一种救援机器人的制作方法

本发明涉及一种救援机器人，属于机器人技术领域。

背景技术：

随着社会经济和技术的进步，机器视觉技术已逐渐应用于各个领域中，特别是机器人技术领域内；在应急救援方面，相比于真人救援，部分复杂环境如山地、火场等，可能造成救援人员伤害，因此救援要求更高。鉴于此类情况多种多样的救援机器人被开发出来，多数救援机器人已经实现避障、现场信息采集、危险环境处理等功能，但复杂环境下实现机器人自主完成救援工作的功能，目前实现较少，因此需要研发一种基于机器视觉的可以在复杂环境下进行救援的机器人以完成此类工作。

技术实现要素：

本发明提供了一种救援机器人，以用于通过该机器人实现人员救援工作。

本发明的技术方案是：一种救援机器人，包括救援舱体、救援机械爪装置、四足运动装置、蓄电池；

所述救援舱体为矩形箱体，救援机械爪装置安装在救援舱体内部，四足运动装置安装在救援舱体外部前后两侧，蓄电池安装在救援舱体内部为救援机器人整体提供电源。

所述救援舱体包括支架底盘1、救援舱门2、内层保护壳3、顶端支撑板4、通风装置5、单叶片摆动式液压缸57、外部保护壳47、救援舱门控制器50、液压油箱51；

所述救援舱门2通过单叶片摆动式液压缸57安装在支架底盘1上，救援舱门2内部设有电磁锁，顶端支撑板4由两根竖杆和一根横杆组成，两根竖杆底端分别固定在支架底盘1的前后两端，两根竖杆顶端分别与横杆两端连接，内层保护壳3安装在支架底盘1和顶端支撑板4之间，内层保护壳3顶部固定在顶端支撑板4横杆上，内层保护壳3内侧设有气垫层，用于内嵌机械爪装置，通风装置5安装在顶端支撑板4一侧的竖杆上并与蓄电池直接连接，外部保护壳47固定在支架底盘1罩住顶端支撑板4及内层保护壳3，救援舱门控制器50、液压油箱51固定在内层保护壳3一侧外面，救援舱门控制器50通过导线与单叶片摆动式液压缸57及电磁锁连接，液压油箱51为单叶片摆动式液压缸57供油。

所述救援机械爪装置包括救援机械爪部件ⅰ、救援机械爪部件ⅱ、液压拉伸杆ⅰ28、液压拉伸杆ⅱ37、救援机械爪控制器49、伸缩杆58；液压拉伸杆ⅰ28和液压拉伸杆ⅱ37均由杆体和套筒构成，救援机械爪部件ⅰ、救援机械爪部件ⅱ相对安装在液压拉伸杆ⅰ28上，液压拉伸杆ⅱ37安装在液压拉伸杆ⅰ28上侧位置，液压拉伸杆ⅰ28和液压拉伸杆ⅱ37运动驱动机械爪部件ⅰ、救援机械爪部件ⅱ完成抓取，拉伸杆ⅱ37通过伸缩杆58与顶端支撑板4连接，伸缩杆58运动驱动机械爪部件ⅰ、救援机械爪部件ⅱ伸出及收回救援舱体，救援机械爪控制器49通过导线分别与液压拉伸杆ⅰ28、液压拉伸杆ⅱ37、伸缩杆58连接。

所述救援机械爪部件ⅰ、救援机械爪部件ⅱ结构相同，其中救援机械爪部件ⅰ包括多于四组的救援机械爪6、指节控制支架连接轴35、指节控制拉条36；

救援机械爪6包括第一指节24、第二指节25、第三指节26、第四指节27、压力感应器39、指节连接轴ⅰ30、指节连接轴ⅱ9、指节连接轴ⅲ29、机械爪控制轴ⅰ31、机械爪控制轴ⅱ38、机械爪控制曲柄ⅰ32、机械爪控制曲柄ⅱ33、指节控制支架34；

第一指节24一端通过机械爪控制轴31同时与机械爪控制曲柄ⅰ32一端及机械爪控制曲柄ⅱ33一端连接，机械爪控制曲柄ⅰ32另一端通过机械爪控制轴ⅰ31与液压拉伸杆ⅰ28的杆连接，机械爪控制曲柄ⅱ33另一端通过机械爪控制轴ⅱ38与液压拉伸杆ⅰ28的套筒连接，第一指节24另一端通过指节连接轴ⅰ30与第二指节25一端连接，第二指节25另一端通过指节连接轴ⅱ9与第三指节26一端连接，第三指节26另一端通过指节连接轴ⅲ29与第四指节27一端连接，第一指节24、第二指节25及第三指节26的内侧位置均安装有压力感应器39，第一指节24外侧与第二指节25外侧及第二指节24外侧与第三指节25外侧均通过指节控制支架34连接，机械爪部件ⅰ中第一指节24外侧之间、第二指节25外侧之间及第三指节26外侧之间通过指节控制支架连接轴35连接；

