专利名称：煤矿井下搜救探测机器人运动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种煤矿井下搜救探测机器人装置，特别是具有较强的越障能力、很好的地 面适应性和可靠性的搜救探测机器人运动装置。
背景技术：
煤炭是主要能源之一，但由于煤层地质条件差以及矿井高瓦斯事故多，造成了较大的财 产损失和人员伤亡。因此，发明一种煤矿井下搜救探测机器人是煤矿井下发生瓦斯爆炸事故 后进行抢险探测的前提手段和必要工具。
现在国内外对越障机器人运动装置研究很多，但用于煤矿井下搜救探测方面的运动装置 设计与实际应用还有较大差距，结构性能有待提高。如中国科学技术大学的发明专利"一种 适应于多种障碍环境的复合机构机器人装置"，公开号为CN1775608A，综合运用轮式、履带两 种运动驱动形式，并通过结构变形，使得机器人适应各种不同的道路状况，但是机构较为复 杂，并且没有考虑后续环境探测、避障控制等功能的完成，如各种传感器的安装。北京理工 大学的发明专利"小型四履带移动机器人驱动装置"，公开号为CN101007548A，该装置由箱体、 左右对称布置的行走履带驱动装置、摆臂驱动装置和摆臂履带组件构成。机器人的履带和摆 臂均由直流伺服电机直接驱动，省去了复杂的传动机构，但其仅适用于地面移动，对煤矿井 下的自然环境和灾害现场的适应性较差。
申请人在考察了煤矿井下特殊的环境和灾害现场后，根据煤矿井下工作环境恶劣，路面 崎岖不平，障碍物较多，通行空间有限且不规则，甚至是非结构化的特点，对现有搜救探测 机器人的运动系统、通行能力和结构特点进行了重新设计以及进一步改进，提出了一种针对 煤矿井下特殊环境的运动装置。
发明内容
为解决搜救探测机器人在煤矿并下特殊环境中的行走问题，本发明提供一种前、后两段 履带可上下折转，左、右履带分别驱动的三段履带机器人运动装置，左、右履带分别驱动， 实现装置的灵活转弯，前段履带向上折转可使装置顺利爬上台阶式障碍，后段履带向下折转 可使装置平稳地支撑，避免后翻。所采用的具体技术方案如下
本发明煤矿井下搜救探测机器人运动装置，包括左、右两侧的行走履带运动装置，前、
后旋转臂运动装置和传感器旋转臂，其结构特征在于
所述的行走履带运动装置，包括主双联轮、履带、从双联轮、履带驱动电机及齿轮箱，其履带包覆在主双联轮和从双联轮的外侧，履带驱动电机输出端连接齿轮箱后带动主双联轮 转动，从双联轮安装在另一心轴的同一侧，通过履带的传动随主双联轮同步运动；
所述的旋转臂运动装置由主、从两部分通过连接板相连构成，包括主双联轮、从双联轮、 小轮、小轮支架、主扭动杆、主辅助杆、从扭动杆、从辅助杆、旋转臂履带、旋转臂驱动电 机及蜗轮箱，旋转臂履带包覆在双联轮内侧和小轮外，传感器臂固定安装在车体中央支撑板 上，包括转动杆、转动杆驱动电机、传感器支座、传感器旋转臂、传感器旋转臂驱动电机及 谐波减速器；
所述的传感器旋转臂驱动电机连接谐波减速器减速后驱动传感器旋转臂作360°旋转，转 动杆在转动杆驱动电机的驱动下亦可作360°旋转，实现传感器在空间姿态调整。
本发明煤矿井下搜救探测机器人运动装置中，所述的履带和旋转臂履带是双面同步齿形 带；所述的主双联轮，从双联轮分别安装在前、后心轴的同一侧，由履带驱动电机驱动主双 联轮，通过履带的传动实现两轮的同步运动；所述的旋转臂运动装置由主、从两部分组成， 其主扭动杆、主辅助杆、从扭动杆、从辅助杆分别联接在心轴的两端，主扭动杆由旋转臂驱 动电机驱动，并通过连接板与从扭动杆相连，实现旋转臂主、从两个部分绕心轴同步转动； 所述的调距杆两端通过六角螺母与支架连接，并调节主双联轮、从双联轮的相对位置，起到 对履带的张紧调节作用；所述的主扭动杆、主辅助杆的一端与连接板相连，另一端通过六角 螺母固定在小轮支架上，调整螺母可调节旋转臂履带的张紧力；所述的传感器旋转臂和转动 杆是电机驱动作360。旋转，实现传感器空间姿态调整，转动杆光电编码器是转动杆位置的反 馈元件。
