一种多关节易拆分易重构式搜救杆的制作方法
【专利摘要】一种多关节易拆分易重构式搜救杆，它属于一种搜救装置。它主要是解决现有搜救杆存在的长度和大小不能调整、不能重构形态、结构复杂、不易拆分、适用性差等技术问题。其技术方案要点是：它包括头部（1）、关节部分（2）、连接管体（3）、过渡连接管体（4）、尾部（5），各个部分之间通过凸缘与凹槽之间的配合限制轴向移动自由度，通过销钉（39）限制周向旋转自由度。它主要是用于搜救领域。
【专利说明】一种多关节易拆分易重构式搜救杆
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种搜救装置，特别是一种多关节易拆分易重构式搜救杆。
【背景技术】
[0002]目前，在实际应用中，国内外的这种搜救测探装置一般连接部分是不可以转动或者不可以很容易地拓展和重构来满足不同的搜救环境，这意味着会影响救援队的搜救效率，而延长的停留时间可能会给搜救人员也带来安全隐患。
[0003]本发明旨在帮助救援队更早的发现被困人员，以便及时对被困人员予以救助。自然和各种灾害频繁，如因地震、台风等灾害发生后在往往有许多人会被困在废墟之中，实际经验表明，如果幸存者被困废墟超过48小时，他们的存活概率就变得越来越低。由于灾难现场一般情况复杂，如若救援队员在灾难现场停留很长时间，不仅不能及时帮助被困人员，更可能使自身也陷入困境，这样便会进一步加大人身损失。这就要求救援人员要尽快地搜寻到幸存者。
[0004]相关的发明已有些外形类似的实例，但与本发明都有很大的不同，在已有的发明中，例如武汉大学专利号为201010547854.3的“可快速拆卸的组合搜救机器人”，它所谓的可快速拆卸和组合，其实是指子机器人和母机器人之间快速拆卸和装配的性能，而本发明是指在具体的各个基本构件之间，如头部和关节部分以及关节部分和连接管体部分之间都可以很容易地进行拆分和组合，并且，本发明的构件也可以很方便很快速的拆分成零件，更关键的是，本发明所用的传动方式很特别而且稳定，与其的轮式运动方式有很大的不同；又如出自成都理工大学的专利号为200920081087.4的发明专利“便携式单通道声波震动生命搜索仪”，该搜索仪由探头、连接杆、握杆、控制板组成，探头装有重力加速度传感器，握杆上设有灵敏度和音量调节器，可以较好的在地震初期徒步搜救时单人探测使用，相比较而言，本发明关节部分、连接管体部分以及过渡连接管体部分都可以根据不同的搜救环境拓展，可以更好的适用于搜救环境，而且，本发明的机械结构特性和探测方式都有很大区别；在机器人领域也有些外形相似的实例，例如北京信息科技大学专利号为201210564904.8的“可伸缩轮式蛇形机器人”，该蛇形机器人由头尾部、模块化躯干部、模块化关节部组成，传动方式上而言，本发明关节部分采用的蜗轮蜗杆与齿轮传动相结合的传动方式与该专利采用电磁式八向独立可伸缩轮结构具有本质的差别；且本发明关节部分、连接管体和过渡连接管体有长度系列和大小系列，长度和大小都可以拓展，另外，本发明凸缘和凹槽以及销钉之间的配合形式使拆分和重构变得简单；又如中国科学院沈阳自动化研究所专利号为02280911.2的“模块化可变结构蛇形机器人”，它由多个相同结构的单自由度的关节模块组成，而本发明，关节部分是系列化并且可双自由度转动的，结构上具有本质的不同，另外，该专利可变结构是通过改变相邻模块的方向差为0度或者90度来体现的，这与本发明通过选取不同大小和长度系列重构结构是完全不同的；本发明凭借其紧凑的机械结构、易拓展性以及其可控性，可很好的实现对被困人员的探测，以便让救援队更早的对幸存者施以救助，这样不仅仅可以减少很多不必要的经济和生命损失，更可能挽回许多人间的温暖，利于维护社会的和谐。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种长度和大小可调整、可根据不同救援环境重构形态、结构简单、易拆分、适用性强的一种多关节易拆分易重构式搜救杆。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:它包括头部1、关节部分2、连接管体3、过渡连接管体4、尾部5，各个部分之间通过凸缘与凹槽之间的配合限制轴向移动自由度，通过销钉39限制周向旋转自由度。
