一种用于特种环境的多关节蛇形机器人装置以及控制系统的制作方法

本发明涉及机器人领域，特别是涉及一种用于特种环境的多关节蛇形机器人装置以及控制系统。

背景技术：

目前，我国已成为世界煤炭生产和消耗的第一大国，同时，我国也是发生煤矿安全事故最多的国家，煤矿安全事故造成了严重的财产损失和恶劣的社会影响。

由于矿难原因和矿难现场情况不明，救援人员在抢救中遇难的情况时有发生，如果在救援前采用可替代人的自动化设备伸入矿井探测矿难位置和矿难现场情况，就能在确保救援人员安全的前提下实施高效率救援，最大限度地减少人员和财产损失，因此研制单体井下救援机器人具有很大的必要性，但现有的井下救援机器人的越障能力非常差。

技术实现要素：

为解决背景技术中所提出的技术问题，本发明第一方面提出一种用于特种环境的多关节蛇形机器人装置，包括依次串联的多个子关节，所述子关节包括机身以及铰接在所述机身上的连接臂，所述多个子关节之间通过所述连接臂依次串联，所述机身的头部穿设有驱动轴，所述驱动轴的两端设置有主动轮，所述机身的尾部两侧设置有从动轮，所述机身内还设置有用于带动所述驱动轴进行旋转的驱动电机以及用于带动所述连接臂进行转动的俯仰电机。

优选地，所述驱动轴上设置有被动齿轮，所述驱动电机的输出轴上设置有与所述被动齿轮啮合的主动齿轮。

优选地，所述从动轮的圆心处设置有轴承，所述俯仰电机的输出轴伸出所述轴承与所述连接臂同轴连接。

优选地，所述从动轮的圆心处设置有轴承，所述俯仰电机的输出轴伸出所述轴承与所述连接臂同轴连接。

优选地，所述机身的外表面还包括有履带，所述主动轮以及所述被动轮的滚轮面与所述履带的内表面相贴合。

优选地，所述机身底部还设置有多个支撑轮，所述支撑轮位于所述主动轮与所述从动轮之间，所述支撑轮的滚动面与所述履带的内表面相贴合。

优选地，所述机身内还设置有减速器。

优选地，所述机身内还设置有电池以及功率电阻。

优选地，所述机身顶部设置有用于安装机载设备的设备支架。

优选地，所述机身上还设置有用于开启或关闭所述机器人装置的开关。

本发明第二方面提出一种用于特种环境的多关节蛇形机器人装置的控制系统，包括：

所述的机器人装置；

通讯模块；

基站；

服务器；

以及控制器；

其中，所述基站接收所述控制器发送至所述服务器的控制命令，以使得所述机器人装置基于所述通讯模块所接收的来自于所述基站的控制命令来进行工作。

本发明的有益效果如下：

本发明所述技术方案具有原理明确、设计简单的优点，当在救援过程中遇到障碍物时，机器人装置可通过俯仰电机带动连接臂进行转动，从而使得子关节之间相对发生弯曲，从而能够更好的进行越障，增加越障速度，提高救援效率。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本发明的第一个实施例提出的一种用于特种环境的多关节蛇形机器人装置的结构框图；

图2示出本实施例中的子关节的结构示意图；

图3示出本实施例中的子关节的仰视图；；

图4示出本发明的第二个实施例提出的一种用于特种环境的多关节蛇形机器人装置的控制系统的结构框图；

图5示出本发明的第三个实施例提出的一种计算机设备的结构框图。

图中：100、子关节；101、机身；102、连接臂；103、驱动轴；104、主动轮；105、从动轮；106、驱动电机；107、俯仰电机；108、被动齿轮；109、主动齿轮；110、轴承；111、履带；112、支撑轮；113、设备支架；114、开关。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

为解决背景技术中所提出的技术问题，图1示出本发明的第一个实施例提出的一种用于特种环境的多关节蛇形机器人装置的结构框图，如图1所示，包括依次串联的多个子关节100。

具体的，本实施例对子关节100的数量不做具体限定，图2为本实施例中的子关节100的结构示意图，图3为本实施例中的子关节100的仰视图，结合图2以及图3所示，子关节100包括有机身101以及铰接在机身101上的连接臂102，多个子关节100之间通过连接臂102依次进行串联，为了能够驱动子关节100进行移动，机身101的头部穿设有驱动轴103，驱动轴103两端设置有主动轮104，机身101的尾部相应的设置有从动轮105，机身101内还设置有用于带动驱动轴103进行旋转的驱动电机106，在工作时，驱动电机106上电，带动驱动轴103进行旋转，从而主动轮104相应的进行旋转，这样，机身101便可进行移动，从动轮105也会在主动轮104的带动下进行旋转，由于各个子关节100之间通过连接臂102进行串联，因此，各个子关节100也能够相应的沿同一条轨迹进行前进或后退的移动，而当遇到障碍物时，为了能够保证本实施例的机器人装置在移动的过程中进行顺利的越障，机身101内还设置有用于带动所述连接臂102进行转动的俯仰电机107，具体的，当机器人装置遇到障碍物时，可通过俯仰电机107来带动连接臂102进行旋转，从而使得子关节100进行抬起或放下的动作，从而能够使得整个机器人装置的结构发生整体的弯曲，从而进行更好的越障操作，需要说明的是，本实施例所述的驱动电机106可为伺服电机，仰俯电机107可为舵机。

