專利名稱：一種救援機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種機(jī)器人救援領(lǐng)域，特別是涉及一種成本低，運(yùn)用范圍廣的六 足仿生救援機(jī)器人。
背景技術(shù)：
自然災(zāi)害如地震、火災(zāi)、洪水嚴(yán)重威脅著人類的安全，引起了人們廣泛關(guān)注。將機(jī) 器人技術(shù)、營(yíng)救行動(dòng)技術(shù)、災(zāi)難學(xué)等多學(xué)科知識(shí)有機(jī)融合，研制與開(kāi)發(fā)用于搜尋和營(yíng)救的災(zāi) 難救援裝置，是機(jī)器人學(xué)研究中一個(gè)富有挑戰(zhàn)性的新領(lǐng)域。近年來(lái)，特別是“9. 11”事件以后，世界上許多國(guó)家開(kāi)始從國(guó)家安全戰(zhàn)略的角度研 制出各種反恐防爆機(jī)器人、災(zāi)難救援機(jī)器人等危險(xiǎn)作業(yè)機(jī)器人用于災(zāi)難的防護(hù)和救援。日 本東京工業(yè)大學(xué)的廣瀨從仿生的角度和基于超機(jī)械系統(tǒng)的思想先后研制了“ACM”，“GENBU” 與“S0RYU”等多系列救援機(jī)器人樣機(jī)。美國(guó)南佛羅里達(dá)大學(xué)研制出安裝有醫(yī)學(xué)傳感器的 救援機(jī)器人Bujold，能夠在災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)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(xué)HELMICK等研制的多傳感器救援機(jī)器人，機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易控，具 有快速爬樓梯的能力。南加利福尼亞大學(xué)SHEN等研制的一種模塊化可重構(gòu)的救援機(jī)器人 C0NR0。美國(guó)航空航天局HAITH等研制一種具有三維運(yùn)動(dòng)的蛇形機(jī)器人Snakebot，它在非 結(jié)構(gòu)環(huán)境具有較強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)能力?！?. 11”事件的災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)救援被認(rèn)為是災(zāi)難救援機(jī)器人的 第一次實(shí)際應(yīng)用。在紐約世界貿(mào)易中心遭到恐怖襲擊發(fā)生后幾小時(shí)，美國(guó)“機(jī)器人輔助搜救 中心”立即組織了一支由機(jī)器人專家和生產(chǎn)廠家技術(shù)人員構(gòu)成的隊(duì)伍，攜帶可供使用的機(jī) 器人趕赴世貿(mào)中心廢墟現(xiàn)場(chǎng)，向救援行動(dòng)提供技術(shù)支持。其中Inuktim公司的MicroVGTV、 MicroTraces和MiniTraces三種機(jī)器人它們體積小，質(zhì)量輕，在廢墟堆上用的最多。同時(shí)， 由于救援機(jī)器人有著潛在的應(yīng)用背景和市場(chǎng)，一些公司也介入了救援機(jī)器人的研究與開(kāi) 發(fā)。此外，國(guó)際RobCup機(jī)器人競(jìng)賽也增加了救援比賽的專項(xiàng)RobCup Rescue，為救援理論和 技術(shù)提供仿真研究的試驗(yàn)平臺(tái)。目前，災(zāi)難救援機(jī)器人技術(shù)正從理論和試驗(yàn)研究向?qū)嶋H應(yīng) 用發(fā)展。由于地震后存在易二次倒塌建筑物的現(xiàn)場(chǎng)，施救人員無(wú)法深入進(jìn)行偵察或施救， 人們急于探知災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)的內(nèi)部險(xiǎn)情，但又無(wú)法接近或進(jìn)入災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)。此時(shí)，救援機(jī)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(wù)，在災(zāi)難救援中起著越來(lái)越重要的作用。從實(shí) 際應(yīng)用的角度出發(fā)，機(jī)器人往往要具備以下能力運(yùn)動(dòng)能力(包括穿梭能力、抗傾翻能力、 爬樓梯能力、變形能力、自調(diào)整能力)、感知能力(內(nèi)部狀態(tài)檢測(cè)能力、探測(cè)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(chǔ)上，又要保證結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量輕，體積小，容易控制?，F(xiàn)有災(zāi)難救援機(jī)器人大多采用 齒輪傳動(dòng)、連桿傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)、帶傳動(dòng)等，往往造成機(jī)械傳動(dòng)部分復(fù)雜，造成質(zhì)量較大，體 積較大，生產(chǎn)成本高。
