一种可调姿三自由度并联救援机器人的制作方法

本发明涉及救援机器人技术领域，尤其涉及一种可调姿三自由度并联救援机器人。

背景技术：

全球自然灾害与人为灾害频发，严重威胁着人类安全和社会稳定。在灾后遇难者中有相当一部分人是由于得不到及时救援而失去了生命。例如，在地震救援中，房屋倒塌和山体滑坡将会延误救援人员进入灾区的时间，导致救援不及时；在火灾救援中，救援环境温度高，氧气稀薄，易存在毒气甚至爆炸，严重威胁救援人员的生命；因此，研制和开发用于搜寻和营救的救援机器人具有重要的理论和实际意义。但是现有的救援机器人体型较大，且大部分无法通过自身姿态的调整来对不同姿态人体进行施救，且救援机器人专用性普遍较强，通用性较差。

公开号为cn107486832a的发明专利公开了一种轮式救援机器人，包括机架、行走机构、抓取机构、控制模块、遥控器和电源；该机器人在实际操作过程中，由于外部环境的复杂性，可能会影响该轮式救援机器人机械手的实际使用性能，震灾中障碍一般较为沉重，机械手也难以施展；公开号为cn107336213a的发明专利公开了一种火灾现场救援机器人，采用主动行走单元和辅助行走单元组合的行走模式，采用履带抓地；但是在火灾现场中可能会有很多零散杂物，同时其缺少必要的清障，势必会对行动造成影响，影响搜救速度；公开号为cn101869745a的发明专利公开了一种救援机器人，包括躯干、六条腿、牵引绳、控制单元、电源、输送单元；该六足机器人越障能力比较强，但是控制较为复杂，体积过小，只能提供搜索功能，无法将伤员运送至后方。

因此，现有技术中各类救援机器人均存在一定的缺陷和不足之处，其能否在救援过程中起到重要作用并产生理想的技术效果还有待于进一步探讨。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种能够实现机器人的可调姿救援、稳定越障，并且通用性较强，适用于地面较为崎岖的各种常见的灾害救援任务的一种可调姿三自由度并联救援机器人。

本发明采用的技术方案如下：

本发明所提出的一种可调姿三自由度并联救援机器人，包括动平台、运动分支、越障机构和示意执行机构；所述运动分支分别设置在动平台左右两端的底部，所述越障机构分别设置在运动分支的底部，所述示意执行机构对称设置在动平台中间左右两侧的底部；

所述动平台包括矩形顶座和对称设置在矩形顶座中间左右两侧用于连接示意执行机构的若干竖梁；且所述矩形顶座中心处的上部设置有陀螺仪。

所述运动分支包括设置在矩形顶座一端中底部的第一分支，以及对称设置在矩形顶座另一端前后两侧底部的第二分支和第三分支；

所述第一分支包括依次连接在动平台与越障机构之间的第一转动副、第一移动副和第一球铰；所述第二分支包括依次连接在动平台与越障机构之间的第二转动副、第二移动副和第二球铰；所述第三分支包括依次连接在动平台与越障机构之间的第三转动副、第三移动副和第三球铰；其中，所述第一转动副、第二转动副和第三转动副在动平台上呈对称分布。

进一步的，所述第一移动副为一级剪叉机构，所述第二移动副、第三移动副为尺寸相同的二级剪叉机构，且所述一级剪叉机构的宽度大于二级剪叉机构的宽度；

进一步的，所述一级剪叉机构和二级剪叉机构为由丝杠驱动的主运动副。

进一步的，所述第一球铰、第二球铰和第三球铰为尺寸相同的球关节轴承。

进一步的，所述第二分支和第三分支结构、尺寸均相同。

进一步的，所述越障机构包括设置在第一分支底部的第一履带底盘和设置在第二分支底部的第二履带底盘，以及设置在第三分支底部的第三履带底盘，且所述第二履带底盘和第三履带底盘的尺寸相同，所述第一履带底盘的长度大于第二履带底盘和第三履带底盘的长度。

进一步的，所述矩形顶座中心处的上部设置有陀螺仪。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1.本发明的救援机器人采用3-spr并联机构，可实现动平台的两转一移，能够实现对不同人体姿态的调姿救援；

2.本发明的救援机器人由于采用了并联机构，借助陀螺仪能够使动平台保持对大地的相对平行，这样在转运伤员的过程中，将大幅度地避免对伤员的二次伤害；

3.本发明的救援机器人采用的越障机构为三对履带底盘，能够较好的实现对崎岖路面的越障。

附图说明

图1是本发明所提出的一种可调姿三自由度并联救援机器人一个实施例的整体结构示意图；

图2是图1的内部结构示意图；

图3是图2中第一分支的结构示意图；

图4是图2中第二分支的结构示意图；

图5是图2中第三分支的结构示意图；

图6是本发明调姿状态的结构示意图。

其中，附图标记：1-动平台；11-矩形顶座；111-陀螺仪；12-竖梁；13-外壳；14-天线；2-运动分支；21-第一分支；r1-第一转动副；p1-第一移动副；s1-第一球铰；22-第二分支；r2-第二转动副；p2-第二移动副；s2-第二球铰；23-第三分支；r3-第三转动副；p3-第三移动副；s3-第三球铰；3-越障机构；31-第一履带底盘；32-第二履带底盘；33-第三履带底盘；4-示意执行机构。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“顶部”、“底部”、“一侧”、“另一侧”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。