进一步的，为了使得驱动电机106带动驱动轴103进行旋转，驱动轴103上设置有被动齿轮108，而驱动电机106的输出轴上则设置有与所述被动齿轮108啮合的主动齿轮109，当驱动电机106在工作时，由于主动齿轮109与被动齿轮108的啮合，使得驱动轴103相应的进行旋转，从而带动主动轮104进行旋转。

进一步的，连接臂102设置在机身101的尾部，需要说明的，连接臂102也可位于机身101的其他部位，本实施例对此不做具体限定。

在本实施例的具体示例中，从动轮105的圆心处设置有轴承110，而俯仰电机107的输出轴则伸出所述轴承110与位于从动轮105外侧的连接臂102同轴连接，这样，俯仰电机107在进行工作时，输出轴在进行转动的同时会带动连接臂102进行转动，从而能够使得子关节100之间发生相对的弯曲，从而能够使本实施例所提出的机器人装置在越障的过程中更加的便利，满足不同苛刻程度的救援环境。

进一步的，所述机身101的外表面还包括有履带111，所述主动轮104以及所述被动轮的滚轮面与所述履带111的内表面相贴合。

机身101外表面设置的履带111，能够增大机器人装置与地面之间的接触面，增大摩擦力以及抓地能力。

更一步的，所述机身101底部还设置有多个支撑轮112，所述支撑轮112位于所述主动轮104与所述从动轮105之间，所述支撑轮112的滚动面与所述履带111的内表面相贴合。

在本实施例的具体实施中，机身101内还设置有减速器(图中未示出)，相应的，减速器能够帮助本实施例中的机器人装置在进行前进/后退或抬起/放下的操作时，改变其相应的操作速度。

进一步的，所述机身101内还设置有电池以及功率电阻(图中未示出)。

机身101内设置的电池能够保证本实施例中的机器人装置的工作续航能力，而功率电阻则可能检测其工作功率，示例性的，电池可为锂电子电池。

进一步的，所述机身101顶部设置有用于安装机载设备的设备支架113。

具体的，机载设备可包括：气体采集传感器、热辐射成像传感器以及图像采集器，其中，气体采集传感器可进一步包括：一氧化碳传感器、甲烷传感器以及温度传感器，通过将上述的机载设备安装在设备支架113上，本实施例中的机器人装置可在工作的过程中，实时检测矿井中的相应气体含量，从而确定气体含量是否达标，并且能够实时对周围环境进行拍摄并进行热辐射成像，高效率的实施井下救援工作，需要说明的，上述的机载设备的种类仅仅为举例，工作人员可按照不同的需求将不同的种类的机载设备安装在不同的子关节100上，本实施例对此不做具体限定。

进一步的，所述机身101上还设置有用于开启或关闭所述机器人装置的开关114。

具体的，设置在机身101上的开关114可为触控式开关114、按压式开关114或无线控制开关114，在进行完救援工作后，可通过开关114来关闭机器人装置，以达到节省电量的目的。

综上所述，本实施例所述技术方案具有原理明确、设计简单的优点，当在救援过程中遇到障碍物时，机器人装置可通过俯仰电机107带动连接臂102进行转动，从而使得子关节100之间相对发生弯曲，从而能够更好的进行越障，增加越障速度，提高救援效率。

图4示出本发明的第二个实施例提出的一种用于特种环境的多关节蛇形机器人装置的控制系统的结构框图，如图4所示，所述系统包括：所述的机器人装置、通讯模块、基站、服务器以及控制器。

具体的，通讯模块可为安装在机身101上的wifi模块或lora模块，在工作时，工作人员可通过控制器来发送相应的控制命令，服务器会将控制命令转送至基站，而机器人装置则会通过通讯模块来接收基站所发送的控制命令，根据控制命令来进行相应的工作。

需要说明的是，控制器可为带有数据处理功能的手持遥控器或计算机，服务器可为工控机，基站为矿用无线基站，上述的控制命令可由控制器进行生成，示例性的，控制命令可包括：移动指令、越障指令以及停止移动指令，而当机器人装置上安装有相应的机载设备时，工作人员也可通过控制器发送控制命令来对机载设备进行相应的控制，而机器人装置则会根据相应的控制命令来进行操作，并将反馈数据通过通讯模块进行回传。

本发明的第三个实施例提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现对机器人装置发送控制命令的过程。如图5所示，适于用来实现本实施例提供的服务器的计算机系统，包括中央处理单元(cpu)，其可以根据存储在只读存储器(rom)中的程序或者从存储部分加载到随机访问存储器(ram)中的程序而执行各种适当的动作和处理。在ram中，还存储有计算机系统操作所需的各种程序和数据。cpu、rom以及ram通过总线被此相连。输入/输入(i/o)接口也连接至总线。

以下部件连接至i/o接口:包括键盘、鼠标等的输入部分；包括诸如液晶显示器(lcd)等以及扬声器等的输出部分；包括硬盘等的存储部分；以及包括诸如lan卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分。通信部分经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器也根据需要连接至i/o接口。可拆卸介质，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分。

特别地，提据本实施例，上文流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本实施例包括一种计算机程序产品，其包括有形地包含在计算机可读介质上的计算机程序，上述计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质被安装。

附图中的流程图和示意图，图示了本实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或示意图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，上述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，示意图和/或流程图中的每个方框、以及示意和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

描述于本实施例中所涉及到的单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。所描述的单元也可以设置在处理器中，例如，可以描述为：一种处理器包括指令生成单元、指令发送单元等。

作为另一方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例中所述装置中所包含的计算机可读存储介质；也可以是单独存在，未装配入终端中的计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质存储有一个或者一个以上程序，所述程序被一个或者一个以上的处理器用来执行描述于本实施例中的对机器人装置发送控制命令的过程。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。