實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)上述問(wèn)題，本實(shí)用新型的主要目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、體積小、 運(yùn)行穩(wěn)定、實(shí)用，制作及生產(chǎn)成本低廉救援機(jī)器人。本實(shí)用新型是通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)解決上述技術(shù)問(wèn)題的一種救援機(jī)器人，其特 征在于所述救援機(jī)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(cè)，另外三條腿安裝在所述軀干的另一側(cè)，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(gè)關(guān)節(jié)構(gòu)成，所述三個(gè)關(guān)節(jié)分 別為基節(jié)、股節(jié)和脛節(jié)，所述基節(jié)通過(guò)牽引繩連接基節(jié)運(yùn)動(dòng)舵機(jī)、股節(jié)通過(guò)牽引繩連接股節(jié) 運(yùn)動(dòng)舵機(jī)，所述脛節(jié)通過(guò)牽引繩連接脛節(jié)運(yùn)動(dòng)舵機(jī)，所述腿上設(shè)有固定圓盤、舵盤、過(guò)渡圓 盤和固定餅盤。其中，所述固定圓盤、舵盤、過(guò)渡圓盤和固定餅盤上均有兩個(gè)呈180°分布的小孔， 所述牽引繩的一端固結(jié)在舵盤的一個(gè)孔上，所述牽引繩的另一端固結(jié)在所述關(guān)節(jié)上。其中，所述基節(jié)運(yùn)動(dòng)舵機(jī)安裝在軀干上，股節(jié)運(yùn)動(dòng)舵機(jī)和脛節(jié)運(yùn)動(dòng)舵機(jī)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(cè)儀、經(jīng)緯度定位 器、通訊設(shè)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(guò)渡圓盤繞基節(jié)與股節(jié)間的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。本實(shí)用新型的使用方法是在機(jī)器的輸送單元裝載攝像頭、生命探測(cè)儀、經(jīng)緯度定 位器、通訊設(shè)備、必要的急救藥物、生命維持液、食物及簡(jiǎn)單自救工具，打開(kāi)電源和控制系統(tǒng) 開(kāi)關(guān)，通過(guò)遠(yuǎn)程視頻傳輸技術(shù)、遠(yuǎn)程遙控技術(shù)、經(jīng)緯度定位器和生命探測(cè)儀移動(dòng)到災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng) 搜尋被困人員，當(dāng)救援機(jī)器來(lái)到被困人員身邊時(shí)，為被困人員提供急用藥物、水、食物、通訊 設(shè)備及簡(jiǎn)單自救工具，使被困人員能堅(jiān)持到救援人員到來(lái)或自救，同時(shí)經(jīng)緯度定位器供救 援人員確定位被困人員位置，攝像頭能實(shí)時(shí)反饋災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)情況。本實(shí)用新型的積極進(jìn)步效果在于本實(shí)用新型提供的救援機(jī)器具有以下優(yōu)點(diǎn)本實(shí) 用新型主要是涉及一種繩牽引六足救援機(jī)器人，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、體積小、運(yùn)行穩(wěn)定、實(shí) 用，制作及生產(chǎn)成本低廉，在一些危險(xiǎn)性大的災(zāi)難中，特別是人們急于探知災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)的內(nèi)部險(xiǎn) 情，但又不敢或無(wú)法接近或進(jìn)入災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)的情況大有其用武之地。此時(shí)，繩牽引六足救援機(jī)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(wù)，在災(zāi)難救援中起著越來(lái)越重要的作用。

圖1是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型的髖關(guān)節(jié)傳動(dòng)的繩布置結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型的膝關(guān)節(jié)傳動(dòng)的繩布置結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實(shí)用新型的跟關(guān)節(jié)傳動(dòng)的繩布置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖給出本實(shí)用新型較佳實(shí)施例，以詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案。
