一种组合式搜救机器人的制作方法

本发明属于机器人技术领域，具体公开了一种组合式搜救机器人。

背景技术：

搜救机器人是为了救援，采用先进科学技术，制造的能够代替人实施搜救工作某一环节的机器人。目前应用得较为广泛的是在地震现场，搜寻幸存者并执行简单救援的搜救机器人，例如“废墟可变形搜救机器人、机器人化生命探测仪、旋翼无人机”三款机器人，这三款机器人曾经被国家地震局评为最具应用实效的10项科技成果之一。

救援机器人通常配备了生命探测仪、摄像机、通讯系统和控制系统等，可沿设定的轨道或者自主进入废墟，通过生命探测仪找寻幸存者，并将所经之处的情况通过摄像机拍摄传回控制中心，还可以通过控制系统实施简单的救援操作，例如给生还者供给水和食物、药品等。

由于救援机器人是在废墟中移动，而废墟通常地面不平稳，障碍物较多，搜救机器人需要较为稳定的行走机构和一定的越障能力，目前很多机器人平稳行走和越障能力都比较差。另外，通常废墟中的生还者，要么就是进入昏迷、受伤或体力不支不能自主逃生，要么就是行动受限不能自主逃生，例如被重物压制；对于前一种情况，救援机器人可对生还者临时补给，生还者可等待救援人员救助；对于行动受限不能自主逃生的情况，就需要及时救援减缓生还者痛苦和避免发生二次伤害，这种情况下等待救援人员过程中就会存在很大的危险。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种组合式搜救机器人，以解决目前的搜救机器人越障能力差的问题。

为了达到上述目的，本发明的基础方案为：一种组合式搜救机器人，包括履带式行走机构、机架箱和越障机构，所述履带式行走机构和越障机构均安装于机架箱下端，越障机构位于履带式行走机构的前侧；

所述履带式行走机构包括与机架箱固定连接的固定块，所述固定块下端转动设有多个行走辊，所述固定块两端均转动设有支撑辊，所述支撑辊和行走辊外部套置有履带，固定块上端转动设有用于张紧履带的张紧辊，所述固定块上设有驱动支撑辊转动的第一电机；

所述固定块内部设有腔体，所述固定块上滑动连接有端部伸入腔体的伸缩块，腔体内设有与伸缩块相抵的第一弹性件，位于履带式行走机构前部的行走辊设置在伸缩块远离腔体的一端；

所述越障机构包括设置于机架箱前侧活塞杆倾斜向下的多个伸缩式液压缸，所述伸缩式液压缸的活塞杆端部设有滚轮，伸缩式液压缸的缸体与腔体通过管道连通，腔体内充满液压油。

本方案中，履带式行走机构的前侧是指向前行走的一侧，履带式行走机构的后侧是指远离前侧的一侧，履带式行走机构的前部是指靠近前侧的部分，履带式行走机构的后部是指靠近后侧的部分。

本基础方案的工作原理在于：通过第一电机驱动支撑辊转动，带动履带移动，张紧辊和行走辊会随着履带的移动而转动，履带移动可使本机器人利用履带式行走机构在废墟中行走。本机器人在废墟中行走时，若遇到障碍物，履带式行走机构前进会受阻，障碍物对履带有反作用力，此反作用力经过行走辊传递给伸缩块，伸缩块将会压缩第一弹性件并伸入腔体内，腔体内的液压油将会转移至伸缩式液压缸的缸体中，从而使伸缩式液压缸的活塞杆伸出。由于伸缩式液压缸的活塞杆沿机架箱倾斜向下，活塞杆伸出后会对地面有一个支撑作用力，此支撑作用可减缓履带式行走机构前部支撑辊的受力，使支撑辊前进时能够克服阻碍前进；若阻碍物的作用力加强，以上过程将会持续进行，使越障机构与履带式行走机构自适应配合，从而使履带式行走机构可以越过障碍物继前行。当履带式行走机构越过障碍物之后，在第一弹性件的弹力作用下，伸缩式液压缸缸体的液压油转移至腔体中，活塞杆缩短，使越障机构恢复至原始位置。

本基础方案的有益效果在于：

1、本方案中采用履带式行走机构，履带式行走机构由履带的移动驱使机器人前进，由于履带移动将会紧扣地面，使本机器人在废墟中行走较为平稳。

2、本方案中越障机构通过履带式行走机构的移动，以及履带式行走机构遇到障碍物的情况，来控制伸缩式液压缸的活塞杆伸出，辅助履带式行走机构越过障碍物，从而使本机器人越障能力较好。

