排爆機器人的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種排爆機器人，包括底盤及安裝在底盤上的尋找機構和抓取機構，底盤包括依次連接的第一平臺、中間平臺和第二平臺，中間平臺兩端分別與第一平臺和第二平臺鉸接，該中間平臺與第一平臺以及中間平臺與第二平臺之間均設置有抬伸機構，第一平臺、中間平臺和第二平臺上均安裝有一對履帶輪行走機構和兩個直流減速電機，尋找機構和抓取機構安裝在同一回轉架上，該回轉架下部通過轉軸與中間平臺連接，抓取機構包括機械手臂和手爪，機械手臂的一端與回轉架連接，另一端通過第一舵機與手爪連接，尋找機構包括攝像頭、第一支架和第二支架，第一支架后端與回轉架連接，前端通過第三舵機與第二支架連接，攝像頭通過第四舵機安裝在第二支架上。
【專利說明】排爆機器人
【技術領域】
[0001]本發明涉及機器人【技術領域】，具體地說，是一種用于反恐的排爆機器人。
【背景技術】
[0002]隨著全球反恐形勢的日益嚴峻，恐怖襲擊事件在國內外頻頻發生，各國的武裝力量以及安防部門對排爆機器人的需求量巨大。目前國內外市場推出的排爆機器人產品成本較高，不利于大范圍推廣。
[0003]排爆機器人歸屬于非結構環境下的地面移動機器人范疇，國外對它的研究起步較早。英國、法國、德國、美國等歐美資本主義國家先后展開了對排爆機器人的技術研究。最早的排爆機器人多半運用于軍事用途。隨著時代的發展，很多產品都已經民用化，活躍在安防、礦山、化工、危險物品生產等諸多領域。目前排爆機器人技術的研究重點是，讓機器人具有更多的自主功能，最終開發出能自主搜索、探測、排爆、敵我識別、自動攻擊敵方目標的智能化排爆機器人。
[0004]英國成為率先研發排爆機器人的國家。由AB電子產品公司生產的“手推車”是最早的履帶式排爆機器人之一，成為排爆機器人的先驅。“手推車”的控制系統由上位機和下位機兩部份組成，之間通過100米的長電纜進行通訊。上位機配有操控按鈕，可操控機器人的各個關節動作。我國由于種種原因，對排爆機器人起步較晚技術水平明顯落后與西方發達國家。最近幾年國家加大了對排爆機器人的研發扶持力度，一些高校和企業先后開展了對排爆機器人關鍵技術的研究工作，通過幾年的積累，已有一些技術達到甚至超越了國際先進水平。
[0005]現有的排爆機器人存在以下問題:
[0006]1.排爆機器人為了安裝大量的裝備使結構復雜，體積龐大。在特殊的空間狹小的環境下排爆機器人不能夠很好的或不能完成任務。
[0007]2.排爆機器人的造價過聞，低端廣品的價格也在20萬人民幣以上，由于造價過聞不能夠大量裝備，導致大量使用人工排爆，這樣就增大了排爆工作人員的危險。
[0008]3.排爆機器人一般采用坦克式底盤，但由于排爆機器人要在路況惡劣的條件下工作，因此越障、避障能力一定要強，因此采用履帶式輪子，但只擁有一節或兩節底盤，在通過較大的障礙物時，通常是不能越過與自身高度差不多的障礙物的，同時在上坡或者下坡過程中，由于排爆機器人底盤較少容易失衡。
[0009]現有的排爆機器人通常以機器人本體配機械手的結構，在執行任務的時候只能進行移除可疑物的操作，在有些特殊情況下無法第一時間解除危險，甚至增加不必要的傷亡，且這些排爆機器人的機械手通常采用二節臂結構，在機械臂的靈活性方面和伸展距離上仍有待提高，在實際使用中經常無法在狹窄位置進行特殊抓取姿勢。
[0010]而對于排爆機器人硬件系統方面存在的缺點可歸納為:體型巨大，成本高，硬件結構分散，布局失衡，機械臂的靈活性較差、伸展距離不夠，爬坡、下坡和越障能力較差。
【發明內容】
[0011]本發明的目的在于提供一種越障能力強、行走穩定、動作靈活的排爆機器人。
