一種應(yīng)急救援機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明專利涉及機(jī)器人，具體涉及一種應(yīng)急救援機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]中國是世界上自然災(zāi)害種類最多、災(zāi)情最為嚴(yán)重的國家之一，干旱、洪澇、地震、冰雹、冰凍雪災(zāi)、風(fēng)災(zāi)和沙塵暴等重特大災(zāi)害時有發(fā)生。僅就2008年以來，我國先后經(jīng)歷了南方大面積的冰凍雪災(zāi)、四川汶川特大地震、青海玉樹地震、甘肅舟曲特大山洪泥石流、雅安蘆山大地震等重特大自然災(zāi)害，再加上火災(zāi)、礦難、交通事故等頻發(fā)的生產(chǎn)安全事故，使人民生命和財(cái)產(chǎn)經(jīng)受了巨大損失。災(zāi)害發(fā)生后，搶險(xiǎn)救援任務(wù)緊迫而繁重，分分秒秒都與群眾生命財(cái)產(chǎn)安全密切相關(guān)。應(yīng)急救援機(jī)器人是機(jī)器人的一個新興發(fā)展領(lǐng)域，屬于危險(xiǎn)作業(yè)機(jī)器人的一個分支，具有危險(xiǎn)作業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn)。在世界各地，由于自然災(zāi)害、恐怖活動和各種突發(fā)事故等原因，災(zāi)難經(jīng)常發(fā)生。在災(zāi)難救援中，救援人員只有非常短的時間(約48小時)用于在倒塌的廢墟中尋找幸存者，否則發(fā)現(xiàn)幸存者的幾率幾乎為零。在這種緊急而危險(xiǎn)的環(huán)境下，救援機(jī)器人可以為救援人員提供幫助。因此，將具有自主智能的救援機(jī)器人用于危險(xiǎn)和復(fù)雜的災(zāi)難環(huán)境下“搜索和營救”(SAR)幸存者，是機(jī)器人學(xué)中的一個新興而富有挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域。災(zāi)難現(xiàn)場搜索有了較多的儀器、設(shè)備，但救援還是局限于前期的人工和后期的工程機(jī)械。災(zāi)害前期多因道路破壞或阻塞，大型工程機(jī)械很難第一時間進(jìn)入災(zāi)區(qū)現(xiàn)場。人工救援設(shè)備工具有限，多以千斤頂、撬棍、鐵锨、洋鎬為主，危險(xiǎn)性、體能消耗大，效率低下。能介入的多以直升飛機(jī)外掛運(yùn)輸，國內(nèi)普遍裝備的直升飛機(jī)“直8”最大外掛載荷只有5噸，已擁有的200余架米-171外掛質(zhì)量3噸。數(shù)量有限的“米26”(據(jù)有關(guān)資料介紹，汶川地震時我國僅有1架，臨時租用俄聯(lián)邦一架)外掛載荷可達(dá)20噸，但因傳統(tǒng)工程機(jī)械挖掘機(jī)、裝載機(jī)、起重機(jī)等功能單一，自身質(zhì)量較大，給運(yùn)輸和救災(zāi)作業(yè)帶來不便，極大的影響了救援效率。地震救災(zāi)所面對的是一系列世界性的科學(xué)技術(shù)難題，生命救援的最佳時間只有48小時。當(dāng)前，我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城市發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，人口高度集中，財(cái)富快速積累，各種突發(fā)災(zāi)害可能造成的破壞效應(yīng)更加廣泛、財(cái)產(chǎn)損失更加巨大，其對經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和公共安全構(gòu)成的威脅更加嚴(yán)重。在裝備制造技術(shù)發(fā)展突飛猛進(jìn)的今天，常規(guī)的應(yīng)急裝備成為災(zāi)害救援的瓶頸，往往由于通往災(zāi)區(qū)被嚴(yán)重破壞的交通要道成為救援搶險(xiǎn)的阻隔，即使再勇猛的人民解放軍也只能先搶通道路才能深入災(zāi)區(qū)救援。目前救援還是局限于前期的人工和后期的工程機(jī)械。災(zāi)害前期多因道路破壞或阻塞，大型工程機(jī)械很難第一時間進(jìn)入災(zāi)區(qū)現(xiàn)場。人工救援設(shè)備工具有限，多以千斤頂、撬棍、鐵锨、洋鎬為主，危險(xiǎn)性、體能消耗大，效率低下。能介入的多以直升飛機(jī)外掛運(yùn)輸，國內(nèi)普遍裝備的直升飛機(jī)“直8”最大外掛載荷只有5噸，已擁有的200余架米-171外掛質(zhì)量3噸。數(shù)量有限的“米26”(據(jù)有關(guān)資料介紹，汶川地震時我國僅有1架，臨時租用俄聯(lián)邦一架)外掛載荷可達(dá)20噸，但因傳統(tǒng)工程機(jī)械挖掘機(jī)、裝載機(jī)、起重機(jī)等功能單一，自身質(zhì)量較大，給運(yùn)輸和救災(zāi)作業(yè)帶來不便，極大的影響了救援效率，給人民的生命財(cái)產(chǎn)帶來巨大損失。除了事前防范之外，事后救援能力是體現(xiàn)一個國家應(yīng)急搶險(xiǎn)救援能力強(qiáng)弱的一個重要標(biāo)志。研發(fā)一種應(yīng)急救援機(jī)器人最大限度的替代人工徒手作業(yè)，部分替代大型工程機(jī)械。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種應(yīng)急搶險(xiǎn)救援能力強(qiáng)，功能多，具有高通訊能力和智能化的應(yīng)急救援機(jī)器人。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