3、本机器人的越障能力是通过越障机构和履带式行走机构自适应配合实现的，相较于现有的通过复杂机构完成越障的机器人，本机器人的越障机构较为简单；另外本机器人中的越障机构无需人为控制，减少了控制、信号传递等相关结构部分和相关操作，通过行走过程中相互配合自适应完成越障，这就使本机器人不仅具备较好的越障能力，还结构简单，无需人为控制，操作简便。

与现有技术相比，本机器人可在废墟中平稳前进，具有较好的越障能力，能够更好的适应于地震的救援工作。

进一步，所述伸缩式液压缸为多级套筒形活塞杆的伸缩式液压缸，所述滚轮的朝向与履带式行走机构的行走方向保持一致。

多级套筒形活塞杆的伸缩式液压缸，随着液压油进入缸体活塞杆的伸缩更为灵敏；滚轮的朝向与履带式行走机构的行走方向保持一致，可进一步使本机器人的越障性能更好。

进一步，所述伸缩式液压缸为两个，分别位于履带式行走机构前侧的两边，所述腔体靠近履带式行走机构的前侧。

两个伸缩式液压缸的设置，即可满足与履带式行走机构配合实现越障，也可使本机器人结构较为简单，外形较为美观。

进一步，所述机架箱上转动设有转杆，所述伸缩式液压缸固定在转杆上，所述转杆上设有传动齿轮；所述机架箱上设有滑槽，所述滑槽内滑动连接有齿条，所述齿条与传动齿轮啮合，机架箱上设有与齿条连接的第二弹性件，所述支撑辊上设有与齿条啮合的半齿轮。

支撑辊上的半齿轮在本机器人行走过程中将会随之转动，半齿轮转动将会带动齿条移动；由于齿条是滑动设置在机架箱的滑槽内，且机架箱上设有与齿条连接的第二弹性件，齿条在半齿轮的作用下将会沿着滑槽滑动，在半齿轮转动过程中，半齿轮的齿牙不与齿条啮合时，齿条将会在第二弹性件的作用下滑动至原始位置；这就使齿条在机器人行走过程中，将会在滑槽内往复滑动，齿条往复滑动将会带动传动齿轮往复转动，使转杆往复转动，从而带动伸缩式液压缸往复摆动。

伸缩式液压缸往复摆动，其活塞杆将会随之往复摆动，活塞杆摆动的过程就类似于步行机构的前进方式，越障机构以此运动方式与履带式行走机构配合，可使本机器人越障能力更佳。

进一步，所述传动齿轮的直径大于半齿轮的直径。

此设置可减小伸缩式液压缸的摆动频率，增加摆动幅度，使越障机构与履带式行走机构配合得更好。

进一步，所述固定块上设有滑腔，滑腔内滑动连接有支杆，所述履带式行走机构前侧的支撑辊设置在支杆远离滑腔的一侧；所述支杆和伸缩块之间连接有连接杆，连接杆两端分别与支杆靠近支撑辊的一端、伸缩块靠近行走辊的一端铰接。

本机器人在前进过程中，若遇到障碍物伸缩块将会往腔体内伸入，此时通过连接杆将会带动支杆移动，进而带动支撑辊位置发生变化；本机器人在制造时可将半齿轮与齿条的初始位置设置成不啮合状态，在支杆随伸缩块移动后带动半齿轮与齿条啮合，这就实现了伸缩式液压缸的摆动是在本机器人前进遇到障碍物时才会发生的，进一步使越障机构配合所需越障时使用，使本机器人的运动过程更为简便。

进一步，所述机架箱内设有若干个格子，所述机架箱上可拆卸设有箱盖。

若干个格子可用于分装不同的物料，比如水、食物、药品等分类装放好，箱盖可保护格子内的物品不会因本机器人的前进而散落或污染。

进一步，还包括支撑机构，所述支撑机构包括螺纹杆、第二电机、两个第一折叠杆和两个第二折叠杆；所述箱盖上设有伸缩杆，所述第二电机固定在伸缩杆上端，所述第二电机的输出轴与螺纹杆固定连接；所述螺纹杆远离第二电机的一端螺纹连接有移动块，所述螺纹杆上靠近电机的一端转动设有连接块，连接块和移动块上均设有转动销；第一折叠杆和第二折叠杆的一端均转动连接在转动销上，两个第一折叠杆的下端铰接有底板，两个第二折叠杆的上端铰接有顶板。