[0012]為達到上述目的，本發明的技術方案如下:一種排爆機器人，包括底盤及安裝在底盤上的尋找機構和抓取機構，所述底盤包括依次連接的第一平臺、中間平臺和第二平臺，所述中間平臺兩端分別與第一平臺和第二平臺鉸接，該中間平臺與第一平臺以及中間平臺與第二平臺之間均設置有抬伸機構，所述第一平臺、中間平臺和第二平臺上均安裝有一對履帶輪行走機構和兩個直流減速電機，一個直流減速電機對應一個履帶輪行走機構，所述尋找機構和抓取機構安裝在同一回轉架上，該回轉架下部通過轉軸與中間平臺連接，該轉軸由設置在中間平臺上的第一電機驅動，所述抓取機構包括機械手臂和手爪，所述機械手臂的一端與回轉架連接，另一端通過第一舵機與手爪連接，所述機械手臂由至少三節短臂依次連接而成，相鄰的兩節短臂之間分別通過一個第二舵機連接，所述尋找機構包括攝像頭、第一支架和第二支架，所述第一支架后端與回轉架連接，前端通過第三舵機與第二支架連接，所述攝像頭通過第四舵機安裝在第二支架上。
[0013]采用上述結構，當遇到障礙物時，由于是履帶輪式的底盤，因此大部分障礙會被越過，如果不能越過，可以通過第一電機驅動抬伸機構將一端的平臺升高，這樣就可以越過較高的障礙物，當越過障礙物以后再將平臺降低復原，三節平臺，無論是在前進還是后退過程中都能調節底盤兩端的升降，實現較好的越障，同時在坡度較大的上下坡時，三節平臺還能使其行駛過程更穩定，不易失衡而翻倒。機械手臂前端的短臂與第一舵機之間也可以設置一個第二舵機，尋找機構與抓取機構安裝在同一回轉架上，通過電機驅動可以實現尋找機構與抓取機構的同步轉動，即攝像頭能隨時監控機械手臂執行動作，這樣就比較容易通過攝像頭監控機械手臂的動作，就可以掌握排爆過程，可以使操作者操作起來更容易，尋找機構有三個自由度，這樣攝像頭就可以實現三維立體監控，機械手臂有四個以上自由度，各節短臂之間可以上下彎曲，手爪可相對于機械手臂360度轉動，這樣就可以模仿人類的手臂對爆炸物進行處理，排爆處理動作更靈活，流暢，機械手臂是通過各個舵機提供動力的，該裝置結構緊湊，動作靈活，便于操作，控制。
[0014]所述抬伸機構包括一個第二步進電機和一個連桿機構，該第二步進電機安裝在中間平臺上，該第二步進電機的輸出軸與所述底盤前進方向垂直，所述連桿機構包括第一連桿、第二連桿和第三連桿，該第二連桿兩端分別與第一連桿的一端和第二連桿的一端鉸接，該第一連桿的自由端與第二步進電機的輸出軸固定連接，且該第一連桿與第二步進電機的輸出軸垂直，中間平臺與第一平臺之間的抬伸機構的第三連桿的自由端與第一平臺固定連接，中間平臺與第二平臺之間的抬伸機構的第三連桿的自由端與第二平臺固定連接。
[0015]中間平臺與第二平臺之間的抬伸機構，其連桿機構一端與第二步進電機的輸出軸固定連接，另一端與第二平臺固定連接，中間平臺與第一平臺之間的抬伸機構，其連桿機構一端與第二步進電機的輸出軸固定連接，另一端與第一平臺固定連接。即有兩個第二步進電機分別驅動兩個抬伸機構，兩個抬伸機構分別控制第一平臺和第二平臺的起降，起降的角度為向上60°和向下60°。
[0016]所述手爪上安裝有控制手爪張合的第五舵機，所述機械手臂和攝像頭位于回轉架的同一側。
[0017]便于控制手爪抓取過程的張開和合攏，機械手臂和攝像頭位于回轉架的同一側，在第一電機帶動轉軸和回轉架運動的過程中，使得攝像頭和機械手臂同步轉動，能實時的監控機械手臂的動作，不用再去控制第三舵機和第四舵機的轉動而達到監控的目的。
[0018]所述機械手臂由三節短臂依次連接而成，機械手臂后端的短臂與回轉架相連接，機械手臂前端的短臂通過第一舵機與手爪相連接，相鄰兩節短臂之間均設置有舵機支架，每一個所述第二舵機對應安裝在一個舵機支架上，該第二舵機與后一節短臂連接，所述舵機支架與前一節短臂固定連接。
