一种自适应地形的多自由度救援机器人的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种矿用机械设备，更具体的说是涉及一种自适应地形的多自由度救 援机器人。
【背景技术】
[0002] 煤矿的安全问题不但影响煤炭行业的高效生产，而且制约着整个国民经济的发 展。世界各国对煤炭安全生产、预防事故及灾后搜索救援非常重视。然而目前国内外矿下 搜救工作还是以人工搜救为主，由于发生灾难时矿下的情况复杂，比如瓦斯浓度、灾难现场 是否发生火灾以及起火点位置、现场温度、氧气、一氧化碳等有害气体的含量、现场倒塌等 状况难以确定等问题，若贸然派遣搜救人员进入搜救可能会产生新的安全事故。
[0003] 有公告号为CN 203780637U的专利公开了一种矿用救援机器人，其特征在于：包 括机体（1)和用于驱动机体（1)运动的主履带（2)，机体（1)的上部设置有观察杆（9)，观 察探头（10)以可360°转动的方式设置在观察杆（9)的顶部，在机体（1)的前方设置有机 械手（11)，机体（1)的后部设置有爬坡履带（6)，爬坡履带（6)通过一向上翘起的过渡履带
[4] 与主履带⑵构成完整的履带传动系统，爬坡履带（6)的履带轮由支架（5)支撑，支架
[5] 的一端铰接在过渡履带⑷的支架上，并由设置在机体⑴上的液压油缸（7)的活塞杆 控制支架（5)带动爬坡履带（6)绕铰接点转动，以调节爬坡履带（6)的倾斜角度；所述机体 (1)的下方还设置有可升降橡胶轮（3);所述机体（1)内设置有控制器（8)，控制器（8)接 收观察探头（10)检测到的信号，并控制机械手（11)、液压油缸（7)和可升降橡胶轮（3)运 动，该机器人通过爬坡履带、主履带以及过渡履带的设置，使得该机器人具有较强的地形适 应能力，但是在发生煤矿事故的之后煤矿，其内部都会充满许多可燃的且有毒的气体，因而 营救的时间就显得十分的重要，然而上述的机器人由于采用履带式驱动，因而其速度较慢， 同时为避免履带断裂，其履带的材质一般为金属材质，而金属材质在与煤矿矿洞表面摩擦 的时候，容易产生热量，这样就容易出现在机器人行进的过程中引燃了煤矿内的可燃气体， 导致二次事故的发生，然而现有的轮式机器人虽然拥有较快的移动速度，同时也不容易导 致二次事故，但是在倒塌后的煤矿内地形较为复杂，所以现有的轮式机器人也不适用于煤 矿的救援。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种移动速度快且能够适用多 种地形的多自由度救援机器人。
[0005] 为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种自适应地形的多自由度救援 机器人，包括机器人本体以及设置在下方用于驱动机器人本体运动的驱动装置，所述驱动 装置包括设置在机器人本体下方的驱动轮和设置在机器人本体一侧的爬坡轮，所述爬坡轮 与驱动轮联动连接，且还通过一摆臂连接，所述机器人本体内设有驱动电机，所述驱动电机 与驱动轮通过第一联动机构联动，所述机器人本体内还设有驱动电机驱动电路，所述驱动 电机驱动电路与驱动电机耦接，所述驱动电机驱动电路包括：
[0006] 第一主控芯片，为AT89C51单片机，该单片机的PlO 口耦接一电阻后耦接一三极 管的基极，且该三极管的集电极耦接一电感后接电源，其中该电感还并联有一二极管，该 单片机的Pll 口耦接一电阻后耦接一三极管的基极，且该三极管的集电极耦接一电感后接 电源，其中该电感还并联有一二极管，且该单片机的P3. 2 口耦接一电阻后接一三极管基 极，且该三极管的集电极耦接一电感后接电源，其中该电感还并联有一二极管，该单片机的 P3. 3 口耦接一电阻后耦接一三极管的基极，且该三极管的集电极耦接一电感后接电源，其 中该电感还并联有一二极管。
[0007] 第一开关电路，包括四个单刀双掷开关，其中每两个开关为一组其一端均与一个 驱动电机电连接，另一端均电连接至电源，同时还耦接有一二极管，该二极管的阴极与单刀 双掷开关耦接，阳极耦接有两个相互并联的开关管，两个开关管的栅极相互连接后与两个 三极管耦接，其中一个三极管的发射极与另一个三极管的集电极耦接后与开关管栅极耦 接，两个三极管的基极相互连接后耦接一电阻后接电源，同时还耦接一个三极管的集电极， 该三极管的发射极接地，基极耦接至上述51单片机的I/O 口，所述机器人本体内设有摆动 电机，所述摆动电机与摆臂通过第二联动机构联动，所述机器人本体内还设有摆动电机驱 动电路，所述摆动电机驱动电路与摆动电机耦接，所述摆动电机驱动电路包括：
[0008] 第二主控芯片，为AT89C51单片机，该单片机的PlO 口该单片机的PlO 口耦接一电 阻后耦接一三极管的基极，且该三极管的集电极耦接一电感后接电源，其中该电感还并联 有一二极管，该单片机的PII 口耦接一电阻后耦接一三极管的基极，且该三极管的集电极 耦接一电感后接电源，其中该电感还并联有一二极管，该单片机的P3. 2和P3. 3 口均耦接有 一编码器；