在本机器人发现幸存者后，若幸存者被重物压制，可将本机器人移动至幸存者被压制的一侧，然后可控制启动第二电机，第二电机转动带动螺纹杆转动，移动块和连接块在第一折叠杆和第二折叠杆的限制作用下不会随螺纹杆转动，移动块将会在螺纹杆转动的作用下沿螺纹杆移动，连接块与螺纹杆转动连接则会保持不动。

移动块随螺纹杆的移动过程中，将会带动第一折叠杆和第二折叠杆转动，由于第一折叠杆的下端与底板铰接，第二折叠杆的上端与顶板铰接，在移动块移动的过程中，第一折叠杆和第二折叠杆将会逐渐竖立起来，对重物进行支撑，从而帮助幸存者减少痛苦，以及脱离重物的压制。支撑机构通过第一支撑杆和第二支撑杆的机械作用力对重物进行支撑，能够承受较大的作用力，可满足救援现场多种情况的需要。伸缩杆的设置可使伸缩杆随螺纹杆的位置进行伸缩，从而使第二电机随着支撑机构的升高，始终与螺纹杆保持在同一水平上。移动块设置在螺纹杆的端部，在使用支撑机构时，移动块可沿螺纹杆移动而不影响其他部件的移动。

进一步，所述箱盖内设有空腔，所述空腔内滑动设有挤压块，伸缩杆下端伸入空腔与挤压块固定连接；所述箱盖下端设有支撑筒，所述支撑筒内滑动设有顶杆，所述顶杆下端与机架箱可拆卸连接；所述支撑筒内部与空腔上端连通，空腔内位于挤压块上部充满液压油。

在伸缩杆随螺纹杆向上伸长的过程中，将会带动挤压块向上移动，从而使空腔内位于挤压块上部的液压油转移至支撑筒内，进而使顶杆从支撑筒内伸出将箱盖顶出机架箱上端，此时机架箱打开，便于幸存者及时补给食物、水和药品等。

进一步，所述支撑筒和顶杆均为四个，分布在箱盖的四侧。

支撑筒和顶杆的设置，可便于箱盖被较为平稳的顶出，使箱盖的打开和支撑机构支撑较为平稳。

附图说明

图1为本发明一种组合式搜救机器人实施例1的示意图；

图2是本发明一种组合式搜救机器人实施例2的示意图；

图3是本发明一种组合式搜救机器人实施例2的结构剖视图；

图4是本发明一种组合式搜救机器人实施例3的结构剖视图；

图5是支撑机构使用状态示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：履带式行走机构10、固定块11、腔体111、滑腔112、伸缩块113、第一弹性件114、支杆115、短杆116、横杆117、连接杆12、支撑辊13、行走辊14、张紧辊15、履带16、凹槽17、弹性支撑杆171、横轴172、越障机构20、伸缩式液压缸21、活塞杆22、缸体23、滚轮24、管道25、机架箱30、格子31、箱盖32、空腔321、挤压块322、支撑筒33、顶杆34、滑槽40、齿条41、第二弹性件42、转杆43、半齿轮44、传动齿轮45、支撑机构50、伸缩杆51、第一折叠杆52、第二折叠杆53、螺纹杆54、第二电机55、连接块56、移动块57、转动销58、底板59、顶板60、支撑板61。

实施例1

实施例如图1所示，一种组合式搜救机器人，包括履带式行走机构10、机架箱30和越障机构20，履带式行走机构10和越障机构20均安装于机架箱30的下端，越障机构20位于履带式行走机构10的左侧。机架箱30内设置了若干个格子31，若干个格子31可用于分装不同的物料，比如水、食物、药品等可分类装放好；机架箱30上可拆卸设置了箱盖32，本实施例中箱盖32通过现有技术中的卡扣与机架箱30可拆卸固定连接。机架箱30的外部安装有多个生命探测仪、摄像机和通讯系统等(图中未示出)，本机器人还安装有单片机芯片(图中未示出)，救援人员可通过控制系统对本机器人的行走轨道、行走方向等一些行为进行控制，此部分可完全采用现有技术中的结构，在此不进行赘述，需要说明的是，本机器人在具体生产制造时，根据使用需要，可安装现有电控部件，以实现所需的功能。