[0019]采用上述結構，靠機械手臂后端的短臂前端連接一個第二舵機，該第二舵機連接一個舵機支架，該舵機支架與中間節短臂后端連接，中間節短臂前端連接另一個第二舵機，該第二舵機連接另一個舵機支架，該舵機支架連接機械手臂前端短臂的后端，前端短臂的前端通過第一舵機與手爪后端連接。
[0020]與所述回轉架相連接的短臂由前支架、中間支架、連接塊和后支架依次連接而成，所述后支架與回轉架連接，所述前支架連接第二舵機，所述中間支架和后支架上沿長度方向開設有調節孔，所述連接塊兩端部開設有與調節孔對應的鎖孔，所述連接塊兩端分別與中間支架和后支架通過調節孔、鎖孔和鎖桿連接。
[0021]上述連接方式，可以通過連接塊、調節孔和鎖孔，調節機械手臂后端短臂的長度，以適應不同的環境。
[0022]所述第一平臺上設置有目標物放置槽，所述中間平臺上安裝有控制器、蓄電池和散熱器，所述第二平臺上安裝有信號傳輸裝置。
[0023]蓄電池對控制器和各個電機等進行供電，目標物放置槽用于放置爆炸物，信號傳輸裝置于控制器連接，用于與遠程控制平臺進行交互連接。
[0024]所述履帶輪行走機構分別安裝在所述第一平臺、中間平臺和第二平臺上的下部兩偵U，該履帶輪行走機構包括履帶、主動輪、從動輪和繃緊輪，該繃緊輪安裝在主動輪與從動輪之間以及從動輪與從動輪之間，并將下部履帶繃緊，所述直流減速電機的輸出軸與位于履帶輪行走機構后端的主動輪連接。
[0025]繃緊輪通過軸與底盤連接，繃緊輪與履帶下部內側貼合將履帶繃起，同時對底盤起到一定的支撐作用。
[0026]所述中間平臺的兩個連接端、第一平臺的連接端以及第二平臺的連接端均設置有兩個支耳，該支耳上開設有軸孔，該軸孔內套設有第二轉軸，所述中間平臺與第一平臺和第二平臺之間通過支耳和第二轉軸轉動連接。
[0027]本發明的有益效果是:結構緊湊，體積較小，越障性能好，三節平臺能使排爆機器人在行走過程中保持平穩，動作靈活，便于自動化控制，控制排爆機器人機械手臂的精確抓獲動作、攝像頭的全向旋轉，可以實時監控機械手臂和手爪完成對危險品的尋找定位、抓取、投放全過程，同時能減小攝像頭尋找目標物時排爆裝置的工作負荷。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]圖1本發明的結構示意圖；
[0029]圖2為圖1的側視圖；
[0030]圖3為圖2的俯視圖；
[0031]圖4為尋找機構和抓取機構的結構示意圖；[0032]圖5為圖4的側視圖。
【具體實施方式】
[0033]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明:
[0034]如圖1至圖5所示，一種排爆機器人，包括底盤及安裝在底盤上的尋找機構和抓取機構，底盤包括依次連接的第一平臺401、中間平臺402和第二平臺403，中間平臺402兩端分別與第一平臺401和第二平臺403鉸接，該中間平臺402與第一平臺401以及中間平臺402與第二平臺403之間均設置有抬伸機構，第一平臺401、中間平臺402和第二平臺403上均安裝有一對履帶輪行走機構和兩個直流減速電機13，一個直流減速電機13對應一個履帶輪行走機構，尋找機構和抓取機構安裝在同一回轉架14上，該回轉架14下部通過轉軸6與中間平臺402連接，該轉軸6由設置在中間平臺402上的第一電機15驅動，抓取機構包括機械手臂和手爪101，機械手臂由三節短臂102依次連接而成，機械手臂后端的短臂102與回轉架3連接，機械手臂前端的短臂102通過第一舵機7與手爪101連接，相鄰的兩節短臂102之間分別通過一個第二舵機8和一個舵機支架12連接，每一個第二舵機8對應安裝在一個舵機支架12上，該第二舵機8與后一節短臂102連接，舵機支架12與前一節短臂102固定連接，手爪101上安裝有控制手爪101張合的第五舵機11，尋找機構包括攝像頭2、第一支架4和第二支架5，第一支架4后端與回轉架3連接，前端通過第三舵機9與第二支架5連接，攝像頭2通過第四舵機10安裝在第二支架5上，機械手臂和攝像頭201位于回轉架14的同一側，并相對于轉軸6對稱設置，第一舵機7和第四舵機10為360°的舵機，第二舵機8、第三舵機9和第五舵機11均為180°的舵機。
