專利名稱：一種救援機器人的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種機器人救援領域，特別是涉及一種成本低，運用范圍廣的六足仿 生救援機器人。
背景技術：
自然災害如地震、火災、洪水嚴重威脅著人類的安全，引起了人們廣泛關注。將機 器人技術、營救行動技術、災難學等多學科知識有機融合，研制與開發(fā)用于搜尋和營救的災 難救援裝置，是機器人學研究中一個富有挑戰(zhàn)性的新領域。近年來，特別是“9. 11”事件以后，世界上許多國家開始從國家安全戰(zhàn)略的角度研 制出各種反恐防爆機器人、災難救援機器人等危險作業(yè)機器人用于災難的防護和救援。日本 東京工業(yè)大學的廣瀨從仿生的角度和基于超機械系統(tǒng)的思想先后研制了 “ACM”，“GENBU”與 “S0RYU”等多系列救援機器人樣機。美國南佛羅里達大學研制出安裝有醫(yī)學傳感器的救援機 器人Bujold，能夠在災難現(xiàn)場獲取幸存者的生理信息和環(huán)境信息，并將其傳送到外界。加利 福尼亞工業(yè)大學HELMICK等研制的多傳感器救援機器人，機構結構簡單易控，具有快速爬樓 梯的能力。南加利福尼亞大學SHEN等研制的一種模塊化可重構的救援機器人C0NR0。美國航 空航天局HAITH等研制一種具有三維運動的蛇形機器人Snakebot，它在非結構環(huán)境具有較強 的運動能力?！?. 11”事件的災難現(xiàn)場救援被認為是災難救援機器人的第一次實際應用。在 紐約世界貿易中心遭到恐怖襲擊發(fā)生后幾小時，美國“機器人輔助搜救中心”立即組織了一支 由機器人專家和生產廠家技術人員構成的隊伍，攜帶可供使用的機器人趕赴世貿中心廢墟現(xiàn) 場，向救援行動提供技術支持。其中Inuktun公司的MicroVGTV、MicroTraces和MiniTraces 三種機器人它們體積小，質量輕，在廢墟堆上用的最多。同時，由于救援機器人有著潛在的應 用背景和市場，一些公司也介入了救援機器人的研究與開發(fā)。此外，國際RobCup機器人競賽 也增加了救援比賽的專項RobCup Rescue，為救援理論和技術提供仿真研究的試驗平臺。目 前，災難救援機器人技術正從理論和試驗研究向實際應用發(fā)展。由于地震后存在易二次倒塌建筑物的現(xiàn)場，施救人員無法深入進行偵察或施救，人 們急于探知災難現(xiàn)場的內部險情，但又無法接近或進入災難現(xiàn)場。此時，救援機器人的參與 可以有效地提高救援的效率和減少施救人員的傷亡，它們不但能夠幫助工作人員執(zhí)行救援工 作，而且能夠代替工作人員執(zhí)行搜救任務，在災難救援中起著越來越重要的作用。從實際應用 的角度出發(fā)，機器人往往要具備以下能力運動能力(包括穿梭能力、抗傾翻能力、爬樓梯能 力、變形能力、自調整能力)、感知能力(內部狀態(tài)檢測能力、探測環(huán)境信息能力、感知幸存者 的生理信息能力)、通訊能力(信息反饋能力、接收命令能力)和作業(yè)能力。卻在此基礎上，又 要保證結構簡單，質量輕，體積小，容易控制?，F(xiàn)有災難救援機器人大多采用齒輪傳動、連桿傳 動、液壓傳動、帶傳動等，往往造成機械傳動部分復雜，造成質量較大，體積較大，生產成本高。

發(fā)明內容
針對上述問題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種結構簡單、重量輕、體積小、運行穩(wěn)定、實用，制作及生產成本低廉救援機器人。
本發(fā)明是通過下述技術方案來解決上述技術問題的一種救援機器人，其特征在 于所述救援機器人包括軀干、六條腿、牽引繩、控制單元、電源、輸送單元，所述六條腿中的 三條腿安裝在所述軀干的一側，另外三條腿安裝在所述軀干的另一側，所述控制單元、攝像 頭、電源、輸送單元均安裝在軀干上，所述六條腿均由三個關節(jié)構成，所述三個關節(jié)分別為 基節(jié)、股節(jié)和脛節(jié)，所述基節(jié)通過牽引繩連接基節(jié)運動舵機、股節(jié)通過牽引繩連接股節(jié)運動 舵機，所述脛節(jié)通過牽引繩連接脛節(jié)運動舵機，所述腿上設有固定圓盤、舵盤、過渡圓盤和 固定餅盤。