机械爪部件ⅰ第一指节24及机械爪部件ⅱ第一指节24上的指节控制支架连接轴35分别通过指节控制拉条36与液压拉伸杆ⅱ37的套筒连接。

所述四足运动装置包括运动机构ⅰ、运动机构ⅱ、运动机构ⅲ、运动机构ⅳ、四足运动装置控制器48；

运动机构ⅰ、运动机构ⅱ、运动机构ⅲ、运动机构ⅳ结构相同，运动机构ⅰ、运动机构ⅱ相对安装在救援舱体装置的前侧位置，运动机构ⅲ、运动机构ⅳ相对安装在救援舱体装置的后侧位置，其中运动机构ⅰ包括腿部角度调整板10、中型舵机ⅰ11、齿轮传动机构12、大腿连接架13、大腿部件14、中型舵机ⅱ56、中型舵机ⅲ8、小腿部件15、足部支撑件16、腿部传感器53、腿部支撑套筒54、腿部支撑杆55，腿部角度调整板10一端安装中型舵机ⅰ11并通过中型舵机ⅰ11与支架底盘1连接，腿部角度调整板10中间设有齿轮传动机构12，腿部角度调整板10另一端设有大腿连接架13，大腿部件14上端设有中型舵机ⅱ56并通过中型舵机ⅱ56与大腿连接架13连接，大腿部件14下端设有中型舵机ⅲ8并通过中型舵机ⅲ8与小腿部件15上端连接，足部支撑件16安装于小腿部件15下端，腿部支撑套筒54一端固定在小腿部件15中间位置，腿部支撑杆55一端固定在大腿部件14中间位置，腿部支撑套筒54与腿部支撑杆55配合连接，腿部传感器53安装于小腿部件15上，四足运动装置控制器48通过导线分别与中型舵机ⅰ11、中型舵机ⅱ56、中型舵机ⅲ8、腿部传感器53连接。

所述蓄电池包括主蓄电池40和备用蓄电池41，主蓄电池40共四个分为两组，备用蓄电池41共四个分为两组，每组分别安装于内层保护壳3两侧位置，蓄电池为机器人整体提供电源。

所述支架底盘1、救援舱门2、内层保护壳3、顶端支撑板4、救援机械爪6、外部保护壳47均选用轻型铝合金材料，所述四足运动装置选用高强度金属材料。

还包括机器视觉装置，机器视觉装置安装在救援舱体前侧，机器视觉装置由内置摄像机7、外置摄像机17、球型旋转保护壳18、锥齿轮传动机构19、图像采集装置及控制器22、摄像机水平支架20、摄像机竖直支架21、旋转轴23、小型舵机52构成，球型旋转保护壳18前侧设有开口，外置摄像机17通过摄像机水平支架20和摄像机竖直支架21穿过开口固定于球型旋转保护壳18内部，安装于球型旋转保护壳18内部外置摄像机17下侧的锥齿轮传动机构19及小型舵机52可驱动外置摄像机17实现水平面左右120度转动，安装于球型旋转保护壳18外部两侧的旋转轴23及小型舵机52可驱动外置摄像机17实现垂直面上下180度转动，内置摄像机7斜角度安装在救援舱体装置内支架底盘1前端的顶端支撑板4竖杆上，图像采集装置及控制器22通过导线分别与内置摄像机7、外置摄像机17、小型舵机52连接。

还包括感应装置，感应装置安装在机器视觉装置上侧位置，包括照明灯42、距离感应器43、红外热感应器44、感应器信号采集及控制系统45、感应装置壳体46，照明灯42、距离感应器43、红外热感应器44嵌套于感应装置壳体46前部，感应器信号采集及控制系统45安装在感应装置壳体46内部，感应器信号采集及控制系统45通过导线分别与照明灯42、距离感应器43、红外热感应器44连接，感应装置通过感应装置壳体46固定在机器视觉装置上侧位置。

所述四足运动装置控制器48、救援机械爪控制器49、救援舱门控制器50均通过导线与图像采集装置及控制器22连接。

本发明的有益效果是：采用机械爪装置及救援舱体能够实现人员救援及保护工作，配合四足运动机构能够实现不同路况下的行走移动。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的四足运动装置安装位置示意图；

