救援機器人附屬裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種救援機器人附屬裝置，包括障礙清除裝置和多功能執行手臂，所述的多功能執行手臂包括與救援機器人車體固定聯接手臂主體及設置在手臂主體末端的執行末端(13)；執行末端(13)包括固定于減速電機固定座(24)上的減速電機(18)，直齒圓柱齒輪(19)、直齒齒條(20)、機械夾鉗(21)、機械剪鉗(22)和彈簧(23)。在機械剪鉗(22)和機械夾鉗(21)上均設置有掛鉤，彈簧(23)兩端各鉤掛于此兩個掛鉤(28，32)上，在初始時刻彈簧存在壓縮預緊力。本發明針對室外傷員救援過程中影響救援進展的不利因素進行設計，具有結構緊湊、“維護方便”的優點。
【專利說明】救援機器人附屬裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬于救援機器人領域，具體涉及一種用于復雜環境下路面障礙清除，輔助搬運傷員的救援機器人附屬裝置。
【背景技術】
[0002]近年來，突發的自然災害和重特大社會安全事故的發生，其周圍自然、人為環境具有高度復雜性、任意性，其發生時間具有突發性。目前，救援機器人已經用于自然災害和戰場的救援工作，用以提高救援工作效率和安全性。
[0003]傷員所處的地形環境有時會限制救援機器人展開救援工作，這一情況會嚴重影響救援機器人發揮作用拖延救援工作的時間。其原因包括:(I)傷員所處的空間狹小，限制救援機器人在當場展開工作；(2)傷員所處的環境復雜、雜物眾多限制救援機器人發揮救援功能；(3)傷員背負的物品，影響拾取裝置的正常工作。因此，國內外眾多研究機構致力于研制承載較大、操作靈活的機械臂和機械手，作業能力提高，但往往帶來體積較大、價格昂貴、作業空間要求高等實際問題。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是克服現有傷員救援工作中的上述不足，為救援機器人設計一種輔助拾取傷員工作的裝置，用于在復雜、惡劣環境下排除傷員周圍以及傷員身體上障礙物，拖拽傷員脫離危險環境。本發明的救援機器人附屬系統，針對室外傷員救援過程中影響救援進展的不利因素，依據“結構緊湊”、“體積小巧”、“功能夠用”、“維護方便”的原則進行結構設計，可以配合救援機器人其它功能子系統協調工作，實現救援機器人高效地完成救援工作。
[0005]為此，本發明采用的技術方案如下:
[0006]一種救援機器人附屬裝置，包括障礙清除裝置和多功能執行手臂，所述的多功能執行手臂包括與救援機器人車體固定聯接手臂主體及設置在手臂主體末端的執行末端
(13)；
[0007]所述的執行末端(13)包括減速電機固定座(24)，固定于減速電機固定座(24)上的減速電機(18)，直齒圓柱齒輪(19)、直齒齒條(20)、機械夾鉗(21)、機械剪鉗(22)和彈簧(23)。
[0008]在減速電機固定座(24)上設置有導向槽，直齒圓柱齒輪(19)與減速電機(18)的輸出軸連接固定；直齒齒條(20)與直齒圓柱齒輪(19)嚙合并可在減速電機固定座(24)的導向槽內水平滑動；
[0009]所述的機械剪鉗(22)通過剪鉗固定孔座33固定連接在與直齒齒條(20)的前端，在機械剪鉗(22)上設置有剪鉗導向槽(30)和導向柱(31)，機械夾鉗(21)與機械剪鉗相貼合，其上設置有夾鉗導向槽(29)，機械剪鉗(22)上的導向柱(31)可在夾鉗導向槽(29)內直線滑動，機械夾鉗(21)上的夾鉗彈簧掛鉤(28)可在剪鉗導向槽(30)內直線相向直線滑動；