4[0018]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實(shí)用新型的跟關(guān)節(jié)傳動(dòng)的繩布置結(jié)構(gòu) 示意圖，參見(jiàn)圖1和4，本實(shí)用新型提供的救援機(jī)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(gè)關(guān)節(jié)構(gòu)成，這三個(gè)關(guān)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(guò)牽引繩7連接基節(jié)運(yùn)動(dòng)舵機(jī)1011、股節(jié)102通過(guò)牽引繩7連接股 節(jié)運(yùn)動(dòng)舵機(jī)1022，脛節(jié)103通過(guò)牽引繩7連接脛節(jié)運(yùn)動(dòng)舵機(jī)1033，六條腿上均設(shè)有固定圓 盤6001、舵盤13、過(guò)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(nèi)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，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(nèi)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。軀干10上布置有驅(qū)動(dòng)六條腿基節(jié)運(yùn)動(dòng)的6個(gè) 舵機(jī)，其余12個(gè)舵機(jī)分為6組，每組兩個(gè)舵機(jī)如圖1所示布置在每條腿的基節(jié)上。每個(gè)舵 盤、固定圓盤、固定餅盤及過(guò)渡圓盤上均有兩個(gè)成180°分布的小孔，繩一端固結(jié)在舵盤的 一個(gè)孔上，另一端固結(jié)在關(guān)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(guò)渡圓盤可以繞基節(jié)與股節(jié)間的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。每個(gè)關(guān)節(jié)的所有傳動(dòng)件構(gòu)成一個(gè)封閉的 環(huán)，舵機(jī)帶動(dòng)舵盤運(yùn)動(dòng)，舵盤通過(guò)牽引繩間接帶動(dòng)各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，每個(gè)關(guān)節(jié)的所有傳動(dòng)件構(gòu)成 一個(gè)封閉的環(huán)，傳動(dòng)方式類似于帶傳動(dòng)，但又不同于帶傳動(dòng)靠帶與輪的摩擦力運(yùn)動(dòng)，這種牽 引繩傳動(dòng)不會(huì)存在過(guò)載打滑問(wèn)題。該傳動(dòng)方式的牽引繩由于繩的兩端離各自的旋轉(zhuǎn)中心距 離相等，牽引繩一直處于受拉狀態(tài)，使?fàn)恳K具有了桿的剛性。圖2是本實(shí)用新型的髖關(guān)節(jié)傳動(dòng)的繩布置結(jié)構(gòu)示意圖；兩段牽引繩的布置牽引繩一端固結(jié)在舵盤的一個(gè)小孔上，另一端固定在與股節(jié) 固結(jié)的固定圓盤上，舵盤與舵機(jī)相連，舵機(jī)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)舵盤旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，舵盤旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)牽引 繩帶動(dòng)固定圓盤運(yùn)動(dòng)，間接驅(qū)動(dòng)股節(jié)的運(yùn)動(dòng)。固定圓盤及舵盤上的所有小孔離各自旋轉(zhuǎn)中 心的距離相等，這樣牽引繩一直處于不松弛狀態(tài)。圖3是本實(shí)用新型的膝關(guān)節(jié)傳動(dòng)的繩布置結(jié)構(gòu)示意圖；右邊兩段牽引繩的布置牽引繩一端固結(jié)在舵盤的一個(gè)小孔上，另一端固定在可 繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)渡圓盤上，左邊兩段牽引繩的布置牽引繩一端固結(jié)在過(guò)渡圓盤的一個(gè)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(jī)相連，舵機(jī)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)舵盤旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)， 舵盤旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)右邊牽引繩帶動(dòng)過(guò)渡圓盤運(yùn)動(dòng)，過(guò)渡圓盤運(yùn)動(dòng)通過(guò)左邊牽引繩帶動(dòng)固定 餅盤運(yùn)動(dòng)，間接驅(qū)動(dòng)脛節(jié)的運(yùn)動(dòng)。過(guò)渡圓盤、固定餅盤及舵盤上的所有小孔離各自旋轉(zhuǎn)中心 的距離相等，這樣牽引繩一直處于不松弛狀態(tài)。圖4是本實(shí)用新型的俯視圖，是跟關(guān)節(jié)傳動(dòng)的繩布置結(jié)構(gòu)示意圖。