外帶輪(6-3)，且內帶輪(6-2)與外帶輪(6-3)之間錯位排列安裝，主動輪(6-1)連接電機模塊(9)，並通過三角履帶(5 )連接內帶輪(6-2 )和外帶輪(6-3 )，構成懸掛履帶移動機構。
3.根據權利要求1所述的自適應地面應急救援輔助機器人，其特徵在於；所述後車廂模塊(2)主要由後車廂履帶(4)、主動輪(6-1)、內帶輪(6-2)、外帶輪(6-3)、後車廂車體(16)和後車廂箱蓋(17)組成，後車廂車體(16)兩側裝有主動輪(6-1)，內帶輪(6-2)和外帶輪(6-3)，且內帶輪(6-2)與外帶輪(6-3)之間錯位排列安裝，主動輪(6-1)連接電機模塊(9),並通過車廂履帶(4)連接內帶輪(6-2)和外帶輪(6-3)，構成懸掛履帶移動機構。
4.根據權利要求1所述的自適應地面應急救援輔助機器人，其特徵在於；所述連接模塊(3)主要由連接件一，二(19、20)和內六角螺栓(21)組成；連接件一(19)連接前車廂車體(15)，連接件二(20)連接後車廂車體(16)，連接件一(19)與連接件二(20)之間通過內六角螺栓(21)相連接，從而實現前車廂與後車廂的相對運動。
5.根據權利要求1所述的自適應地面應急救援輔助機器人，其特徵在於；所述控制模塊(10)包括驅動模塊、探測模塊、壁障模塊和定位模塊，其中所述驅動模塊包含蓄電池，蓄電池帶動電機正轉、反轉，實現救援輔助機器人的前進、後退、轉彎；所述壁障模塊包含紅外傳感器，當紅外傳感器探測到障礙物時，向控制模塊(10)反饋信號，經過控制模塊(10)的CPU處理分析後，輸出控制信號給救援輔助機器人，使救援輔助機器人後退或者轉彎避開障礙物；所述探測模塊包含用於自動探測到生命的自適應雷達紅外探測器；所述定位模塊包含全球衛星定位系統模塊。
全文摘要
本發明涉及一種自適應地面應急救援輔助機器人，前車廂模塊與後車廂模塊之間通過連接模塊相連接，實現相對運動；前車廂模塊上面裝有控制模塊和攝像模塊，後車廂模塊上面裝有機械臂模塊，前車廂模塊和後車廂模塊均帶有懸掛履帶移動機構及電機模塊；控制模塊分別連接機械臂模塊、攝像模塊和電機模塊，用於控制機械臂模塊、攝像模塊和電機模塊工作。本發明與其他機器人相比，具有強的越障能力和路面自適應能力、快速的生命探測能力、準確的信號定位能力、獨特的車體設計方案四大優點。由於其獨特的車體設計和履帶設計，極大的提高了機器人的機械能力。可在軍事、民用和科學研究中得到廣泛應用，包括航天、海洋、軍事、建築、農林、商業服務和災害救護等。
文檔編號B62D55/08GK102390444SQ20111032509
公開日2012年3月28日 申請日期2011年10月24日 優先權日2011年10月24日
發明者兌悅, 文超逸, 朱瑞, 賈文杰, 魏濤 申請人:上海電力學院