专利名称：一种可变姿态移动机器人的制作方法
技术领域：
本发明专利属于机器人领域，具体说一种可变姿态移动机器人。
背景技术：
煤矿井下一旦发生如井巷透水、采场冒顶、瓦斯爆炸、煤尘爆炸等矿难时，现场矿工往往被困在井下局部空间内与外界失去联系，而矿难抢险救援工作最迫切需要及时获得事故现场情况。矿用搜救式履带机器人要求具有一定的行走速度及良好的越障能力，例如ZL:200820083326. 4具有封闭履带特征的煤矿搜救机器人，此设备主要包括一对行走履带及一对摆臂履带，摆臂履带绕前轴转动，进行越障。此机器人主要是防止异物进入履带内，提高复杂环境的适应能力，而其外形体积较大，不适宜进入到升降仓体中进行矿难救援。例如ZL =201010514583.1小型可变履带式搜救机器人，此发明主要包括行走机构及直线推杆伸缩机构，通过伸缩机构来实现越障，此机器人体积较小，但并不是防爆设备，不能在煤矿井下使用。
发明内容
本发明专利主要为解决经矿井地面救援钻孔进入井下的探测机器人本体外形尺寸较大，在狭长孔道内通行的问题。尤其是解决将其装入小型矿用升降仓体内，实现由地面工控终端遥控其升降运载与释放回收的能力。为此，设计了矿用可变姿态探测机器人结构，使其既能满足乘入救援钻孔内升降仓体的空间要求，又能适应井下巷道复杂路况中高机动行走的需求。本发明提供了以下技术方案一种可变姿态移动机器人，包括履带(I)、主动轮
(3)、可动从动轮(7)、固定从动轮(9)、履带支撑机构(4)、旋转驱动摆臂机构(6)、张紧机构
(11);其特征在于所述履带(I)安装在主动轮(3)、可动从动轮(7)及固定从动轮(9)上；所述旋转驱动摇臂机构(6)的一端内置滚动轴承，所述内置滚动轴承与可动从动轮(7)的输出轴相连，通过滚动轴承带动可动从动轮(7)转动；所述旋转驱动摇臂机构(6)的另一端与张紧机构(11)连接。优选地，所述履带(I)包括卡齿；履带(I)安装在主动轮(3)、可动从动轮(7)及固定从动轮(9)的两齿间的齿距上。进一步，所述可变姿态机器人还包括主腔体(8);所述履带支撑机构(4)包括至少两个支撑轮，固定于主腔体(8)的两侧，左右各2组，所述支撑轮在履带内侧的齿间中滑动。非限制性地，所述可变姿态机器人还包括传感器(2)、照明灯(5)、摄像机(10);摄像机(10)、照明灯(5)及传感器(2)外部都包有防爆壳体，都与主腔体(8)采用防爆线嘴座连接。更进一步，当所述可变机器人的姿态调整方式之一为驱动电机带动蜗杆机构使所述旋转驱动摆臂机构(6)，使得所述主动轮(3)、所述固定从动轮(9)以及所述可动从动轮(7)处于同一平面内，主动轮(3)带动履带(I)旋转，固定从动轮(9)随之转动。蜗杆机构使所述旋转驱动摆臂(6)向上旋转，使所述履带(I)与地面产生姿态角度。此外，所述主腔体(8)包括电池腔、驱动电机腔体及线路板腔体，分别安装有电池、左右驱动电机、主控制板，所述履带(I)由所述左右驱动电机驱动；所述蜗杆机构由所述左右驱动电机驱动。本发明专利的有益效果是，在本发明动作灵活、体积较小、可根据周围环境，通过控制电机的转动而带动机体姿态发生角度变化，在装入小型矿用升降仓体内，可实现由地面工控终端遥控其升降运载与释放回收的能力。可以快速的进入矿井灾难现场，协助救援，当机器人遇到较小障碍物时，可增大履带的迎面角，使其利用运动惯性直接克服通过；在遇到较大障碍物时，其铰接轴可使机器人的前部相对障碍物产生一个姿态角度，这样机器人就可以很容易的越过障碍物。当遇到沟壑时，机器人外形呈“一”字状态，可以直接通过。通过光缆传输，机器人通过传感器等设备采集井下图像、声音、气体浓度等信息，地面可以实时掌握井下情况。本机器人除了必备的设备外，还可以安装GPS、生命探测仪等，GPS可以用于机器人的定位；生命探测仪用于探测事发地点的生命迹象。
图l_a是可变姿态移动机器人的立体示意 图l_b是可变姿态移动机器人的主视 图2是履带张紧机构及旋转驱动摆臂机构的A-A剖视 图3-a是履带支撑机构示意图，图3-b是履带支撑机构的B-B剖视 图4是履带齿形意图。
具体实施例方式下面结合说明书附图和具体实施方式