其中，所述固定圓盤、舵盤、過渡圓盤和固定餅盤上均有兩個呈180°分布的小孔， 所述牽引繩的一端固結在舵盤的一個孔上，所述牽引繩的另一端固結在所述關節(jié)上。其中，所述基節(jié)運動舵機安裝在軀干上，股節(jié)運動舵機和脛節(jié)運動舵機安裝在六 條腿上。其中，所述輸送單元包括安裝在輸送單元中的攝像頭、生命探測儀、經緯度定位 器、通訊設備、急救藥物、生命維持液、食物、自救工具。其中，所述六條腿中任意一腿上的固定圓盤固定在這條腿的股節(jié)上，每條腿上的 過渡圓盤繞基節(jié)與股節(jié)間的關節(jié)運動。本發(fā)明的使用方法是在機器的輸送單元裝載攝像頭、生命探測儀、經緯度定位 器、通訊設備、必要的急救藥物、生命維持液、食物及簡單自救工具，打開電源和控制系統(tǒng)開 關，通過遠程視頻傳輸技術、遠程遙控技術、經緯度定位器和生命探測儀移動到災難現(xiàn)場搜 尋被困人員，當救援機器來到被困人員身邊時，為被困人員提供急用藥物、水、食物、通訊設 備及簡單自救工具，使被困人員能堅持到救援人員到來或自救，同時經緯度定位器供救援 人員確定位被困人員位置，攝像頭能實時反饋災難現(xiàn)場情況。本發(fā)明的積極進步效果在于本發(fā)明提供的救援機器具有以下優(yōu)點本發(fā)明主要 是涉及一種繩牽引六足救援機器人，其結構簡單、重量輕、體積小、運行穩(wěn)定、實用，制作及 生產成本低廉，在一些危險性大的災難中，特別是人們急于探知災難現(xiàn)場的內部險情，但又 不敢或無法接近或進入災難現(xiàn)場的情況大有其用武之地。此時，繩牽引六足救援機器的參 與可以有效地提高救援的效率和減少施救人員的傷亡，它們不但能夠幫助工作人員執(zhí)行救 援工作，而且能夠代替工作人員執(zhí)行搜救任務，在災難救援中起著越來越重要的作用。


圖1是本發(fā)明的整體結構示意圖；圖2是本發(fā)明的髖關節(jié)傳動的繩布置結構示意圖；圖3是本發(fā)明的膝關節(jié)傳動的繩布置結構示意圖；圖4是本發(fā)明的跟關節(jié)傳動的繩布置結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖給出本發(fā)明較佳實施例，以詳細說明本發(fā)明的技術方案。圖1是本發(fā)明的結構示意圖；圖4是本發(fā)明的跟關節(jié)傳動的繩布置結構示意圖，參 見圖1和4，本發(fā)明提供的救援機器人，包括第一腿1、第二腿2、第三腿3、第四腿4、第五腿5、第六腿6、牽引繩7、控制單元8、攝像頭9、軀干10、電源11、輸送單元12，第一腿1、第二 腿2、第三腿3、第四腿4、第五腿5和第六腿6完全一樣，以上六條腿均由三個關節(jié)構成，這 三個關節(jié)分別為基節(jié)、股節(jié)和脛節(jié)，以圖1上最方便看到的第一腿1和第六腿6為例基節(jié) 101通過牽引繩7連接基節(jié)運動舵機1011、股節(jié)102通過牽引繩7連接股節(jié)運動舵機1022， 脛節(jié)103通過牽引繩7連接脛節(jié)運動舵機1033，六條腿上均設有固定圓盤6001、舵盤13、過 渡圓盤6002和固定餅盤6003。第一腿1基節(jié)101可繞軸在水平面內做旋轉運動，第一腿1股節(jié)102、第一腿1脛 節(jié)103分別可繞軸在鉛垂面內做旋轉運動。軀干10上布置有驅動六條腿基節(jié)運動的6個 舵機，其余12個舵機分為6組，每組兩個舵機如圖1所示布置在每條腿的基節(jié)上。每個舵 盤、固定圓盤、固定餅盤及過渡圓盤上均有兩個成180°分布的小孔，繩一端固結在舵盤的 一個孔上，另一端固結在關節(jié)附屬物上。每條腿上的固定圓盤固定在這條腿的股節(jié)上，每條 腿上的過渡圓盤可以繞基節(jié)與股節(jié)間的關節(jié)運動。每個關節(jié)的所有傳動件構成一個封閉的 環(huán)，舵機帶動舵盤運動，舵盤通過牽引繩間接帶動各關節(jié)運動，每個關節(jié)的所有傳動件構成 一個封閉的環(huán)，傳動方式類似于帶傳動，但又不同于帶傳動靠帶與輪的摩擦力運動，這種牽 引繩傳動不會存在過載打滑問題。該傳動方式的牽引繩由于繩的兩端離各自的旋轉中心距 離相等，牽引繩一直處于受拉狀態(tài)，使牽引繩具有了桿的剛性。