图3为本发明的救援舱体装置结构示意图；

图4为本发明中机器视觉装置结构示意图；

图5为本发明中感应装置结构示意图；

图6为本发明中救援机械爪结构示意图；

图7为本发明中救援机械爪与顶端支撑板连接示意图；

图8为本发明中运动机构ⅰ结构示意图；

图中各标号为：1-支架底盘、2-救援舱门、3-内层保护壳、4-顶端支撑板、5-通风装置、6-救援机械爪、7-内置机器视觉系统摄像机、8-中型舵机ⅲ、9-指节连接轴ⅱ、10-腿部角度调整板、11-中型舵机ⅰ、12-齿轮传动机构、13-大腿连接架、14-大腿部件、15-小腿部件、16-足部支撑件、17-外置摄像机、18-球型旋转保护壳、19-锥齿轮传动机构、20-摄像机水平支架、21-摄像机竖直支架、22-图像采集装置及控制器、23-旋转轴、24-第一指节、25-第二指节、26-第三指节、27-第四指节、28-液压拉伸杆ⅰ、29-指节连接轴ⅲ、30-指节连接轴ⅰ、31-机械爪控制轴ⅰ、32-机械爪控制曲柄ⅰ、33-机械爪控制曲柄ⅱ、34-指节控制支架、35-指节控制支架连接轴、36-指节控制拉条、37-液压拉伸杆ⅱ、38-机械爪控制轴ⅱ、39-压力感应器、40-主蓄电池、41-备用蓄电池、42-照明灯、43-距离感应器、44-红外热感应器、45-感应器信号采集及控制系统、46-感应装置壳体、47-外部保护壳、48-四足运动装置控制器、49-救援机械爪控制器、50-救援舱门控制器、51-液压油箱、52-小型舵机、53-腿部传感器54-腿部支撑套筒、55-腿部支撑杆、56-中型舵机ⅱ、57-单叶片摆动式液压缸、58-伸缩杆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步说明，但本发明的内容并不限于所述范围。

实施例1：如图1-5所示，一种救援机器人，包括救援舱体、救援机械爪装置、四足运动装置、蓄电池；

所述救援舱体为矩形箱体，救援机械爪装置安装在救援舱体内部，四足运动装置安装在救援舱体外部前后两侧，蓄电池安装在救援舱体内部为救援机器人整体提供电源。

进一步地，可以设置所述救援舱体包括支架底盘1、救援舱门2、内层保护壳3、顶端支撑板4、通风装置5、单叶片摆动式液压缸57、外部保护壳47、救援舱门控制器50、液压油箱51；

所述救援舱门2通过单叶片摆动式液压缸57安装在支架底盘1上，救援舱门2内部设有电磁锁，顶端支撑板4由两根竖杆和一根横杆组成，两根竖杆底端分别固定在支架底盘1的前后两端，两根竖杆顶端分别与横杆两端连接，内层保护壳3安装在支架底盘1和顶端支撑板4之间，内层保护壳3顶部固定在顶端支撑板4横杆上，内层保护壳3内侧设有气垫层，用于内嵌机械爪装置，通风装置5安装在顶端支撑板4一侧的竖杆上并与蓄电池直接连接，外部保护壳47固定在支架底盘1罩住顶端支撑板4及内层保护壳3，救援舱门控制器50、液压油箱51固定在内层保护壳3一侧外面，救援舱门控制器50通过导线与单叶片摆动式液压缸57及电磁锁连接，液压油箱51为单叶片摆动式液压缸57供油。

进一步地，可以设置所述救援机械爪装置包括救援机械爪部件ⅰ、救援机械爪部件ⅱ、液压拉伸杆ⅰ28、液压拉伸杆ⅱ37、救援机械爪控制器49、伸缩杆58；液压拉伸杆ⅰ28和液压拉伸杆ⅱ37均由杆体和套筒构成，救援机械爪部件ⅰ、救援机械爪部件ⅱ相对安装在液压拉伸杆ⅰ28上，液压拉伸杆ⅱ37安装在液压拉伸杆ⅰ28上侧位置，液压拉伸杆ⅰ28和液压拉伸杆ⅱ37运动驱动机械爪部件ⅰ、救援机械爪部件ⅱ完成抓取，拉伸杆ⅱ37通过伸缩杆58与顶端支撑板4连接，伸缩杆58运动驱动机械爪部件ⅰ、救援机械爪部件ⅱ伸出及收回救援舱体，救援机械爪控制器49通过导线分别与液压拉伸杆ⅰ28、液压拉伸杆ⅱ37、伸缩杆58、压力感应器39连接。