履带式行走机构10包括与机架箱30固定连接的固定块11，固定块11下端转动设置了四对行走辊14，固定块11左右端均转动设置了支撑辊13，支撑辊13和行走辊14外部套置有履带16，固定块11上端转动设置了用于张紧履带16的张紧辊15，固定块11上设置了驱动支撑辊13转动的第一电机(图中未示出)。本实施例中，固定块11上与支撑辊13、行走辊14对应的位置设置了短杆116，短杆116上设置了横杆117，支撑辊13、行走辊14转动连接在横杆117上，且支撑辊13、行走辊14、履带16成对设置，一对支撑辊13或一对行走辊14转动连接在对应横杆117的两端，两条履带16分别套置在一侧的行走辊14、支撑辊13外部。本实施例中固定块11上端设置了凹槽17，凹槽17内设置了弹性支撑杆171，弹性支撑杆171上端固定了横轴172，张紧辊15转动连接在横轴172上，对履带16进行张紧；凹槽17、弹性支撑杆171、横轴172、张紧辊15与履带16配合成对设置。

固定块11内部设置了腔体111，本实施例中腔体111靠近履带式行走机构10的前侧；固定块11上滑动连接有端部伸入腔体111的伸缩块113，腔体111内设置了与伸缩块113相抵的第一弹性件114，本实施例中第一弹性件114优先选用支撑弹簧；位于履带式行走机构10前部的行走辊14设置在伸缩块113远离腔体的一端，具体为图1中左侧两对行走辊14对应的横杆117固定在伸缩块113下端。越障机构20包括设置于机架箱30前侧活塞杆22倾斜向下的多个伸缩式液压缸21，本实施例中伸缩式液压缸21选用两个，分别设置在履带式行走机构10左侧的两边，伸缩式液压缸21选用三级套筒形活塞杆22的伸缩式液压缸21；伸缩式液压缸21的活塞杆22端部设置了滚轮24，滚轮24的朝向与履带式行走机构10的行走方向保持一致，伸缩式液压缸21的缸体23与腔体111通过管道25连通，腔体111内充满液压油。

具体实施过程如下：在本机器人使用前，可打开箱盖32，向机架箱30的格子31内放入水、食物、药品等，然后可通过控制系统控制本机器人前往废墟，控制系统还可控制本机器人的前进路线和采集相关的信息，并进行分析和机器人行动的相关指令，在发现幸存者后，可对其进行及时的救治。在本机器人前进过程中，通过第一电机驱动支撑辊13转动，带动履带16移动，履带16移动可使本机器人利用履带式行走机构10在废墟中行走，履带16移动将会紧扣地面，使本机器人在废墟中行走较为平稳。本机器人在废墟中行走时，若遇到障碍物，履带式行走机构10前进会受阻，障碍物对履带16有反作用力，此反作用力经过行走辊14传递给伸缩块113，伸缩块113将会压缩第一弹性件114并伸入腔体111内，腔体111内的液压油将会转移至伸缩式液压缸21的缸体23中，从而使伸缩式液压缸21的活塞杆22伸出。由于伸缩式液压缸21的活塞杆22沿机架箱30倾斜向下，活塞杆22伸出后会对地面有一个支撑作用力，此支撑作用可减缓履带式行走机构10前部支撑辊13的受力，使支撑辊13前进时能够克服阻碍前进；若阻碍物的作用力加强，以上过程将会持续进行，使越障机构20与履带式行走机构10自适应配合，从而使履带式行走机构10可以越过障碍物继前行。当履带式行走机构10越过障碍物之后，在第一弹性件114的弹力作用下，伸缩式液压缸21缸体23的液压油转移至腔体111中，活塞杆22缩短，使越障机构20恢复至原始位置。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于，如图2和图3所示，本实施中机架箱30的左侧转动设置了转杆43，伸缩式液压缸21固定在转杆43上，转杆43上设置了传动齿轮45；机架箱30上设置了滑槽40，滑槽40内滑动连接有齿条41，齿条41与传动齿轮45啮合，机架箱30上设置了与齿条41连接的第二弹性件42，本实施例中第二弹性件42选用拉簧；支撑辊13上设置了半齿轮44，本实施例中传动齿轮45的直径大于半齿轮44直径。固定块11上设置了滑腔112，滑腔112内滑动连接有支杆115，履带式行走机构10左侧的支撑辊13及其相关结构连接在支杆115上；支杆115和伸缩块113之间连接有连接杆12，连接杆12两端分别与支杆115左端、伸缩块113下端铰接。当支撑辊13不受阻碍作用力时，伸缩块113处于正常状态，连接杆12和支杆115也将处于正常状态，此时齿条41将不会与半齿轮44啮合；当支撑辊13受到阻碍作用力时，伸缩块113伸入腔体111内，通过连接杆12带动支杆115伸入滑腔112内，此时齿条41将会与半齿轮44啮合。