本发明煤矿井下搜救探测机器人运动装置，在现有技术的基础上，通过对现有机器人的 结构设计以及结构改进，使其能够适应煤矿井下搜救探测的各种特殊环境。
本发明煤矿井下搜救探测机器人运动装置，由于采用分段式履带，直接由主双联轮和从 双联轮构成履带轮，而且双联轮和小轮构成的前、后旋转臂可在竖直平面内分别独立旋转， 使得本发明装置可釆用多种移动方式在路面崎岖不平、障碍物较多的煤矿井下环境中行驶， 在前方遇到障碍、坑洼沟壑以及各种路况(平坦路面、松软路面、坡度较大的倾斜路面)条 件下均能顺利通行，具有较强的越障能力、很好的地面适应性，为环境探测、避障控制等功 能的完成搭建了一个机动性好、可靠性高的机械移动平台。
图l是本发明的整体结构示意图
图2是本发明的一种实施结构主视图
图3是本发明的一种实施结构俯视图带 3:从双联轮 4:连接板 5:旋转臂履带 6: 旋转臂驱动电机 7:转动杆 8:转动杆驱动电机9:传感器支座 10:传感器旋转臂 11:传感器旋转臂驱动电机 12:支撑板13:调距杆14:履带驱动电机 15:
支架 16:扭动杆光电编码器 17:蜗轮箱 18:心轴 19:齿轮箱 20:从辅助杆 21:从扭动杆 22:小轮支架 23:小轮、24:主辅助杆 25:主扭动杆 26:回
转座 27:谐波减速器 28:转动杆光电编码器
具体实施例方式
下面结合附图用实施例来对本发明的具体实施方式
作出进一步的详细说明，以使本专业 的技术人员在阅读了本实施例后，能够进一步地理解和掌握本发明装置的结构特征，近而实 施和推广应用本发明装置。
如图l、图2和图3所示，煤矿井下搜救探测机器人运动装置，包括左、右两侧的行走 履带运动装置，前、后旋转臂运动装置和传感器臂。其中，行走履带运动装置包括主双联轮 1、履带2、从双联轮3、履带驱动电机14及齿轮箱19;包覆在主双联轮1、从双联轮3外侧 的履带采用双面同步齿形带，双面同步齿形带的内侧皮带齿起传动作用，双面同步齿形带的 外侧皮带齿起履带作用。两个履带驱动电机分别通过齿轮箱减速后控制左右两侧的主双联轮 运动，可绕心轴18作360°旋转，并利用同步齿形带以保证同一侧的主双联轮和从双联论速 度一致，机器人利用左右两侧的速度差即可实现转向运动。
旋转臂分为主、从两个部分，通过连接板4连接在一起，从而实现两部分的同步起落。 主动部分运动装置包括小轮23、小轮支架22、主扭动杆25、主辅助杆24、旋转臂履带5、 旋转臂驱动电机6及蜗轮箱17;从动部分包括小轮23、小轮支架22、从扭动杆21和从辅助 杆20，旋转臂履带5;包覆在双联轮内侧和小轮上的旋转臂履带采用双面同步齿形带，两个 旋转臂驱动电机分别通过蜗轮蜗杆减速装置减速后控制前、后两端的主扭动杆绕心轴旋转， 并通过小轮及小轮支架带动前、后旋转臂的起落，从而实现其主要功能l.前方遇到障碍时 可以把前旋转臂翻到障碍物上面，将车身逐渐抬起越过障碍；2.后旋转臂在越过障碍时可旋 到倾斜位置，起支撑作用，避免障碍较高时车身后翻；3.在平坦地面行进时，前、后旋转臂 可向上旋到与地面垂直，实现快速运动；4.在松软地面或宽度较窄的坑洼沟壑地面行进时， 前、后旋转臂可放下，增加车体与地面的接触面积，以加大摩擦，减少打滑；5、在坡度较大 的倾斜的路面上行进时，可以通过旋转前、后旋转臂起到支撑作用，防止倾覆现象的发生； 另外，采用扭动杆光电编码器16作为旋转臂位置的反馈元件，在越过障碍时，通过控制系统 实行对旋转臂位置的控制。
传感器臂包括转动杆7、转动杆驱动电机8、传感器支座9、传感器旋转臂10、传感器旋转臂驱动电机11、扭动杆光电编码器16及谐波减速器27。传感器旋转臂驱动电机11通过谐 波减速器27减速后驱动传感器旋转臂10作360°旋转，转动杆7在转动杆驱动电机8的驱动 下亦可作360。旋转，从而实现传感器在空间的姿态调整。扭动杆光电编码器16作为旋转臂 位置的反馈元件。另外，在传感器旋转臂上还可以根据实际使用需求添加感知周围环境信息 的其他传感器装置，实现对机器人的有效控制，以增强其适应煤矿井下各种复杂环境的能力。