进一步地，可以设置所述救援机械爪部件ⅰ、救援机械爪部件ⅱ结构相同，其中救援机械爪部件ⅰ包括多于四组的救援机械爪6、指节控制支架连接轴35、指节控制拉条36；

救援机械爪6包括第一指节24、第二指节25、第三指节26、第四指节27、压力感应器39、指节连接轴ⅰ30、指节连接轴ⅱ9、指节连接轴ⅲ29、机械爪控制轴ⅰ31、机械爪控制轴ⅱ38、机械爪控制曲柄ⅰ32、机械爪控制曲柄ⅱ33、指节控制支架34；

第一指节24一端通过机械爪控制轴31同时与机械爪控制曲柄ⅰ32一端及机械爪控制曲柄ⅱ33一端连接，机械爪控制曲柄ⅰ32另一端通过机械爪控制轴ⅰ31与液压拉伸杆ⅰ28的杆连接，机械爪控制曲柄ⅱ33另一端通过机械爪控制轴ⅱ38与液压拉伸杆ⅰ28的套筒连接，第一指节24另一端通过指节连接轴ⅰ30与第二指节25一端连接，第二指节25另一端通过指节连接轴ⅱ9与第三指节26一端连接，第三指节26另一端通过指节连接轴ⅲ29与第四指节27一端连接，第一指节24、第二指节25及第三指节26的内侧位置均安装有压力感应器39，第一指节24外侧与第二指节25外侧及第二指节24外侧与第三指节25外侧均通过指节控制支架34连接，机械爪部件ⅰ中第一指节24外侧之间、第二指节25外侧之间及第三指节26外侧之间通过指节控制支架连接轴35连接；

机械爪部件ⅰ第一指节24及机械爪部件ⅱ第一指节24上的指节控制支架连接轴35分别通过指节控制拉条36与液压拉伸杆ⅱ37的套筒连接。

通过救援机械爪控制器49控制液压拉伸杆ⅰ28的拉伸运动带动机械爪控制曲柄ⅰ32和机械爪控制曲柄ⅱ33做连杆运动，进而调整第一指节24的位置，通过控制液压拉伸杆ⅱ37的拉伸运动带动指节控制拉条36拉动第一指节24上的指节控制支架连接轴35，进而拉动各指节上的指节控制支架34实现各指节旋转运动，压力感应器39可以对抓取力度进行采集并通过救援机械爪控制器49调整抓取的力度，救援机械爪第一指节24先接触人体，第二指节25、第三指节26逐步以合适的压力接触人体完成抓取动作，第四指节27仅作为一种支撑形式。

进一步地，可以设置所述四足运动装置包括运动机构ⅰ、运动机构ⅱ、运动机构ⅲ、运动机构ⅳ、四足运动装置控制器48；

运动机构ⅰ、运动机构ⅱ、运动机构ⅲ、运动机构ⅳ结构相同，运动机构ⅰ、运动机构ⅱ相对安装在救援舱体装置的前侧位置，运动机构ⅲ、运动机构ⅳ相对安装在救援舱体装置的后侧位置，其中运动机构ⅰ包括腿部角度调整板10、中型舵机ⅰ11、齿轮传动机构12、大腿连接架13、大腿部件14、中型舵机ⅱ56、中型舵机ⅲ8、小腿部件15、足部支撑件16、腿部传感器53、腿部支撑套筒54、腿部支撑杆55，腿部角度调整板10一端安装中型舵机ⅰ11并通过中型舵机ⅰ11与支架底盘1连接，腿部角度调整板10中间设有齿轮传动机构12，腿部角度调整板10另一端设有大腿连接架13，大腿部件14上端设有中型舵机ⅱ56并通过中型舵机ⅱ56与大腿连接架13连接，大腿部件14下端设有中型舵机ⅲ8并通过中型舵机ⅲ8与小腿部件15上端连接，足部支撑件16安装于小腿部件15下端，腿部支撑套筒54一端固定在小腿部件15中间位置，腿部支撑杆55一端固定在大腿部件14中间位置，腿部支撑套筒54与腿部支撑杆55配合连接，腿部传感器53安装于小腿部件15上，四足运动装置控制器48通过导线分别与中型舵机ⅰ11、中型舵机ⅱ56、中型舵机ⅲ8、腿部传感器53连接。