本实施例中的机器人在前进过程中，若遇到障碍物伸缩块113将会往腔体111内伸入，此时通过连接杆12将会带动支杆115移动，进而带动支撑辊13位置发生变化，使半齿轮44与齿条41啮合。支撑辊13上的半齿轮44在本机器人行走过程中将会随之转动，半齿轮44转动将会带动齿条41移动；由于齿条41是滑动设置在机架箱30的滑槽40内，且机架箱30上设有与齿条41连接的第二弹性件42，齿条41在半齿轮44的作用下将会沿着滑槽40滑动，在半齿轮44转动过程中，半齿轮44的齿牙不与齿条41啮合时，齿条41将会在第二弹性件42的作用下滑动至原始位置；这就使齿条41在机器人行走过程中，将会在滑槽40内往复滑动，齿条41往复滑动将会带动传动齿轮45往复转动，使转杆43往复转动，从而带动伸缩式液压缸21往复摆动。

伸缩式液压缸21往复摆动，其活塞杆22将会随之往复摆动，活塞杆22摆动的过程就类似于步行机构的前进方式，越障机构20以此运动方式与履带16式步行机构配合，可使本机器人越障能力更佳。支杆115和连接杆12的设置，实现了伸缩式液压缸21的摆动是在本机器人前进遇到障碍物时才会发生的，进一步使越障机构20配合所需越障时使用，使本机器人的运动过程更为简便。

实施例3

本实施例与实施例1的不同之处在于，如图4所示，本机器人还包括支撑机构50，支撑机构50包括螺纹杆54、第二电机55、两个第一折叠杆52和两个第二折叠杆53；箱盖32上设置了伸缩杆51，第二电机55固定在伸缩杆51上端，第二电机55的输出轴与螺纹杆54固定连接；螺纹杆54右端螺纹连接有移动块57，螺纹杆54左端转动设置了连接块56，连接块56和移动块57上均设置了转动销58；第一折叠杆52和第二折叠杆53的一端均转动连接在转动销58上，两个第一折叠杆52的下端铰接有底板59，两个第二折叠杆53的上端铰接有顶板60。本实施例中箱盖32的上端设置了沿螺纹杆54的方向设置了条形槽(图中未示出)，条形槽为t形槽或者燕尾槽，底板59的下端与条形槽滑动连接；本实施例中顶板60的上端设置了支撑板61，用于加大支撑面积。

箱盖32内设置了空腔321，空腔321内滑动设置了挤压块322，挤压块322与空腔321之间设置了橡胶密封圈，实现挤压块322与空腔321滑动密封连接，伸缩杆51下端伸入空腔321与挤压块322固定连接，伸缩杆51伸入空腔321的部分设置了密封结构。箱盖32下端设置了支撑筒33，支撑筒33内滑动设置了顶杆34，本实施例中，支撑筒33和顶杆34均为四个，分布在箱盖32的四侧；顶杆34下端与机架箱30可拆卸连接，本实施例中机架箱30上设置了卡槽，顶杆34的下端通过卡和在卡槽内与机架箱30可拆卸连接。支撑筒33内部与空腔321上端连通，空腔321内位于挤压块322上端充满液压油。本实施例中，伸缩杆51能够伸长的长度小于第一折叠杆52的长度。

本实施例中的机器人发现幸存者后，若幸存者被重物压制，可将控制本机器人移动至幸存者被压制的一侧，然后可控制启动第二电机55，第二电机55转动带动螺纹杆54转动，移动块57和连接块56在第一折叠杆52和第二折叠杆53的限制作用下不会随螺纹杆54转动，移动块57将会在螺纹杆54转动的作用下沿螺纹杆54移动，连接块56与螺纹杆54转动连接则会保持不动。

移动块57随螺纹杆54的移动过程中，将会带动第一折叠杆52和第二折叠杆53转动，由于第一折叠杆52的下端与底板59铰接，第二折叠杆53的上端与顶板60铰接，在移动块57移动的过程中，如图5所示，第一折叠杆52和第二折叠杆53将会逐渐竖立起来；此过程中底板59将会在条形槽内滑动，从而避免第一折叠杆52和第二折叠杆53竖立起来后位置偏移；支撑机构50打开后，支撑板61对重物进行支撑，从而帮助幸存者减少痛苦，以及脱离重物的压制。

在伸缩杆51随螺纹杆54向上伸长的过程中，将会带动挤压块322向上移动，从而使空腔321内位于挤压块322上部的液压油转移至支撑筒33内，进而使顶杆34从支撑筒33内伸出将箱盖32顶出机架箱30上端，此时机架箱30打开，便于幸存者及时补给食物、水和药品等。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。