对本发明作进一步的描述。参考图Ι-a和图l_b，在本发明的第一实施方式提供了一种可变姿态移动机器人，如图Ι-a和图Ι-b所示，其主要包括履带1、传感器2、主动轮3、履带支撑机构4、照明灯5、旋转驱动摆臂机构6、可动从动轮7、主腔体8、固定从动轮9、摄像机10、张紧机构11等部件。履带I安装在主动轮3、可动从动轮7及固定从动轮9的两齿间的齿距上；摄像机
10、照明灯5及传感器2等外接设备外包有防爆壳体，与主腔体8的连接方式采用防爆线嘴座连接；旋转驱动摇臂机构6的一端内置滚动轴承,并与可动从动轮7的输出轴相连,通过滚动轴承带动可动从动轮7转动；所述旋转驱动摇臂机构6的另一端与张紧机构11连接。履带支撑机构4固定于主腔体8的两侧，左右各2组，支撑轮在履带内侧的齿间中滑动。更为优选地，所述传感器2可以是位置传感器、和/或距离传感器、和/或角度传感器、和/或力传感器。当机器人处于快速行走状态时，驱动电机带动蜗杆机构使旋转驱动摆臂机构6处于水平状态，使得主动轮3、固定从动轮9以及可动从动轮7处于同一平面内，履带成“一”字形，主动轮3带动履带I旋转，固定从动轮随之转动。当机器人遇到障碍需要越障时，驱动电机带动蜗杆机构使旋转驱动摆臂向上旋转，使履带I与地面产生姿态角度，以改变履带运行轨迹的迎面角和履带触地长度，实现越障能力。
更进一步，上述主腔体采用3mm以上钢板制作，采用圆筒及平面隔爆结构，采用十字加强筋，提高了防爆性能，主腔体分为电池腔、驱动电机腔体及线路板腔体，采用嵌入式结构，安装有电池、左右驱动电机、主控制板等其他装置，机器人的行走依靠左右驱动电机来实现，通过改变左右驱动电机的不同转速来实现机器人转弯。进一步，本发明的第二实施方式中，描述了一种可变姿态调整机构。如图Ι-a、图Ι-b、图2所示，该可变姿态调整机构包括张紧机构11和旋转摇臂机构6。该履带张紧机构与旋转驱动摆臂机构配合使用，所述张紧机构包括张紧螺栓16、旋转摆臂止挡块12、驱动摇臂连接板13、摇臂安装座14、铰接轴15、限位开关17、机械密封组件18、轴承19、旋转轮毂20、内花键法兰盘21、固定轮座22。驱动摇臂连接板13及旋转摆臂12上设置有导向长槽，张紧螺栓16旋紧后压紧在旋转摆臂止挡块12上，调节张紧螺栓16即可起到张紧履带I的作用，调整完毕后用螺母29锁紧，再将固定螺栓组28旋紧即可固定位置。旋转驱动摇臂6的角度变化是由主腔体8内的蜗杆机构控制的，动力由铰接轴15输出，传递给安装在铰接轴15右端的内花键法兰盘21，内花键法兰盘21再与摇臂安装座14用螺钉25固定，并用圆螺母26锁紧，铰接轴15带动驱动摇臂连接板13旋转，以此来实现机器人姿态的改变，旋转角度的大小由限位开关17控制。铰接轴15上还安装有机械密封组件18，其安装在固定轮座22的内腔中，并与铰接轴15构成动密封，固定轮座22用螺钉23固定在主腔体8的法兰盘上。其中轴承19的内圈安装在固定轮座22的外圈上，轴承19的外圈与旋转轮毂20的内孔相配合，并用螺钉24将轴挡30固定，作为对轴承19的轴向限位，旋转轮毂20的右侧还连接有摇臂安装座14，并用螺钉27固定，使其对驱动摇臂连接板13进行定位。更进一步，本发明的第三实施方式如图3-a和图3-b所示，图3-a和图3_b描述了一种履带支撑机构33为横连板、34为立板，31为止动杆、35为支撑轮、止动杆31焊接在主腔体8上，立板34的两端布置有凸台32，凸台32与横连板33的中心孔配合，立板34的中心孔与止动杆31配合，并用螺母36固定，立板34与横连板33处于垂直状态，使横连板33与履带保持平行状态。防止支撑轮35在履带内侧旋转时发生歪斜。此外，本发明的第四实施方式中提出了一种履带齿形结构。图4是该履带齿形结构示意图，履带I的外侧面为有规律的凸起37，凸起37外表面具有交错式波纹形状，履带的内侧为双排内齿啮合。通过对履带与地面的建模分析和试验分析得到履带和地面作用的机理，解决同一套的行驶传动机构不可以满足不同路面需求的问题，可实现机器人分别在硬地面和软地面上的不同接地面积和接触履棱，不仅可以减少硬地面上滑动转向的能量损耗，并且控制了机器人在软地面上的下陷量，保证机器人在软硬路面上均能产生较大的附着力和牵引力。履带I的内侧凸起与主、从传动轮的捏合齿距相同，支撑轮25在履带I的内侧凹槽内转动，采用优化双排内啮合式传动方式。