[0035]中間平臺402的兩個連接端、第一平臺401的連接端以及第二平臺403的連接端均設置有兩個支耳404，該支耳404上開設有軸孔，該軸孔內套設有第二轉軸406，中間平臺402與第一平臺401和第二平臺403之間通過支耳404和第二轉軸406轉動連接。
[0036]每個抬伸機構均包括一個第二步進電機501和一個連桿機構，兩個抬伸機構的第二步進電機501均安裝在中間平臺402上，該第二步進電機501的輸出軸與底盤前進方向垂直，連桿機構包括第一連桿502、第二連桿503和第三連桿504，該第二連桿503兩端分別與第一連桿502的一端和第二連桿503的一端鉸接,該第一連桿502的自由端與第二步進電機501的輸出軸固定連接，且該第一連桿502與第二步進電機501的輸出軸垂直，中間平臺402與第一平臺401之間的抬伸機構的第三連桿504的自由端與第一平臺401固定連接，中間平臺402與第二平臺403之間的抬伸機構的第三連桿504的自由端與第二平臺403固定連接。
[0037]與回轉架14相連接的短臂102由前支架103、中間支架104、連接塊105和后支架106依次連接而成，后支架106與回轉架14連接，前支架103連接第二舵機8，中間支架104和后支架106上沿長度方向開設有調節孔，連接塊105兩端部開設有與調節孔對應的鎖孔，連接塊105兩端分別與中間支架104和后支架106通過調節孔、鎖孔和鎖桿連接。
[0038]第一平臺401上設置有目標物放置槽405，中間平臺402上安裝有控制器、蓄電池和散熱器，第二平臺403上安裝有信號傳輸裝置，履帶輪行走機構分別安裝在第一平臺401、中間平臺402和第二平臺403上的下部兩側，該履帶輪行走機構包括履帶301、主動輪302、從動輪303和繃緊輪304，該繃緊輪304安裝在主動輪302與從動輪303之間以及從動輪303與從動輪303之間，并將下部履帶繃緊，直流減速電機13的輸出軸與位于履帶輪行走機構后端的王動輪302連接。
【權利要求】
1.一種排爆機器人，包括底盤及安裝在底盤上的尋找機構和抓取機構，其特征在于:所述底盤包括依次連接的第一平臺(401)、中間平臺(402)和第二平臺(403)，所述中間平臺(402)兩端分別與第一平臺(401)和第二平臺(403)鉸接，該中間平臺(402)與第一平臺(401)以及中間平臺(402)與第二平臺(403)之間均設置有抬伸機構，所述第一平臺(401)、中間平臺(402)和第二平臺(403)上均安裝有一對履帶輪行走機構和兩個直流減速電機(13), 一個直流減速電機(13)對應一個履帶輪行走機構，所述尋找機構和抓取機構安裝在同一回轉架(14)上，該回轉架(14)下部通過轉軸(6)與中間平臺(402)連接，該轉軸(6)由設置在中間平臺(402)上的第一電機(15)驅動，所述抓取機構包括機械手臂和手爪(101)，所述機械手臂的一端與回轉架(14)連接，另一端通過第一舵機(7)與手爪(101)連接，所述機械手臂由至少三節短臂(102)依次連接而成，相鄰的兩節短臂(102)之間分別通過一個第二舵機(8)連接，所述尋找機構包括攝像頭(201 )、第一支架(202)和第二支架(203)，所述第一支架(202)后端與回轉架(14)連接，前端通過第三舵機(9)與第二支架(203)連接，所述攝像頭(201)通過第四舵機(10 )安裝在第二支架(203 )上。