[0010]在機械剪鉗(22)和機械夾鉗(21)上均設置有掛鉤，所述彈簧(23)的兩端各鉤掛于此兩個掛鉤(28，32)上，在初始時刻彈簧存在壓縮預緊力；
[0011]所述的障礙清除裝置，包括兩端帶有兩個長柄(38)的屬具，彈性聯軸器(37)和電機(36)，其特征在于，屬具的兩個長柄(38)分別與兩個階梯軸(34)固定聯接，其中，一側的階梯軸(34) —端與屬具的一個長柄(38)的定位安裝孔(39)通過螺絲固定連接，另一端穿過軸承座(35)，通過彈性聯軸器(37)與電機(36)固定連接，電機(36)與救援機器人車架
(2)固定連接；另一的側階梯軸(34) —端與屬具的另一個長柄(38)的定位安裝孔(39)通過螺絲固定連接，另一端穿過軸承座(35)，然后用開口銷穿過開口銷安裝孔(40)限制階梯軸(34)的軸向移動。
[0012]作為優選實施方式，所述的手臂主體包括斜齒齒條(11)、電機座(14)、蝸輪蝸桿減速馬達(12)和導桿式電動缸(10)，執行末端(13)的減速電機固定座(24)與斜齒齒條
(11)固定連接，斜齒齒條(11)在電機座(14)上的導向槽內可垂直滑動，電機座(14)與導桿式電動缸(10)固定連接，導桿式電動缸(10)的缸體與救援機器人2的車體固定聯接，使電機座(14)、斜齒齒條(11)、減速電機固定座(24)和執行末端(13)與導桿式電動缸(10)同步運動，從而完成執行末端(13)水平伸縮運動；蝸輪蝸桿減速馬達(12)與電機座(14)連接固定，斜齒圓柱齒輪(15)固定于蝸輪蝸桿減速馬達(12)上并與斜齒齒條(11)相嚙合；蝸輪蝸桿減速馬達(12)開機啟動帶動與其連接的斜齒圓柱齒輪(15)旋轉，進而帶動斜齒齒條(11)上下運動。
[0013]所述的屬具可以為耙狀屬具(25)或刀狀屬具(26)。
[0014]本發明的技術效果如下:
[0015](I)利用本發明附屬系統中的障礙清除裝置，使救援機器人在進行拾取工作之前，排除傷員周圍的障礙，以確保救援機器人能夠順利開展救援工作。
[0016](2)救援機器人附屬系統中的多功能執行手臂系統，能夠使救援機器人在當時沒有條件進行傷員拾取的情況下，利用執行末端的機械剪鉗，剪開傷員身上的多余負重裝備以方便救援機器人繼續救援工作；利用執行末端的機械夾鉗，可夾取并移除壓覆在傷員身體上的障礙和重物，亦可夾持傷員衣物，將其拖拽到有條件進行傷員拾取的環境中，以確保救援機器人能順利開展救援工作。
[0017](3)救援機器人附屬系統中的機械剪鉗和機械夾鉗同時存在于執行手臂系統中，通過執行手臂與人體或其它物品之間的接觸力克服彈簧的預緊力，實現機械剪鉗和機械夾鉗的功能切換。
[0018](4)導桿式電動缸安裝于車體內部，通過調整導桿式電動缸的伸縮長度即可調整與之連接的執行末端的水平距離；通過蝸輪蝸桿減速馬達調整斜齒齒條的長度即可調整執行末端的垂直距離，實現執行手臂在空間的定位，結構緊湊。
[0019](5)救援機器人附屬系統在機器人其它功能性執行系統工作時，障礙清除系統的耙狀屬具或者刀狀屬具會下垂至低點，以保證整套附屬系統不會干涉救援機器人其它機構的動作。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1救援機器人障礙清除裝置工作示意圖；
[0021]圖2救援機器人多功能執行手臂工作示意圖；