圖2是本發(fā)明的髖關節(jié)傳動的繩布置結構示意圖；兩段牽引繩的布置牽引繩一端固結在舵盤的一個小孔上，另一端固定在與股節(jié) 固結的固定圓盤上，舵盤與舵機相連，舵機運動驅動舵盤旋轉運動，舵盤旋轉運動通過牽引 繩帶動固定圓盤運動，間接驅動股節(jié)的運動。固定圓盤及舵盤上的所有小孔離各自旋轉中 心的距離相等，這樣牽引繩一直處于不松弛狀態(tài)。圖3是本發(fā)明的膝關節(jié)傳動的繩布置結構示意圖；右邊兩段牽引繩的布置牽引繩一端固結在舵盤的一個小孔上，另一端固定在可 繞軸轉動的過渡圓盤上，左邊兩段牽引繩的布置牽引繩一端固結在過渡圓盤的一個小孔 上，另一端固定與脛節(jié)固定的固定餅盤上。舵盤與舵機相連，舵機運動驅動舵盤旋轉運動， 舵盤旋轉運動通過右邊牽引繩帶動過渡圓盤運動，過渡圓盤運動通過左邊牽引繩帶動固定 餅盤運動，間接驅動脛節(jié)的運動。過渡圓盤、固定餅盤及舵盤上的所有小孔離各自旋轉中心 的距離相等，這樣牽引繩一直處于不松弛狀態(tài)。圖4是本發(fā)明的俯視圖，是跟關節(jié)傳動的繩布置結構示意圖。六條腿跟關節(jié)傳動的繩布置完全一樣，每個跟關節(jié)傳動兩段牽引繩的布置牽引 繩一端固結在舵盤的一個小孔上，另一端固定在基節(jié)上。舵盤與舵機相連，舵機運動驅動舵 盤旋轉運動，舵盤旋轉運動通過牽引繩帶動基節(jié)運動。牽引繩在基節(jié)上的固結點及舵盤上 的兩個小孔離各自旋轉中心的距離相等，這樣牽引繩一直處于不松弛狀態(tài)。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術 人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本 發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變 化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內，本發(fā)明要求保護范圍由所附的權利要求書及其 等效物界定。
權利要求
一種救援機器人，其特征在于所述救援機器人包括軀干、六條腿、牽引繩、控制單元、電源、輸送單元，所述六條腿中的三條腿安裝在所述軀干的一側，另外三條腿安裝在所述軀干的另一側，所述控制單元、攝像頭、電源、輸送單元均安裝在軀干上，所述六條腿均由三個關節(jié)構成，所述三個關節(jié)分別為基節(jié)、股節(jié)和脛節(jié)，所述基節(jié)通過牽引繩連接基節(jié)運動舵機、股節(jié)通過牽引繩連接股節(jié)運動舵機，所述脛節(jié)通過牽引繩連接脛節(jié)運動舵機，所述腿上設有固定圓盤、舵盤、過渡圓盤和固定餅盤。
2.根據權利要求1所述的救援機器人，其特征在于所述固定圓盤、舵盤、過渡圓盤和 固定餅盤上均有兩個呈180°分布的小孔，所述牽引繩的一端固結在舵盤的一個孔上，所述 牽引繩的另一端固結在所述關節(jié)上。
3.根據權利要求1所述的救援機器人，其特征在于所述基節(jié)運動舵機安裝在軀干上， 股節(jié)運動舵機和脛節(jié)運動舵機安裝在六條腿上。
4.根據權利要求1所述的救援機器人，其特征在于所述輸送單元包括安裝在輸送單 元中的攝像頭、生命探測儀、經緯度定位器、通訊設備、急救藥物、生命維持液、食物、自救工 具。
5.根據權利要求1所述的救援機器人，其特征在于所述六條腿中任意一腿上的固定 圓盤固定在這條腿的股節(jié)上，每條腿上的過渡圓盤繞基節(jié)與股節(jié)間的關節(jié)運動。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種救援機器人，采用牽引繩作為每個關節(jié)的驅動機構，共有18個自由度，運動靈活，對凹凸不平的地形的適應能力更強，具有較好的越障能力。該救援機器體積小，重量輕，運行穩(wěn)定，在一些危險性大的災難中，特別是人們急于探知災難現(xiàn)場的內部險情，但又不敢或無法接近或進入災難現(xiàn)場的情況大有其用武之地。
文檔編號B25J11/00GK101869745SQ20101021750
公開日2010年10月27日 申請日期2010年7月2日 優(yōu)先權日2010年7月2日
發(fā)明者王宸曜, 謝連斌, 陳 峰 申請人:上海海事大學