一種應(yīng)急救援機(jī)器人，包括底盤及支承、動力及平臺、起重舉升臂、覆蓋件、座椅、操作臺、前雙臂及輔具、液壓傳動系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和人頭形檢測頭，在底盤及支承的上面設(shè)有動力及平臺，底盤及支承與動力及平臺通過回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)連接在一起，在動力及平臺上設(shè)有起重舉升臂、覆蓋件、座椅、操作臺、前雙臂及輔具、液壓傳動系統(tǒng)和人頭形檢測頭。
[0005]所述底盤及支承由四只蜘蛛型支腿、履帶底盤(下車架、行走馬達(dá)及減速機(jī)、四輪一帶、漲緊裝置等)、前推叉、支腿油缸壓力傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、垂直油缸、左右擺動油缸和前后擺動油缸組成。履帶底盤在傳統(tǒng)微型挖掘機(jī)底盤基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，前后焊接高強(qiáng)度鋼板延伸下車架，增加支腿箱安裝了四只蜘蛛型支腿液壓支腿。四只蜘蛛型支腿具有較大支腿跨度和支撐行程，可在0-400_高度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的平穩(wěn)作業(yè)，還可通過前后擺動油缸、左右擺動油缸復(fù)合動作，在遇有路障、履帶行走方式受阻時前、后、左、右擺動輔助行走，大幅增加越野性能。平臺安裝有雙軸傾角傳感器，與支腿油缸壓力傳感器配合可實(shí)現(xiàn)車身調(diào)平和作業(yè)狀態(tài)防傾翻。行走馬達(dá)裝有轉(zhuǎn)速傳感器，可實(shí)現(xiàn)行走狀態(tài)的精確、自動控制。前推叉在垂直油缸的作用下可實(shí)現(xiàn)推鏟和叉車功能，用去清除路障和叉舉物件。
[0006]所述動力及平臺由平臺、發(fā)動機(jī)、液壓栗、液壓油箱、燃油箱、雙軸傾角傳感器組成。平臺作為上部基礎(chǔ)部件，用高強(qiáng)度薄鋼板壓制焊接而成，具備高強(qiáng)度、低質(zhì)量的特點(diǎn)，用來安裝和支撐發(fā)動機(jī)、液壓栗、液壓油箱、燃油箱、前雙臂、起重舉升臂、覆蓋件、液壓系統(tǒng)和傳感控制系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)部分零部件。發(fā)動機(jī)為多缸國排放標(biāo)準(zhǔn)工程機(jī)械用增壓柴油發(fā)動機(jī)，具備低速大扭矩滿足液壓傳動需求、電控高壓共軌低排放可實(shí)現(xiàn)故障自診斷和自動控制，用來驅(qū)動液壓栗，實(shí)現(xiàn)機(jī)械和液壓能量的轉(zhuǎn)換，驅(qū)動行走馬達(dá)和其它工作裝置。液壓栗為負(fù)載敏感變量栗，可根據(jù)需求實(shí)現(xiàn)壓力和流量的自動調(diào)節(jié)，增加作業(yè)平穩(wěn)性、降低動力損耗。液壓油箱為薄板焊成的箱式結(jié)構(gòu)，用來儲存、過濾、冷卻液壓油。燃油箱用來儲存燃油，具有較大容量，可滿足8小時作業(yè)需求。
所述起重舉升臂用來實(shí)現(xiàn)起重和高空作業(yè)功能，由固定臂、起重臂、伸縮臂、作業(yè)欄、調(diào)平裝置、回轉(zhuǎn)裝置、變幅裝置、傾角傳感器、電液比例閥組成。伸縮臂由外臂、內(nèi)臂、伸縮臂油缸、平衡閥、滑塊組成，控制伸縮臂油缸伸縮即可實(shí)現(xiàn)內(nèi)臂伸縮，增加起重和高空作業(yè)范圍。本研究應(yīng)用了自潤滑、自補(bǔ)償發(fā)明專利的滑塊，可大幅減少伸縮臂沖擊，降低摩擦力和維護(hù)周期。作業(yè)欄可承載100kg，承載一人完成搜救作業(yè)。作業(yè)欄裝有傾角傳感器，配合調(diào)平油缸和電液比例閥實(shí)現(xiàn)作業(yè)欄調(diào)平。
[0007]所述起重舉升臂延伸可快速更換多級多關(guān)節(jié)搜救臂，可實(shí)現(xiàn)大范圍、多角度伸縮、彎曲，搜救臂末端為柔性結(jié)構(gòu)，在搜救臂的末端裝有搜索探頭，可深入狹小空隙實(shí)現(xiàn)搜索。搜索探頭由生命探測儀、紅外攝像頭、照明燈、麥克、擴(kuò)音器組成，與遙控器、控制器、計(jì)算機(jī)、耳機(jī)配合實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，具備較強(qiáng)通訊能力，可實(shí)現(xiàn)不同高度、距離和狹小、危險(xiǎn)空間的生命搜救。生命探測儀用于探索生命跡象，遠(yuǎn)紅外攝像頭配合顯示器實(shí)現(xiàn)不同視線環(huán)境的圖像傳輸。麥克和擴(kuò)音器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離搜救和遇險(xiǎn)人員間微弱的語音通訊