[0007]本发明所述头部I为管体，前端设有信号孔6，后端设有开有销孔A7的凸缘AS，凸缘AS与关节部分2的凹槽A21配合限制轴向移动自由度，销孔A7和销孔E20所处的位置
是一样的。
[0008]本发明所述关节部分2由左半关节9、正交式不完全齿轮10和右半关节11组成，左半关节9和右半关节11通过正交式不完全齿轮10连接起来。
[0009]本发明所述连接管体3端部带有开有销孔B13的凸缘B12。
[0010]本发明所述过渡连接管体4小端和大端分别有带销孔C14的凸缘C15和带销孔D16的凸缘D17，凸缘C15和凸缘D17以及销孔C14和销孔D16的尺寸与所在管体部分的尺寸是相关联的，过渡连接管体4的小端和大端的长度是一样的并且是通过双圆弧过渡段18平滑过渡的。
[0011]本发明所述尾部5的主体为管体，前端设有带销孔F30的凹槽B31，后端设有柄端32以及带有螺纹34的封口盖33。
[0012]本发明所述左半关节9和右半关节11由上半壳管体19、下半壳管体22、蜗杆25、带蜗轮的齿轮轴24、以及41个螺栓组23组成。
[0013]本发明所述正交式不完全齿轮10左右两侧分别有空间上相错90°且带有标准模数的齿廓A36和齿廓B38，另外，正交式不完全齿轮10上还有凸台A35和凸台B37连接左半关节9和右半关节11。
[0014]本发明所述上半壳管体19和下半壳管体22上开有同样大小同样个数的相对应的螺栓孔26，螺栓孔26个数为41个，下半壳管体22中预留了两个有间隙的带螺钉孔的方形凸台41，将接口 40线置入间隙中然后通过垫片42和螺丝钉43稳固接口 40，下半壳管体22还预留了接口 40的安装位置，下半壳管体22中蜗杆25安装在环形凸缘C29上，上半壳管体19和下半壳管体22中带蜗轮的齿轮轴24安装在环形凸缘B28上，整体式不完全十字齿轮安装在环形凸缘A27上。
[0015]本发明的有益效果是:1、本发明专利具有独特的结构设计，并且相比传统搜救机构，本发明的关节部分2、连接管体部分3、过渡连接管体部分4都有可供选取的系列，这使得搜救机构可以通过选取不同的系列来重构以适应不同的搜救环境，进一步提高了搜救机构的适用性；2、本发明传动是通过正交式不完全齿轮10、蜗杆25以及带蜗轮的齿轮轴24实现的，这种齿轮传动和蜗轮蜗杆传动相结合的传动，传动更为稳点，准确，可靠性高，并且能够灵活的实现双自由度的旋转；3、本发明各个部分上的凸缘、凹槽设计结构精简巧妙，凸缘凹槽之间可以很好的限制轴向移动自由度，销钉可很好的限制周向旋转自由度，上下管体之间也可以通过螺栓组来限制相对位置加上各个部分之间选用高速串行接口、IEEE1394及USB接口进行信号传输，这使得整个机构具有安装简单、易拆分、易重构等特点。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本发明的总装示意图。
[0017]图2是本发明各个零部件的装箱示意图 图3是本发明头部的结构示意图。
[0018]图4是本发明关节部分的结构示意图。
[0019]图5是本发明连接管体的结构示意图。
[0020]图6是本发明过渡连接管体的侧视图。
[0021]图7是本发明过渡连接管体的主视图。
[0022]图8是本发明关节部分的半剖示意图。
[0023]图9是本发明尾部的侧视图。
[0024]图10是本发明中正交式不完全齿轮的正视图。
[0025]图11是本发明中正交式不完全齿轮的俯视图。
[0026]图12是本发明所用的销钉的示意图。
[0027]图13是本发明接口示意图。
[0028]图14是本发明接口安装详细示图。