参见图1，给出了本发明所提出的一种可调姿三自由度并联救援机器人的一个实施例的整体结构示意图。该救援机器人包括动平台1、运动分支2、越障机构3和示意执行机构4；所述运动分支2分别并联连接在动平台1左右两端的底部，所述越障机构3分别转动副连接在各运动分支2的底部，所述示意执行机构4分别对称连接在动平台1中底部的左右两侧，所述示意执行机构4可采用各种结构的救援夹爪。

参见图2，本实施例中，所述动平台1整体近似长方体结构，所述动平台1包括矩形顶座11和竖梁12；所述竖梁12固定连接在矩形顶座11中间两侧的横梁下方，所述竖梁12底部可以固定连接不同结构的救援夹爪，从而实现救援功能；所述竖梁12的数量可根据实际需要进行调整，本实施例中，矩形顶座11中间两侧的横梁下方左右两侧各安装有六根竖梁12，用来固定连接示意执行机构4，所述矩形顶座11中心处的上部安装有陀螺仪111；且所述动平台1的外侧安装有外壳13，所述外壳13上连接有用于远程操控传输信号的天线14。

参见图3、图4、图5，本实施例中，所述运动分支2包括第一分支21、第二分支22和第三分支23三个分支，其中，所述第一分支21包括依次连接在动平台1右端中底部和越障机构3之间的第一转动副r1、第一移动副p1和第一球铰s1；所述第二分支22包括依次连接在动平台1左端前侧底部和越障机构3之间的第二转动副r2、第二移动副p2和第二球铰s2；所述第三分支23包括依次连接在动平台1左端后侧底部和越障机构3之间的第三转动副r3、第三移动副p3与第三球铰s3；本实施例中，所述第一移动副p1为一级剪叉机构，所述第二移动副p2和第三移动副p3为尺寸相同的二级剪叉机构，且所述一级剪叉机构的宽度大于二级剪叉机构的宽度，且所述剪叉机构均为由丝杠驱动的主运动副；所述第一球铰s1、第二球铰s2和第三球铰s3为尺寸相同的球轴承关节；且所述第二分支22与第三分支23结构、尺寸均相同；所述第一转动副r1、第二转动副r2和第三转动副r3在动平台1上呈对称分布；本发明整体是一个3-spr并联机构，可实现动平台1沿x、y轴转动以及沿z轴移动的两转一移功能。

参见图2，本实施例中，所述越障机构3包括第一履带底盘31、第二履带底盘32和第三履带底盘33；所述第一履带底盘31与所述第一球铰s1连接，所述第二履带底盘32与所述第二球铰s2连接，所述第三履带底盘33与所述第三球铰s3连接；其中：所述第二履带底盘32与第三履带底盘33尺寸相同，且所述第一履带底盘31的长度大于第二履带底盘32与第三履带底盘33的长度；所述三对履带底盘相对独立运动，可翻越一定难度的障碍物。

参见图6，给出了本实施例中一种可调姿三自由度并联救援机器人的调姿状态示意图，若被救人员躺于一定斜坡上，在各运动副的配合下，动平台1绕某一轴转动一定角度，实现调姿，在示意执行机构4的配合下，可将被救人员救出。

本发明的工作原理为：使用本救援机器人时，使用人员首先对机器人进行检测，确认没有问题后方可投入使用；使用时，首先将安装在车身顶部中心处的陀螺仪111开启，然后分别驱动第一履带底盘31、第二履带底盘32和第三履带底盘33，使救援机器人朝向伤员前进，行驶过程中，所述陀螺仪111将角度信号通过天线14传输至控制器，通过控制器根据信号的变化控制运动分支2的驱动，在3个移动副的作用下，使动平台1始终与大地保持相对平行，三对履带底盘可跨越一定难度的障碍，到达伤员处，此时动平台1可根据获取的人体姿态数据借助陀螺仪111进行两转一移的调姿，配合提前安装好的示意执行机构4，实现对伤员的救起作业，然后通过各移动副的作用，使动平台1恢复到与大地平行，最后将伤员转运至安全处；在转运过程中，借助陀螺仪111对角度的实时反馈和控制器对驱动的控制，使动平台1始终与大地处于相对平行，避免了对伤员的二次伤害，从而安全高效的实现救援任务。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。