所述座椅及操作臺用于人工手動作業(yè)，設(shè)計(jì)在兩前臂間，可以根據(jù)視線需要升降。座椅為折疊式結(jié)構(gòu)，遠(yuǎn)程控制作業(yè)時可以折疊。操作臺安裝有顯示器和各種手柄、按鈕，用于顯示主要性能、工況參數(shù)和實(shí)現(xiàn)操作。覆蓋件上方設(shè)計(jì)有人頭形檢測頭，安裝有CCD攝像頭、擴(kuò)音器、照明燈具，用于輔助搜索。遙控器在危險(xiǎn)工況可實(shí)現(xiàn)遙控操作，配合人機(jī)界面顯示器可實(shí)現(xiàn)100范圍內(nèi)的遠(yuǎn)程控制。
[0008]所述前雙臂及輔具具備7個自由度，由一臂、二臂、三臂、連接裝置、回轉(zhuǎn)裝置、液壓油缸、工作輔具組成。臂架由高強(qiáng)度薄鋼板沖壓、焊接成箱式結(jié)構(gòu)，符合高強(qiáng)度、低重量需求。各級臂及液壓油缸間通過銷軸及套鉸接，具備良好潤滑。連接裝置由回轉(zhuǎn)支承及馬達(dá)、快換接頭、擺動裝置組成，可實(shí)現(xiàn)360全回轉(zhuǎn)和較大范圍內(nèi)萬向擺動，快換接頭可自動控制實(shí)現(xiàn)破碎錘、液壓剪、挖斗、抓具、夾具等多種工作輔具的快換，滿足多種工況的作業(yè)需求?；剞D(zhuǎn)裝置由回轉(zhuǎn)臂座、回轉(zhuǎn)油缸組成，可實(shí)現(xiàn)前雙臂及工作輔具90°回轉(zhuǎn)作業(yè)，配合平臺回轉(zhuǎn)，極大地?cái)U(kuò)大了作業(yè)范圍。一臂、二臂、三臂、連接裝置均有雙作用液壓油缸支撐和變幅，具備較大支撐力矩和變幅范圍。液壓油缸裝有平衡閥用來鎖止油缸和實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)伸縮。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:同時具備搜索和救援功能。具備遠(yuǎn)距離大范圍搜索和幾乎所有救援機(jī)械所具備的挖掘、破碎、剪切、抓裝、裝卸、叉裝、吊裝、整平、高空作業(yè)等功能。反應(yīng)速度快，可在非公路環(huán)境行走和平穩(wěn)作業(yè)。具備人工操作、遙控和計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制功能，可實(shí)現(xiàn)操作人員和救援裝備之間、操作人員和遇難者之間、多救援裝備之間多種形式的通訊。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2為安裝搜救臂的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖3為搜索探頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖4為底盤及支承的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖5為前雙臂及輔具的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖6為連接裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖7為起重舉升臂的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
如圖1所示，一種應(yīng)急救援機(jī)器人，包括底盤及支承1、動力及平臺2、起重舉升臂3、覆蓋件4、座椅5、操作臺6、前雙臂及輔具7、液壓傳動系統(tǒng)8、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)9和人頭形檢測頭10，在底盤及支承1的上面設(shè)有動力及平臺2，底盤及支承1與動力及平臺2通過回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)9連接在一起，在動力及平臺2上設(shè)有起重舉升臂3、覆蓋件4、座椅5、操作臺6、前雙臂及輔具
7、液壓傳動系統(tǒng)8、傳感控制系統(tǒng)10、人頭形檢測頭10。所述動力及平臺2由平臺、發(fā)動機(jī)、液壓栗、液壓油箱、燃油箱、雙軸傾角傳感器2-2組成。平臺作為上部基礎(chǔ)部件，用高強(qiáng)度薄鋼板壓制焊接而成，具備高強(qiáng)度、低質(zhì)量的特點(diǎn)，用來安裝和支撐發(fā)動機(jī)2-1、液壓栗、液壓油箱、燃油箱、前雙臂7、起重舉升臂3、覆蓋件4、液壓系統(tǒng)8和傳感控制系統(tǒng)10、電氣系統(tǒng)部分零部件。發(fā)動機(jī)2-1為多缸國3排放標(biāo)準(zhǔn)工程機(jī)械用增壓柴油發(fā)動機(jī)，具備低速大扭矩滿足液壓傳動需求、電控高壓共軌低排放可實(shí)現(xiàn)故障自診斷和