[0029]图中:1-头部，2-关节部分，3-连接管体，4-过渡连接管体，5-尾部，6_信号孔，7-销孔A，8-凸缘A，9-左半关节，10-正交式不完全齿轮，11-右半关节，12-凸缘B，13-销孔B，14-销孔C，15-凸缘C，16-销孔D，17-凸缘D，18-双圆弧过渡段，19-上半壳管体，20-销孔E，21-凹槽A，22-下半壳管体，23-螺栓组，24-带蜗轮的齿轮轴，25-蜗杆，26-螺栓孔，27-环形凸缘A，28-环形凸缘B，29-环形凸缘C，30-销孔F，31-凹槽B，32-柄端，33-封口盖，34-螺纹，35-凸台A，36-齿廓A，37-凸台B，38-齿廓B，39-销钉，40-接口，41-方形凸台，42-垫片，43-螺丝钉。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
[0031]实施例1，本发明包括头部1、关节部分2、连接管体3、过渡连接管体4、尾部5，各个部分之间通过凸缘与凹槽之间的配合限制轴向移动自由度，通过销钉39限制周向旋转自由度，在头部I与关节部分2之间起限制作用所用到的销钉和在关节部分2与连接管体3以及在过渡连接管体4和关节部分2之间起限制作用所用到的销钉39也是系列化的，由于销孔B13、销孔C14、销孔D16、销孔F30和凸缘B12、凸缘C15、凸缘D17的尺寸都是与所在管体的大小是线性关联的，于是每处用的销钉39的大小和长度也是与所连接管体3的大小线性关联的。这也使本发明具有易安装、易拆卸和重构等优点；安装过程很简单，并且组装好的搜救机构极易拆卸和重构，在实际应用中，可以选取不同系列的关节部分2、连接管体3、过渡连接管体4，这便可满足搜救机构对不同的救援环境的需要。参阅图1至图14。
[0032]实施例2，本发明所述头部I为管体，内部可安装负责采集红外信号的装置，作红外探测之用，前端设有信号孔6，可以安装菲尼尔透镜，方便采集信号；后端设有开有销孔A7的凸缘A8，凸缘A8与关节部分2的凹槽A21配合限制轴向移动自由度，销孔A7和销孔E20所处的位置是一样的。参阅图1至图14，其余同实施例1。
[0033]实施例3，本发明所述关节部分2由左半关节9、正交式不完全齿轮10和右半关节11组成，左半关节9和右半关节11通过正交式不完全齿轮10连接起来，使左、右半关节可分别在两个夹角为90 °的平面内转动，即可以完成关节的双自由度旋转运动，关节部分2是系列化的，其大小系列可在
胃之间，长度系列可在償之间“注意:此处忽略了凸缘、凹槽的尺寸影响，下文中的尺寸也是”左半关机9和右半关节11的结构是完全一样，只是它们是通过正交式不完全齿轮10在空间上错开了 90°连接的，每个关节都可内置由单片机控制的电机，而所有的单片机都接受pc机的控制信号来实现对蜗轮蜗杆和齿轮之间的传动控制，各个部分之间采用高速串行接口、IEEE1394及USB接口进行信号传输；关节部分2采用蜗轮蜗杆传动与齿轮传动相结合的传动方式；以上设计使本发明具有安装方便，极易拆卸和重构以及传动稳定、准确和结构紧凑等优点。参阅图1至图14，其余同上述实施例。
[0034]实施例4，本发明所述连接管体3端部带有开有销孔B13的凸缘B12，连接管体3是系列化的，其大小系列可在~^200mm之间，长度可在: 之间，其大小系列是与关节部分2相对应的，在可选的大小系列下，每个连接管体3都可以根据不同的救援环境的需要选择不同的长度系列，能够有效的拓展搜救机构的长度，提高其对救援环境的适用性，这样设计的连接管体结构简单，安装方便，便于拆卸和重组。参阅图1至图14,其余同上述实施例。
[0035]实施例5，本发明所述过渡连接管体4是系列化的，其小端的大小系列可在:#2Cbm?*~#200miii之间，大端的大小系列可在:#25_~之间，其两端的大小系列