在分析外部受力的基础上，通过限定履带啮合内齿的强度和内齿的高度，解决了内齿变形，以及履带脱带的问题。优选地，所述履带为阻燃橡胶材料。本发明专利的有益效果是，在本发明动作灵活、体积较小、可根据周围环境，通过控制电机的转动而带动机体姿态发生角度变化，可以快速的进入矿井灾难现场，协助救援，当机器人遇到较小障碍物时，可增大履带的迎面角，使其利用运动惯性直接克服通过；在遇到较大障碍物时，其铰接轴可使机器人的前部相对障碍物产生一个姿态角度，这样机器人就可以很容易的越过障碍物。当遇到沟壑时，机器人外形呈“一”字状态，可以直接通过。通过光缆传输，机器人通过传感器等设备采集井下图像、声音、气体浓度等信息，地面可以实时掌握井下情况。本机器人除了必备的设备外，还可以安装GPS、生命探测仪等，GPS可以用于机器人的定位；生命探测仪用于探测事发地点的生命迹象。本发明所述并不限于具体实施方式
所述的实施例，只要是本领域技术人员根据本发明方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新及保护的范围。
权利要求
1.一种可变姿态移动机器人，包括履带(I)、主动轮(3)、可动从动轮(7)、固定从动轮(9)、履带支撑机构(4)、旋转驱动摆臂机构(6)、张紧机构(11);其特征在于所述履带(I)安装在主动轮(3)、可动从动轮(7)及固定从动轮(9)上；所述旋转驱动摇臂机构(6)的一端内置滚动轴承，所述内置滚动轴承与可动从动轮(7)的输出轴相连，通过滚动轴承带动可动从动轮(7)转动；所述旋转驱动摇臂机构(6)的另一端与张紧机构(11)连接。
2.如权利要求1所述的可变姿态移动机器人，其特征在于所述履带(I)包括卡齿；履带(I)安装在主动轮(3)、可动从动轮(7)及固定从动轮(9)的两齿间的齿距上。
3.如权利要求2所述的可变姿态机器人，其特征在于所述可变姿态机器人还包括主腔体(8);所述履带支撑机构(4)包括至少两个支撑轮，固定于主腔体(8)的两侧，左右各2组，所述支撑轮在履带内侧的齿间中滑动。
4.如权利要求1所述的可变姿态移动机器人，其特征在于可变姿态机器人还包括传感器(2)、照明灯(5)、摄像机(10);摄像机(10)、照明灯(5)及传感器(2)外部都包有防爆壳体，都与主腔体(8 )采用防爆线嘴座连接。
5.如权利要求1所述的可变姿态移动机器人，其特征在于 当所述可变机器人的姿态调整方式之一为驱动电机带动蜗杆机构使所述旋转驱动摆臂机构(6)，使得所述主动轮(3)、所述固定从动轮(9)以及所述可动从动轮(7)处于同一平面内，主动轮(3 )带动履带(I)旋转，固定从动轮(9 )随之转动。
6.如权利要求1所述的可变姿态移动机器人，其特征在于当所述可变机器人的姿态调整方式之一为蜗杆机构使所述旋转驱动摆臂(6)向上旋转，使所述履带(I)与地面产生姿态角度。
7.如权利要求1-6中任意一项所述的可变姿态移动机器人，其特征在于所述主腔体(8)采用3mm以上钢板制作。
8.如权利要求5或6所述的可变姿态移动机器人，其特征在于所述主腔体(8)包括电池腔、驱动电机腔体及线路板腔体，分别安装有电池、左右驱动电机、主控制板，所述履带(O由所述左右驱动电机驱动；所述蜗杆机构由所述左右驱动电机驱动。
全文摘要
本发明为一种可变姿态移动机器人，包括履带(1)、主动轮(3)、可动从动轮(7)、固定从动轮(9)、履带支撑机构(4)、旋转驱动摆臂机构(6)、张紧机构(11)；其特征在于所述履带(1)安装在主动轮(3)、可动从动轮(7)及固定从动轮(9)上；所述旋转驱动摇臂机构(6)的一端内置滚动轴承，所述内置滚动轴承与可动从动轮(7)的输出轴相连，通过滚动轴承带动可动从动轮(7)转动。本发明提供的可变姿态机器人可通过姿态变换在狭长孔道内通行，也可穿越障碍；并可装入小型矿用升降容器内，实现由地面工控终端遥控其升降运载与释放回收。
文档编号B62D55/08GK103057610SQ201310028509
公开日2013年4月24日 申请日期2013年1月25日 优先权日2013年1月25日
发明者许开成, 陆文涛, 张树生 申请人:唐山开诚电控设备集团有限公司