六條腿跟關(guān)節(jié)傳動(dòng)的繩布置完全一樣，每個(gè)跟關(guān)節(jié)傳動(dòng)兩段牽引繩的布置牽引 繩一端固結(jié)在舵盤的一個(gè)小孔上，另一端固定在基節(jié)上。舵盤與舵機(jī)相連，舵機(jī)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)舵 盤旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，舵盤旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)牽引繩帶動(dòng)基節(jié)運(yùn)動(dòng)。牽引繩在基節(jié)上的固結(jié)點(diǎn)及舵盤上 的兩個(gè)小孔離各自旋轉(zhuǎn)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實(shí)用新型的基本原理和主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行 業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述 的只是說(shuō)明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還 會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)，本實(shí)用新型
5要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定。
權(quán)利要求一種救援機(jī)器人，其特征在于所述救援機(jī)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(cè)，另外三條腿安裝在所述軀干的另一側(cè)，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(gè)關(guān)節(jié)構(gòu)成，所述三個(gè)關(guān)節(jié)分別為基節(jié)、股節(jié)和脛節(jié)，所述基節(jié)通過(guò)牽引繩連接基節(jié)運(yùn)動(dòng)舵機(jī)、股節(jié)通過(guò)牽引繩連接股節(jié)運(yùn)動(dòng)舵機(jī)，所述脛節(jié)通過(guò)牽引繩連接脛節(jié)運(yùn)動(dòng)舵機(jī)，所述腿上設(shè)有固定圓盤、舵盤、過(guò)渡圓盤和固定餅盤。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的救援機(jī)器人，其特征在于所述固定圓盤、舵盤、過(guò)渡圓盤和 固定餅盤上均有兩個(gè)呈180°分布的小孔，所述牽引繩的一端固結(jié)在舵盤的一個(gè)孔上，所述 牽引繩的另一端固結(jié)在所述關(guān)節(jié)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的救援機(jī)器人，其特征在于所述基節(jié)運(yùn)動(dòng)舵機(jī)安裝在軀干上， 股節(jié)運(yùn)動(dòng)舵機(jī)和脛節(jié)運(yùn)動(dòng)舵機(jī)安裝在六條腿上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的救援機(jī)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(cè)儀、經(jīng)緯度定位器、通訊設(shè)備、急救藥物、生命維持液、食物、自救工 具。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的救援機(jī)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(guò)渡圓盤繞基節(jié)與股節(jié)間的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種救援機(jī)器人，采用牽引繩作為每個(gè)關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，共有18個(gè)自由度，運(yùn)動(dòng)靈活，對(duì)凹凸不平的地形的適應(yīng)能力更強(qiáng)，具有較好的越障能力。該救援機(jī)器體積小，重量輕，運(yùn)行穩(wěn)定，在一些危險(xiǎn)性大的災(zāi)難中，特別是人們急于探知災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)的內(nèi)部險(xiǎn)情，但又不敢或無(wú)法接近或進(jìn)入災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)的情況大有其用武之地。
文檔編號(hào)A62B99/00GK201701667SQ20102024742
公開(kāi)日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2010年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月2日
發(fā)明者居加祥, 楊彪, 王宸曜, 謝連斌, 陳 峰 申請(qǐng)人:上海海事大學(xué)