选取是与两端的关节部分2相关联的，过渡连接管体4小端和大端分别有带销孔C14的凸缘C15和带销孔D16的凸缘D17，凸缘C15和凸缘D17以`及销孔C14和销孔D16的尺寸与所在管体部分的尺寸是相关联的，过渡连接管体4的小端和大端的长度是一样的并且是通过双圆弧过渡段18平滑过渡的，具有良好的力学性能；由于过渡连接管体4也有长度系列，过渡连接管体4可以根据不同的救援环境选择不同的长度，大小过渡系列要根据大小端所选关节部分的系列来确定，搜救机构中过渡管体部分4的应用除了可拓展搜救杆外还可以解决传统搜救机构没有解决的后端受力更大的力学过渡问题，这样设计的过渡连接管体结构简单，安装方便，便于拆卸和重组。参阅图1至图14，其余同上述实施例。
[0036]实施例6，本发明所述尾部5的主体为管体，前端设有带销孔F30的凹槽B31，后端设有柄端32以及带有螺纹34的封口盖33。参阅图1至图14，其余同上述实施例。
[0037]实施例7，本发明所述左半关节9和右半关节11由上半壳管体19、下半壳管体22、蜗杆25、带蜗轮的齿轮轴24、以及4~8个螺栓组23组成，左、右半关节都安装有一个受控制的电机，这使搜救杆的关节部分2可受到可控的运动。参阅图1至图14，其余同上述实施例。
[0038]实施例8，本发明所述正交式不完全齿轮10左右两侧分别有空间上相错90°且带有标准模数的齿廓A36和齿廓B38，它们的模数相同，在空间位置上相互错开90°，因而，左半关节9部分和右半关节11分别所处的平面的夹角是90° ;每半关节内部都安装好了一个蜗杆25和一个带蜗轮的齿轮轴24，这样带蜗轮的齿轮轴24上的齿轮可以沿着正交式不完全齿轮10的齿廓转动，也就是说左半关节9和右半关节11可以分别实现在两个垂直的平面内的转动，所以整个关节可以实现双自由度转动，另外，正交式不完全齿轮10上还有凸台A35和凸台B37连接左半关节9和右半关节11。参阅图1至图14，其余同上述实施例。
[0039]实施例9,本发明所述上半壳管体19和下半壳管体22上开有同样大小同样个数的相对应的螺栓孔26，螺栓孔26个数为4?8个，上半壳管体19和下半壳管体22通过4?8个相同的螺栓组23连接组成关节管体，下半壳管体22中预留了两个有间隙的带螺钉孔的方形凸台41，将接口 40线置入间隙中然后通过垫片42和螺丝钉43稳固接口 40，下半壳管体22还预留了接口 40的安装位置，接口 40是支持外设热拔插的高速串行接口，接口 40 —端带针柱，一端带针孔，可以很方便地实现长度拓展、安装、拆卸以及重构的功能，这便极大的提高了其作为搜救机构的适用性，下半壳管体22中蜗杆25安装在环形凸缘C29上，上半壳管体19和下半壳管体22中带蜗轮的齿轮轴24安装在环形凸缘B28上，整体式不完全十字齿轮安装在环形凸缘A27上，上半壳管体19和下半壳管体22在空间位置上其实是旋转对称的，但是因为蜗杆25装在下半壳管体22上，所以，下半壳管体22中多了一个对应于蜗杆25的环形凸缘C29以及接口 40的安装位置，以致它们的结构是不同的。参阅图1至图14，其余同上述实施例。
[0040]实施例10，本发明针对当前在实际搜救过程中搜救机构连接部分不可转动或不易拓展重构的特点和不足，对搜救杆的头部1、关节部分2、连接管体部分3、过渡连接管体部分4、尾部5进行了结构设计、对关节部分2的传动方案进行了设计并对信号接口进行了选定，与传统搜救机构不同，本发明关节部分2、连接管体部分3、过渡连接管体部分4都是系列化的，实现了结构简单、关节可双自由度旋转、易拆分、总体长度和关节数目皆可以容易拓展并且容易重构等特点，可以通过选取不同系列的关节部分2、连接管体部分3和过渡连接管体部分4来重构搜救杆来满足对不同的救援环境的需求；本发明关节部位采用特殊的正交式不完全齿轮10进行连接，内部传动采用蜗轮蜗杆传动和齿轮传动相结合的方式，各个单元之间的连接也非常简单实用，加上关节部分2、连接管体部分3和过渡连接管体部分4可以根据需要拓展类型和个数，加上高速串行接口 IEEE1394的选用，使得本发明具有结构紧凑、安装方便、易拆卸、易重构等优势，进一步加强本发明作为搜救机构的实用性。参阅图1至图14,其余同上述实施例。
[0041]实施例11，本发明在结构设计时，主要设计了头部I的外形、关节部分2、连接管体