权利要求
1. 一种煤矿井下搜救探测机器人运动装置，其含有左、右两侧的行走履带运动装置，前、后旋转臂运动装置和传感器旋转臂，其特征在于所述的行走履带运动装置，包括主双联轮(1)、履带(2)、从双联轮(3)、履带驱动电机(14)及齿轮箱(19)，其履带(2)包覆在主双联轮(1)和从双联轮(3)的外侧，履带驱动电机(14)输出端连接齿轮箱(19)后带动主双联轮(1)转动，从双联轮(3)安装在另一心轴的同一侧，通过履带(2)的传动随主双联轮(1)同步运动；所述的旋转臂运动装置，由主、从两部分通过连接板(4)相连构成，包括主双联轮(1)、从双联轮(3)、小轮(23)、小轮支架(22)、主扭动杆(25)、主辅助杆(24)、从扭动杆(21)、从辅助杆(20)、旋转臂履带(5)、旋转臂驱动电机(6)及蜗轮箱(17)，旋转臂履带(5)包覆在双联轮内侧和小轮外，传感器臂固定安装在车体中央支撑板(12)上，包括转动杆(7)、转动杆驱动电机(8)、传感器支座(9)、传感器旋转臂(10)、传感器旋转臂驱动电机(11)及谐波减速器(27)；所述的传感器旋转臂，由驱动电机(11)连接谐波减速器(27)减速后驱动传感器旋转臂(10)作360°旋转，转动杆(7)在转动杆驱动电机(8)的驱动下亦可作360°旋转，实现传感器在空间姿态调整。
2. 权利要求1所述的煤矿井下搜救探测机器人运动装置，其特征在于履带(2)和旋转臂 履带(5)是双面同步齿形带。
3. 权利要求1所述的煤矿井下搜救探测机器人运动装置，其特征在于主双联轮(l)和从 双联轮(3)分别安装在前、后心轴(18)的同一侧，由履带驱动电机驱动主双联轮(l)，通过履 带(2)的传动实现两轮的同步运动。
4. 权利要求1所述的煤矿井下搜救探测机器人运动装置，其特征在于旋转臂运动装置由 主、从两部分组成，主扭动杆(25)、主辅助杆(24)、从扭动杆(21)、从辅助杆(20)分别联接 在心轴(18)的两端，主扭动杆(25)由旋转臂驱动电机(6)驱动，并通过连接板(4)与从扭动杆 (21)相连，实现旋转臂主、从两个部分绕心轴同步转动。
5. 权利要求1所述的煤矿井下搜救探测机器人运动装置，其特征在于调距杆(13)两端通 过六角螺母与支架(15)连接，并调节主双联轮(l)、从双联轮(3)的相对位置，起到对履带(2) 的张紧调节作用。
6. 权利要求1所述的煤矿井下搜救探测机器人运动装置，其特征在于主扭动杆(25)、主 辅助杆(24)的一端与连接板相连，另一端通过六角螺母固定在小轮支架上，调整螺母可调节 旋转臂履带的张紧力。
7. 权利要求1所述的煤矿井下搜救探测机器人运动装置，其特征在于传感器旋转臂(IO) 和转动杆(7)是电机驱动作360°旋转，实现传感器空间姿态调整，转动杆光电编码器(28)是 转动杆位置的反馈元件。
全文摘要
本发明公开了一种煤矿井下搜救探测机器人运动装置。该装置由左、右两侧的行走履带运动装置，前、后旋转臂运动装置和传感器旋转臂及其控制系统构成。履带驱动电机控制左右两侧的主双联轮绕心轴360°旋转；旋转臂驱动电机控制前后两端的主扭动杆绕心轴转动，并通过小轮及小轮支架带动旋转臂的起落，实现前、后旋转臂在竖直平面内的旋转；传感器旋转臂上安装有传感器可在传感器旋转臂驱动电机、转动杆驱动电机的驱动下分别绕其轴线作360°旋转，从而实现传感器在空间的姿态调整。本发明可在障碍物较多的煤矿井下的特殊环境中行驶，具有很好的移动能力和可靠性，为环境探测、避障控制等功能的完成搭建了一个机动性好、可靠性高的机械移动平台。
文档编号B62D55/26GK101417674SQ200810079879
公开日2009年4月29日 申请日期2008年11月20日 优先权日2008年11月20日
发明者巍 周, 李元宗, 王园宇, 董志国 申请人:太原理工大学