[0022]圖3救援機器人多功能執行手臂工作時等軸測視圖；
[0023]圖4救援機器人工作時附屬裝置位姿視圖；
[0024]圖5多功能執行手臂執行末端裝置爆炸視圖；
[0025]圖6障礙清除裝置3-耙狀屬具25示意圖
[0026]圖7障礙清除裝置3-刀狀屬具26示意圖；
[0027]圖8機械夾鉗示意圖；
[0028]圖9機械剪鉗示意圖；
[0029]圖10救援機器人附屬裝置復位示意圖；
[0030]圖11多功能執行手臂執行末端低位姿示意圖；
[0031]圖12多功能執行手臂執行末端高位姿示意圖；
[0032]圖13為階梯軸示意圖。
[0033]圖1到圖13中:1:救援機器人，2收納系統，3障礙清除裝置，4多功能執行手臂，5沙石，6雜物，7傷員，8屬具，10導桿式電動缸，11斜齒齒條，12蝸輪蝸桿減速馬達，13執行末端，14電機座，15斜齒圓柱齒輪，16類鏟形拾取裝置，17中間過渡輸送裝置，18減速電機，19直齒圓柱齒輪，20直齒齒條，21機械夾鉗，22機械剪鉗，23彈簧，24減速電機固定座，25耙狀屬具，26刀狀屬具，27刀片，28夾鉗彈簧掛鉤，29夾鉗導向槽，30剪鉗導向槽，31導向柱，32剪鉗彈簧掛鉤，33剪鉗固定孔座，34階梯軸，35軸承座，36電機，37彈性聯軸器，38屬具長柄，39定位安裝孔，40開口銷安裝孔
【具體實施方式】
[0034]下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明。
[0035]由圖1一圖13可知，救援機器人I附屬系統屬于救援機器人I重要輔助功能裝置。救援機器人I輔助系統包括障礙清除裝置3和多功能執行手臂系統4。
[0036]當救援機器人I接近傷員7時，智能控制系統自動收集傷員7所處的周圍環境信息，綜合機器人自身運行姿態，預估傷員7營救方案，并發送到遠程控制端，由操作人員進行決策，并制定傷員7救援策略。
[0037]當操作人員通過救援機器人I自帶的傳感系統或圖像采集模塊發現傷員7周圍存在凸起土塊、沙石5和其它雜物等阻礙收納系統2進行傷員7拾取工作時，通過遠程控制平臺控制障礙清除裝置3由高位做旋轉動作如圖1所示，使屬具8與地面接觸，通過接觸式傳感器反饋的信號自動控制電機36停機，避免對電機造成堵轉破壞，此時救援機器人I整車后退，通過清障屬具8平整地面，為收納系統2拾取傷員7提供較好的地面環境。
[0038]障礙清除裝置為模塊化設計，可以搭載不同類型和功能的屬具，圖6為耙狀屬具25，適用于清除凸起土塊、沙石5等硬質塊狀障礙物；圖7為刀狀屬具26，適用于清除荊棘、植物枝干、織網以及鋼絲網等纏繞物，刀狀屬具26可以根據實際情況改變刀片27數量與位置以滿足不同情況的使用要求。障礙清除裝置3中的耙狀屬具25或刀狀屬具26通過螺栓與兩個階梯軸34的固定聯接，其中，左側階梯軸34 —端與長柄38屬具的定位安裝孔39通過螺絲固定連接，另一端穿過軸承座35，通過彈性聯軸器37與電機36固定連接，電機36與救援機器人車架2固定連接；右側階梯軸34 —端與長柄38屬具的定位安裝孔39通過螺絲固定連接，另一端穿過軸承座35，然后用開口銷穿過開口銷安裝孔40限制階梯軸34的軸向移動。需要平整路面時，電機36旋轉，帶動階梯軸34以及與其連接的清障屬具8 (包括耙狀屬具25和刀狀屬具26)擺動到與地面相接觸，當救援機器人反復前進或后退之后，完成路面平整工作。完成后，電機36反向旋轉，祀狀屬具25或刀狀屬具26復位到初始位置。