3、过渡连接管体4和尾部5的机械结构、搜救杆的蜗轮蜗杆和齿轮传动结合的传动方案以及红外探测方案选定，包括接口 IEEE1394选用，以及接口 40型式及其安装形式的设计；整体结构中搜救机构只由一个头部1、一个连接管体3、两个关节部分2、一个过渡连接管体4以及一个尾部5组成，而在实际应用中，不代表搜救杆只可以由这么多元素组成，在实际中还可以根据需要很方便地添加若干关节部分2、若干个连接管体3以及若干个过渡连接管体4 ;对于接口安装位置44的详细形式，本发明的下半壳管体22中预留了两个有间隙的带螺钉孔的方形凸台41，将接口 40线置入间隙中然后通过垫片42和螺丝钉43稳固接口。参阅图1至图14，其余同上述实施例。
【权利要求】
1.一种多关节易拆分易重构式搜救杆，其特征是:它包括头部(I)、关节部分(2)、连接管体(3)、过渡连接管体(4)、尾部(5)，各个部分之间通过凸缘与凹槽之间的配合限制轴向移动自由度，通过销钉(39)限制周向旋转自由度。
2.根据权利要求1所述的一种多关节易拆分易重构式搜救杆，其特征是:所述头部(I)为管体，前端设有信号孔(6)，后端设有开有销孔A (7)的凸缘A (8)，凸缘A (8)与关节部分(2)的凹槽A (21)配合限制轴向移动自由度，销孔A (7)和销孔E (20)所处的位置是一样的。
3.根据权利要求1所述的一种多关节易拆分易重构式搜救杆，其特征是:所述关节部分(2)由左半关节(9)、正交式不完全齿轮(10)和右半关节(11)组成，左半关节(9)和右半关节(11)通过正交式不完全齿轮(10)连接起来。
4.根据权利要求1所述的一种多关节易拆分易重构式搜救杆，其特征是:所述连接管体(3)端部带有开有销孔B (13)的凸缘B (12)。
5.根据权利要求1所述的一种多关节易拆分易重构式搜救杆，其特征是:所述过渡连接管体(4)小端和大端分别有带销孔C (14)的凸缘C (15)和带销孔D (16)的凸缘D (17)，凸缘C (15)和凸缘D (17)以及销孔C (14)和销孔D (16)的尺寸与所在管体部分的尺寸是相关联的，过渡连接管体(4)的小端和大端的长度是一样的并且是通过双圆弧过渡段(18)平滑过渡的。
6.根据权利要求1所述的一种多关节易拆分易重构式搜救杆，其特征是:所述尾部(5)的主体为管体，前端设有带销孔F (30)的凹槽B (31)，后端设有柄端(32)以及带有螺纹(34)的封口盖(33)。
7.根据权利要求3所述的一种多关节易拆分易重构式搜救杆，其特征是:所述左半关节(9)和右半关节(11)由上半壳管体(19)、下半壳管体(22)、蜗杆(25)、带蜗轮的齿轮轴(24)、以及4?8个螺栓组(23)组成。
8.根据权利要求3所述的一种多关节易拆分易重构式搜救杆，其特征是:所述正交式不完全齿轮(10)左右两侧分别有空间上相错90°且带有标准模数的齿廓A (36)和齿廓B(38)，另外，正交式不完全齿轮(10)上还有凸台A (35)和凸台B (37)连接左半关节(9)和右半关节(11)。
9.根据权利要求7所述的一种多关节易拆分易重构式搜救杆，其特征是:所述上半壳管体(19)和下半壳管体(22)上开有同样大小同样个数的相对应的螺栓孔(26)，螺栓孔(26)个数为41个，下半壳管体(22)中预留了两个有间隙的带螺钉孔的方形凸台(41)，将接口(40)线置入间隙中然后通过垫片(42)和螺丝钉(43)稳固接口(40)，下半壳管体(22)还预留了接口(40)的安装位置，下半壳管体(22)中蜗杆(25)安装在环形凸缘C (29)上，上半壳管体(19)和下半壳管体(22)中带蜗轮的齿轮轴(24)安装在环形凸缘B (28)上，正交式不完全齿轮安装在环形凸缘A (27)上。
【文档编号】A62B99/00GK103751924SQ201410010902
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月10日 优先权日:2014年1月10日
【发明者】李明富, 彭郎军, 李俊渊, 秦衡峰, 周后明 申请人:湘潭大学, 李明富