专利名称：旋转足式两栖矿难搜救机器人的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及的是一种水陆两栖机器人。
背景技术：
仿生学是二十世纪中期出现的一门综合性边缘学科，是研究生物系统的结构、特质、功能、能量转换、信息控制等各种优异的特征，并把它们应用到技术系统，改善已有的技术工程设备，并创造出新的工艺过程、建筑构型、自动化装置等技术系统的综合性科学。由于仿生机器人所具有的灵巧动作对人类的生产、生活以及科学研究活动有着相当大的帮助，仿生机器人便成为了当今机器人研究领域的一个重要方向。改革开放以来，我国国民经济快速发展，推动能源需求急剧增长，作为占我国能源消耗70%以上构成的煤炭需求更是直线攀升，据统计，我国年煤炭产量已超过美国，稳居世界第一。然而，随着我国煤炭产量的快速增长，由于我国煤矿井下开采条件、管理水平、员工素质、安全装备等诸多原因，造成我国矿难频发。我国矿难死亡率居高不下的原因除了机械化程度低、煤层地质结构复杂、高瓦斯矿井多等原因之外，矿难救援水平落后也是一个不可忽略的重要因素。从国内外来看，对于矿难现场生产应急救援，由于事故发生后无法迅速准确地得到灾难现场的信息，如瓦斯浓度的高低、灾难现场是否发生火灾、被困或遇难人员的位置以及现场温度、氧气含量、CO等有害气体的含量、现场倒塌状况等，从而延误了救援工作的开展。矿难救援机器人可有效地解决这些问题。2006年初，美国西弗吉尼亚Mgo煤矿发生矿难，造成12名矿工死亡。事故发生后，救援人员使用GPS测定被困矿工的方位，然后从地面上钻了 3个深孔，以便给井下输送氧气，同时期望对井下的状况进行检测。救援人员通过深孔向井下派出了一个救援机器人，这是搜救机器人第1次用于矿难救援，但最终因机器人中途行进过程中陷入泥潭而受阻。目前，搜救机器人的种类很多，但结构都过于复杂，体积比较庞大，可靠性不高，容易出现故障。美国UC伯克利大学成功研制了仿生自主机器人RHex，每条腿只有1个位于髋部的驱动器。控制器采用关节空间闭环、任务空间开环的控制策略，通过改变5个参数值控制机器人的步态。实验证明，RHex可以较高速度穿越布有较大障碍物的路径，平面上的速度可达到0. 15m/s。但是，该自主机器人不具有两栖功能，在水路过渡过程中需要对机器人的腿部进行更换，因此，该机器人不具有实用性。
发明内容本实用新型的目的在于提供能够自主灵活、移动迅速、具有两栖性能的旋转足式两栖矿难搜救机器人。本实用新型的目的是这样实现的本实用新型旋转足式两栖矿难搜救机器人，其特征是包括壳体、壳体上盖、伺服驱动电机、两栖腿、陆地腿，两栖腿和陆地腿安装在壳体的两侧，每个两栖腿、陆地腿均连有一个伺服驱动电机，所有伺服驱动电机均安装在壳体里，壳体上盖固定在壳体上。本实用新型还可以包括1、所述的两栖腿的横截面呈封闭的弧形。2、壳体两侧每侧包括两个两栖腿和一个陆地腿，壳体每侧的两个两栖腿和另一侧的一个陆地腿组成一组运动机构，每组运动机构的两栖腿、陆地腿之间运动姿态保持一致。3、壳体两侧每侧的陆地腿位于两栖腿之间。4、每个伺服驱动电机通过各自的油封腔连接壳体。5、两栖腿和陆地腿通过各自的联轴器连接各自的伺服驱动电机。本实用新型的优势在于本实用新型是一种新的高效率、体积小、具有仿生特征的搜救机器人，在事故发生后能够迅速准确地到达灾难现场，及时得到现场的准确信息，具有很高的研究价值和广阔的应用前景。
图1为本实用新型的局部剖视图；图2为本实用新型的油封腔装配图；图3为本实用新型的总装立体图。
具体实施方式