四足运动装置控制器48控制四足运动装置实现机器人的运动，四足运动装置控制器48控制中型舵机ⅱ56和中型舵机ⅲ8驱动大腿部件14和小腿部件15及足部支撑件16实现摆动运动，对于复杂的坡地环境，四足运动装置控制器48可以通过控制中型舵机ⅰ11和齿轮传动机构12驱动腿部角度调整板10调整四足之间的角度，使机体在坡地环境下的支撑更稳定，上坡时，使前侧两足之间角度减小，后侧两足之间角度增大；下坡时，使前侧两足之间角度减大，后侧两足之间角度增小。

进一步地，可以设置所述蓄电池包括主蓄电池40和备用蓄电池41，主蓄电池40共四个分为两组，备用蓄电池41共四个分为两组，每组分别安装于内层保护壳3两侧位置，蓄电池为机器人整体提供电源。如果主蓄电池40供电不足或无法正常供电时，备用蓄电池41启用并为机器人整体提供电源。

进一步地，可以设置所述支架底盘1、救援舱门2、内层保护壳3、顶端支撑板4、救援机械爪6、外部保护壳47均选用轻型铝合金材料，所述四足运动装置选用高强度金属材料。

进一步地，可以设置还包括机器视觉装置，机器视觉装置安装在救援舱体前侧，机器视觉装置由内置摄像机7、外置摄像机17、球型旋转保护壳18、锥齿轮传动机构19、图像采集装置及控制器22、摄像机水平支架20、摄像机竖直支架21、旋转轴23、小型舵机52构成，球型旋转保护壳18前侧设有开口，外置摄像机17通过摄像机水平支架20和摄像机竖直支架21穿过开口固定于球型旋转保护壳18内部，安装于球型旋转保护壳18内部外置摄像机17下侧的锥齿轮传动机构19及小型舵机52可驱动外置摄像机17实现水平面左右120度转动，安装于球型旋转保护壳18外部两侧的旋转轴23及小型舵机52可驱动外置摄像机17实现垂直面上下180度转动，内置摄像机7斜角度安装在救援舱体装置内支架底盘1前端的顶端支撑板4竖杆上，图像采集装置及控制器22通过导线分别与内置摄像机7、外置摄像机17、小型舵机52连接。

进一步地，可以设置还包括感应装置，感应装置安装在机器视觉装置上侧位置，包括照明灯42、距离感应器43、红外热感应器44、感应器信号采集及控制系统45、感应装置壳体46，照明灯42、距离感应器43、红外热感应器44嵌套于感应装置壳体46前部，感应器信号采集及控制系统45安装在感应装置壳体46内部，感应器信号采集及控制系统45通过导线分别与照明灯42、距离感应器43、红外热感应器44连接，感应装置通过感应装置壳体46固定在机器视觉装置上侧位置。

进一步地，可以设置所述四足运动装置控制器48、救援机械爪控制器49、救援舱门控制器50均通过导线与图像采集装置及控制器22连接。

本发明的工作原理是：启动机器人，通过四足运动装置控制器48控制四足运动装置运动，驱使救援机器人移动到待救援人员位置并进行位置微调，位置确定后，救援舱门控制器50控制单叶片摆动式液压缸57开启救援舱门2，救援机械爪控制器49通过控制液压拉伸杆ⅱ37运动带动救援机械爪6伸出救援舱体，进而救援机械爪控制器49控制液压拉伸杆ⅰ28运动驱动救援机械爪6抓取待救援人员，最后救援机械爪控制器49通过控制液压拉伸杆ⅱ37运动带动救援机械爪6将待救援人员带回救援舱体内，救援舱门控制器50控制单叶片摆动式液压缸57关闭救援舱门2，此时救援舱门2作为休息台，救援机械爪控制器49控制液压拉伸杆ⅰ28运动驱动救援机械爪6将待救援人员安放在救援舱门2上，通风装置5保证舱内的空气流通。

附加机器视觉装置和感应装置后，可以通过基于机器视觉技术对待救援人员的位置进行自动识别，首先机器人通过机器视觉装置中外置摄像机17对待救援人员进行图像数据采集，并将图像数据传输给采集装置及控制器22，采集装置及控制器22对图像数据进行判断并确定待救援人员的位置信息，并将待救援人员的位置信息传输给四足运动装置控制器48，四足运动装置控制器48驱动四足运动装置运动驱使救援机器人移动到待救援人员位置，在移动过程中，机器视觉装置继续通过外置摄像机17及采集装置及控制器22进行路径辨识及障碍辨识，救援过程中通过内置摄像机7监测救援机械爪6的抓取过程，并实时监测待救援人员状态。

上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。