[0009] 第二开关电路，包括两个单刀双掷开关，其一端均与一个驱动电机电连接，另一端 均电连接至电源，同时还耦接有一二极管，该二极管的阴极与单刀双掷开关耦接，阳极耦接 有开关管，开关管的栅极与两个三极管耦接，其中一个三极管的发射极与另一个三极管的 集电极耦接后与开关管栅极耦接，两个三极管的基极相互连接后耦接一电阻后接电源，同 时还耦接一个三极管的集电极，该三极管的发射极接地，基极耦接至上述AT89C51单片机 的 P2. 0 口；
[0010] 所述第一联动机构包括行星减速器、与行星减速器输入轴同轴固定的传动大齿 轮、套接在驱动电机转轴上的传动小齿轮以及用于与驱动轮链条传动的链轮，所述传动大 齿轮与传动小齿轮相嗤合；
[0011] 所述第二联动机构包括传动轴、与传动轴同轴固定的链轮以及套设在传动轴上的 轴承，所述摆臂与轴承套固定连接，所述轴承套上同轴固定有大齿轮，所述大齿轮上啮合有 小齿轮，且小齿轮与摆动电机转轴同轴固定。
[0012] 通过采用上述技术方案，通过驱动轮的设置，在机器人行进的过程中可以通过摆 臂的转动，将爬坡轮收起，这样机器人就可以通过驱动轮在煤矿内快速运动了，有效的避免 了履带式机器人在救援的过程中出现的行动过慢的问题，同时通过爬坡轮和摆臂的设置， 在遇到不规则地形时，就可以通过摆臂来调整爬坡轮与驱动轮之间的角度，即爬坡轮与地 面之间的角度，这样就可以使得机器人有效的适应不规则地形了，使得机器人在煤矿救援 过程中更加的高效，而通过驱动电机和第一联动机构的设置，就可以驱动驱动轮快速转动， 这样就可以有效的驱动机器人在煤矿救援的过程中能够快速的移动，有效地避免了履带式 机器人出现的移动速度慢的问题，通过驱动电机驱动电路的设置，就能够更好的驱动驱动 电机动作，使得机器人在救援工作中能够更好更快的移动，第一主控芯片的设置就可以有 效的控制第一开关电路内的四个单刀双掷开关，供给两个驱动电机的电源是正向的还是反 向的，以控制机器人是否前进、后退或者转弯，通过摆动电机的设置，就可以有效的驱动摆 臂上下摆动，就可以不断的调整摆臂与水平面之间的夹角，这样在出现上坡的时候，就可以 通过摆动电机驱动第二联动机构来带动摆臂向上摆动，将爬坡轮放置到坡的高处，然后通 过爬坡轮将机器人带到坡的高处，机器人就可以有效的完成一个爬坡的过程，这样就能够 使得机器人适应多种地形，同时不需要气源和液压源，大大的减少了机器人的体积，摆动电 机驱动电路的设置就可以有效的驱动摆动电机的旋转，对摆动电机的旋转达到一个控制的 作用，通过第二主控芯片的设置就可以有效的控制第二开关电路内的两个单刀双掷开关， 供给两个驱动电机的电源是正向的还是反向的，以控制机器人的摆臂是否向上或是向下摆 动，由于电机在旋转的过程中是十分快速的，若是直接将电机的转轴与驱动轮同轴固定，会 导致驱动轮旋转过快的问题，因而在这里采用了行星减速器以及大小齿轮的设置，就可以 有效的对电机传输到驱动轮上的旋转速度进行一个减速的作用，使得驱动轮拥有合适的转 速，同时通过链轮的设置，就可以设置多个同时旋转的驱动轮，进一步增强机器人的地形适 应能力，通过传动轴和轴承的设置，就可以有效的将驱动轮的转动与摆臂的转动独立开来， 使得两者之间的转动互不影响，这样就可以有效的驱动摆臂上下摆动了。
[0013] 本发明进一步设置为：所述爬坡轮和驱动轮均为充气轮胎。
[0014] 通过采用上述技术方案，充气轮胎与地面的接触部分为橡胶，因而机器人在行进 的过程中不容易打滑，同时还不会出现履带式机器人在行进的过程中产生较大热量，造成 二次事故的问题。
【附图说明】
[0015] 图1为本发明的一种自适应地形的多自由度救援机器人的整体结构图；
[0016] 图2为图1中第一联动机构的整体结构图；
[0017] 图3为图1中第二联动机构的整体结构图；
[0018] 图4为图1中驱动电机驱动电路的电路图；
[0019] 图5为图1中摆动电机驱动电路的电路图；
[0020] 图6为本发明的一种自适应地形的多自由度救援机器人的地形适应示意图。
[0021] 图中：1、机器人本体；2、驱动装置；21、驱动轮；22、爬坡轮；23、摆臂；3、驱动电 机；4、第一联动机构；41、行星减速器；42、传动大齿轮；43、传动小齿轮；44、链轮；5、摆动 电机；6、第二联动机构；61、传动轴；62、轴承；63、大齿轮；64、小齿轮；7、驱动电机驱动电 路；71、第一主控芯片；72、第一开关电路；8、摆动电机驱动电路；81、第二主控芯片；82、第 二开关电路。
【具体实施方式】
[0022] 参照图1所示，本实施例的一种自适应地形的多自由度救援机器人，包括机器人 本体1以及设置在下方用于驱动机器人本体1运动的驱动装置2,所述驱动装置2包括设置 在机器人本体1下方的驱动轮21和设置在机器人本体1 一侧