[0039]如圖5所示，執行末端13由減速電機18、減速電機固定座24、直齒圓柱齒輪19、直齒齒條20、機械夾鉗21、機械剪鉗22、彈簧23組成。減速電機18通過螺釘固定于減速電機固定座24上，直齒圓柱齒輪19與減速電機18的輸出軸連接固定。直齒齒條20與直齒圓柱齒輪19嚙合并可在減速電機固定座24的導向槽內水平滑動。機械剪鉗22的剪鉗固定孔座33通過螺栓與直齒齒條20的一端連接固定，實現與其同步運動。機械剪鉗22與機械夾鉗21相貼合，機械剪鉗22上的導向柱31可在夾鉗導向槽29內直線滑動，同時機械夾鉗21上的夾鉗彈簧掛鉤28可在剪鉗導向槽30內直線相向直線滑動。彈簧23 —端鉤掛于鉗彈簧掛鉤28，一端鉤掛于剪鉗彈簧掛鉤32上，在初始時刻彈簧存在壓縮預緊力。
[0040]執行末端13的減速電機固定座2通過螺栓與斜齒齒條11連接固定，斜齒齒條11在電機座14上的導向槽內可垂直滑動。蝸輪蝸桿減速馬達12通過螺栓與電機座14連接固定，斜齒圓柱齒輪15通過固定于蝸輪蝸桿減速馬達12上并與斜齒齒條11相嚙合。
[0041]當傷員7頭部、后背處于凹地內，類鏟形拾取裝置16無法插入傷員7身體下部或者會對傷員7造成損傷，此時需要將傷員7拖至平整路面或者將傷員7頭部懸空。導桿式電動缸直線移動，帶動電機座14、動蝸輪蝸桿減速馬達12、斜齒齒條11、斜齒圓柱齒輪15和執行末端13向車前方伸出，當執行末端13位于傷員7胸部上端時停機。此時，蝸輪蝸桿減速馬達12開機啟動帶動與其連接的斜齒圓柱齒輪15旋轉，進而帶動斜齒齒條11向下運動。由于彈簧23存在一定的壓縮預緊力作用，所以執行末端13的機械夾鉗21能夠貼合傷員7衣物，當執行末端13的屬具8與傷員7的身體接觸時，蝸輪蝸桿減速馬達12停機(執行末端13的相對位姿狀態如圖11所示)。執行末端13開始工作，其上端減速電機18以一定速度帶動直齒圓柱齒輪19旋轉，兩條直齒齒條20相對向中運動直至機械夾鉗21將傷員7衣服加緊。此時蝸輪蝸桿減速馬達12再次啟動，其轉向與開始時相反。當執行末端13夾取傷員7衣物上升至足夠高度時(執行末端13的相對位姿狀態如圖12所示)，蝸輪蝸桿減速馬達12停機。此時，救援機器人I后退致使執行末端13拖拽傷員7至適合的地點開展后續的拾取工作。
[0042]當傷員7的身體上壓蓋了一些雜物6時，此時執行末端13會使用機械夾鉗21來夾取雜物6并配合救援機器人I的底盤運動將其放至到其它位置；當傷員7身上攜帶有背包、背囊、武器裝備時，執行末端13根據實際情況使用機械剪鉗22，當執行末端13繼續向傷員7下降靠近時，作用在機械夾鉗21和傷員7之間的接處力突破了彈簧23的預緊力作用，機械夾鉗21被頂起，壓力傳感器和距離傳感器感知信號變化，當機械剪鉗22與背帶接觸時，執行末端13停止靠近動作，剪斷裝備的背帶，防止裝備、雜物進入影響收納系統2的正常工作。
[0043]當救援機器人I類鏟形拾取裝置16、中間過渡和輸送裝置17工作時，如圖4所示，電機開機帶動屬具旋轉至低位C點，同時蝸輪蝸桿減速馬達12開機，帶動斜齒齒條11和執行末端13向下運動，到達B點位置后電機36和蝸輪蝸桿減速馬達12停機。
[0044]當救援機器人I完成傷員7的拾取工作后，類鏟形拾取裝置16、中間過渡輸送裝置17恢復圖1所示位姿。電機36開機帶動屬具8旋轉至高位D點，同時蝸輪蝸桿減速馬達12開機，帶動斜齒齒條11和執行末端13向上運動，到達A點位置后蝸輪蝸桿減速馬達12停機，附屬裝置復位狀態如圖8所示。救援機器人I在附屬裝置復位之后完成了全部現場救援工作，救援機器人運送傷員7駛離現場。