2.根據權利要求1所述的排爆機器人，其特征在于:所述抬伸機構包括一個第二步進電機(501)和一個連桿機構，該第二步進電機(501)安裝在中間平臺(402 )上，該第二步進電機(501)的輸出軸與所述底盤前進方向垂直,所述連桿機構包括第一連桿(502)、第二連桿(503)和第三連桿(504)，該第二連桿(503)兩端分別與第一連桿(502)的一端和第二連桿(503)的一端鉸接，該第一連桿(502)的自由端與第二步進電機(501)的輸出軸固定連接，且該第一連桿(502)與第二步進電機(501)的輸出軸垂直，中間平臺(402)與第一平臺(401)之間的抬伸機構的第三連桿(504)的自由端與第一平臺(401)固定連接，中間平臺(402)與第二平臺(403)之間的抬伸機構的第三連桿(504)的自由端與第二平臺(403)固定連接。
3.根據權利要求1或`2所述的排爆機器人，其特征在于:所述手爪(101)上安裝有控制手爪(101)張合的第五舵機(11)，所述機械手臂和攝像頭(201)位于回轉架(14)的同一側。
4.根據權利要求3所述的排爆機器人，其特征在于:所述機械手臂由三節短臂(102)依次連接而成，機械手臂后端的短臂(102)與回轉架(14)相連接，機械手臂前端的短臂(102)通過第一舵機(7)與手爪(101)相連接，相鄰兩節短臂(102)之間均設置有舵機支架(12)，每一個所述第二舵機(8)對應安裝在一個舵機支架(12)上，該第二舵機(8)與后一節短臂(102 )連接，所述舵機支架(12 )與前一節短臂(102 )固定連接。
5.根據權利要求4所述的排爆機器人，其特征在于:與所述回轉架(14)相連接的短臂(102)由前支架(103)、中間支架(104)、連接塊(105)和后支架(106)依次連接而成，所述后支架106)與回轉架(14)連接，所述前支架(103)連接第二舵機(8)，所述中間支架(104)和后支架106 )上沿長度方向開設有調節孔，所述連接塊(105 )兩端部開設有與調節孔對應的鎖孔，所述連接塊(105)兩端分別與中間支架(104)和后支架106)通過調節孔、鎖孔和鎖桿連接。
6.根據權利要求5所述的排爆機器人，其特征在于:所述第一舵機(7)和第四舵機(10)為360°的舵機，所述第二舵機(8)、第三舵機(9)和第五舵機(11)均為180°的舵機。
7.根據權利要求6所述的排爆機器人，其特征在于:所述第一平臺(401)上設置有目標物放置槽(405)，所述中間平臺(402)上安裝有控制器和散熱器，所述第二平臺(403)上安裝有信號傳輸裝置。
8.根據權利要求7所述的排爆機器人，其特征在于:所述第一平臺(401)、中間平臺(402 )和第二平臺(403 )上的下部兩側均安裝有所述履帶輪行走機構，該履帶輪行走機構包括履帶(301)、主動輪(302)、從動輪(303)和繃緊輪(304)，該繃緊輪(304)安裝在主動輪(302 )與從動輪(303 )之間以及從動輪(303 )與從動輪(303 )之間，并將下部履帶繃緊，所述直流減速電機(13)的輸出軸與位于履帶輪行走機構后端的主動輪(302)連接。
9.根據權利要求8所述的排爆機器人， 其特征在于:所述中間平臺(402)的兩個連接端、第一平臺(401)的連接端以及第二平臺(403)的連接端均設置有兩個支耳(404)，該支耳(404)上開設有軸孔，該軸孔內套設有第二轉軸(406)，所述中間平臺(402)與第一平臺(401)和第二平臺(403)之間通過支耳(404)和第二轉軸(406)轉動連接。
【文檔編號】B25J5/00GK103552056SQ201310529680
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月30日 優先權日:2013年10月30日
【發明者】易軍, 鄭光勝, 周偉, 張元濤, 李太福, 王雙明, 馮驪驍 申請人:重慶科技學院