以下结合附图举例对本实用新型做更详细地描述实施方式1 结合图1 3，本实施方式包括机器人具有密封性的壳体1、密封条4、密封条9、壳体上盖2、四条曲线型水路两用腿5、两条支撑腿8、油封腔7、油封圈10、联轴器6、伺服驱动电机3等。机器人壳体1侧面不对称地加工有六个方孔，该方孔互相交错，并且与油封腔7相配合，油封腔7即通过该孔，固定在壳体1上。油封腔7除了安装油封圈10起到动密封的作用以外，还充当伺服驱动电机3的电机固定座，通过四个螺栓使伺服驱动电机3固定，可控伺服驱动电机3输出轴固联有联轴器6，机器人的腿5和腿8通过螺栓固定在联轴器6上， 机器人壳体1与壳体上盖2之间、与油封腔7之间均通过螺栓固联，并且之间装有密封条4 和密封条9，起到静密封作用。本实用新型还可以包括这样一些结构特征1、腿5和腿8形状不同，两种机器人腿部共同作用，用来支撑机器人陆地行走。在水下行进时，腿5作为整个机器人的蹼，使机器人在水中顺利游动，而腿8只在陆地行走时起到支撑作用，在水下行进中不起作用；2、对比UC伯克利大学研制的RHex机器人来说，本实用新型在外形结构上更加紧凑，外形采用了不对称的结构形式，更加节省空间，使机器人体积进一步缩小。3、本实用新型机器人的油封腔7采用动密封与静密封相结合的方式，油封腔7内部安装有油封圈10，该油封圈10起到动密封作用，在联轴器6随伺服驱动电机3旋转时能够阻止外界杂质和液体进入机器人壳体内部，油封腔7底座上部加工有密封槽，该密封槽内置有密封条9，起到静密封作用。[0027]4、油封腔7不仅起到动密封与静密封的作用，而且还作为电机座，固定伺服驱动电机3。本实用新型搜救机器人的每个腿部均只有一个自由度，六条腿各自相互交叉分为两组，由一侧的前后两条腿和另一侧的中间腿组成一组，同为一组的三条腿能够同时着地， 这样机器人重心始终处于三条腿着地时所组成的三角形中，使得机器人在任意时刻都处于稳定状态，利用腿部的旋转来使得机器人顺利前行。结合图，伺服驱动电机3通过四个螺栓固定在油封腔7上，油封腔7内部过盈安装有油封圈9，起到动密封的作用，伺服驱动电机3的输出轴一端通过螺栓固定有联轴器6，另一端固联有机器人的腿部5和腿8，形成一个行走模块，整个行走模块都固定在机器人壳体 1的侧孔内，并在油封腔7与壳体1接触处装有密封条9。搜救机器人的每条腿都由一个伺服驱动电机驱动，通过联轴器直接与腿部不减速相固联。该电机利用尾部自带编码器，通过程序控制自动调整腿部转动速度，达到改变机器人运行速度、方向以及运行方式(陆地行走、水下游动)的目的。为了使机器人能够连续的在陆地上奔跑，两组腿部的旋转相位相差180°，这样即总有一组腿在机器人整体落地之前着地，使得机器人平稳连续前行。利用两组腿的旋转方向的不同，可以实现机器人的转向功能。在水下，搜救机器人仿生海龟的游动方式，利用较宽的腿部来回摆动，实现机器人的前进、后退、上升、下降的功能。
权利要求1.旋转足式两栖矿难搜救机器人，其特征是包括壳体、壳体上盖、伺服驱动电机、两栖腿、陆地腿，两栖腿和陆地腿安装在壳体的两侧，每个两栖腿、陆地腿均连有一个伺服驱动电机，所有伺服驱动电机均安装在壳体里，壳体上盖固定在壳体上。
2.根据权利要求1所述的旋转足式两栖矿难搜救机器人，其特征是所述的两栖腿的横截面呈封闭的弧形。
3.根据权利要求2所述的旋转足式两栖矿难搜救机器人，其特征是壳体两侧每侧包括两个两栖腿和一个陆地腿，壳体每侧的两个两栖腿和另一侧的一个陆地腿组成一组运动机构，每组运动机构的两栖腿、陆地腿之间运动姿态保持一致。
4.根据权利要求3所述的旋转足式两栖矿难搜救机器人，其特征是壳体两侧每侧的陆地腿位于两栖腿之间。
5.根据权利要求4所述的旋转足式两栖矿难搜救机器人，其特征是每个伺服驱动电机通过各自的油封腔连接壳体。
6.根据权利要求5所述的旋转足式两栖矿难搜救机器人，其特征是两栖腿和陆地腿通过各自的联轴器连接各自的伺服驱动电机。
专利摘要本实用新型的目的在于提供旋转足式两栖矿难搜救机器人，包括壳体、壳体上盖、伺服驱动电机、两栖腿、陆地腿，两栖腿和陆地腿安装在壳体的两侧，每个两栖腿、陆地腿均连有一个伺服驱动电机，所有伺服驱动电机均安装在壳体里，壳体上盖固定在壳体上。本实用新型是一种新的高效率、体积小、具有仿生特征的搜救机器人，在事故发生后能够迅速准确地到达灾难现场，及时得到现场的准确信息，具有很高的研究价值和广阔的应用前景。
文档编号B60F3/00GK202130523SQ201120203000
公开日2012年2月1日 申请日期2011年6月16日 优先权日2011年6月16日
发明者刘少智, 吴磊, 张群, 陈东华, 陈东良 申请人:哈尔滨工程大学