【權利要求】
1.一種救援機器人附屬裝置，包括障礙清除裝置和多功能執行手臂，所述的多功能執行手臂包括與救援機器人車體固定聯接手臂主體及設置在手臂主體末端的執行末端(13)； 所述的執行末端(13)包括減速電機固定座(24)，固定于減速電機固定座(24)上的減速電機(18)，直齒圓柱齒輪(19)、直齒齒條(20)、機械夾鉗(21)、機械剪鉗(22)和彈簧(23)。 在減速電機固定座(24)上設置有導向槽，直齒圓柱齒輪(19)與減速電機(18)的輸出軸連接固定；直齒齒條(20)與直齒圓柱齒輪(19)嚙合并可在減速電機固定座(24)的導向槽內水平滑動； 所述的機械剪鉗(22)通過剪鉗固定孔座33固定連接在與直齒齒條(20)的前端，在機械剪鉗(22)上設置有剪鉗導向槽(30)和導向柱(31)，機械夾鉗(21)與機械剪鉗相貼合，其上設置有夾鉗導向槽(29)，機械剪鉗(22)上的導向柱(31)可在夾鉗導向槽(29)內直線滑動，機械夾鉗(21)上的夾鉗彈簧掛鉤(28)可在剪鉗導向槽(30)內直線相向直線滑動； 在機械剪鉗(22)和機械夾鉗(21)上均設置有掛鉤，所述彈簧(23)的兩端各鉤掛于此兩個掛鉤(28，32)上，在初始時刻彈簧存在壓縮預緊力； 所述的障礙清除裝置，包括兩端帶有兩個長柄(38)的屬具，彈性聯軸器(37)和電機(36)，其特征在于，屬具的兩個長柄(38)分別與兩個階梯軸(34)固定聯接，其中，一側的階梯軸(34) —端與屬具的一個長柄(38)的定位安裝孔(39)通過螺絲固定連接，另一端穿過軸承座(35)，通過彈性聯軸器(37)與電機(36)固定連接，電機(36)與救援機器人車架(2)固定連接；另一的側階梯軸(34) —端與屬具的另一個長柄(38)的定位安裝孔(39)通過螺絲固定連接，另一端穿過軸承座(35)，然后用開口銷穿過開口銷安裝孔(40)限制階梯軸(34)的軸向移動。
2.根據權利要求1所述的救援機器人附屬裝置，其特征在于，所述的手臂主體包括斜齒齒條(11)、電機座(14)、蝸輪蝸桿減速馬達(12)和導桿式電動缸(10)，執行末端(13)的減速電機固定座(24)與斜齒齒條(11)固定連接，斜齒齒條(11)在電機座(14)上的導向槽內可垂直滑動，電機座(14)與導桿式電動缸(10)固定連接，導桿式電動缸(10)的缸體與救援機器人2的車體固定聯接，使電機座(14)、斜齒齒條(11)、減速電機固定座(24)和執行末端(13)與導桿式電動缸(10)同步運動，從而完成執行末端(13)水平伸縮運動；蝸輪蝸桿減速馬達(12)與電機座(14)連接固定，斜齒圓柱齒輪(15)固定于蝸輪蝸桿減速馬達(12)上并與斜齒齒條(11)相嚙合；蝸輪蝸桿減速馬達(12)開機啟動帶動與其連接的斜齒圓柱齒輪(15)旋轉，進而帶動斜齒齒條(11)上下運動。
3.根據權利要求1所述的救援機器人附屬裝置，其特征在于，所述的屬具為耙狀屬具(25)或刀狀屬具(26)。
【文檔編號】B25J9/08GK104354160SQ201410553749
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月17日 優先權日:2014年10月17日
【發明者】侍才洪, 張西正, 肖玉林, 陳煒, 邢凱, 劉亞軍, 李瑞欣, 蘇衛華, 郭月, 李 浩, 崔克明 申請人:中國人民解放軍軍事醫學科學院衛生裝備研究所