專利名稱：旋轉(zhuǎn)足式兩棲礦難搜救機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的是一種水陸兩棲機(jī)器人。
背景技術(shù)：
仿生學(xué)是二十世紀(jì)中期出現(xiàn)的一門綜合性邊緣學(xué)科，是研究生物系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、特質(zhì)、功能、能量轉(zhuǎn)換、信息控制等各種優(yōu)異的特征，并把它們應(yīng)用到技術(shù)系統(tǒng)，改善已有的技術(shù)工程設(shè)備，并創(chuàng)造出新的工藝過程、建筑構(gòu)型、自動(dòng)化裝置等技術(shù)系統(tǒng)的綜合性科學(xué)。由于仿生機(jī)器人所具有的靈巧動(dòng)作對(duì)人類的生產(chǎn)、生活以及科學(xué)研究活動(dòng)有著相當(dāng)大的幫助，仿生機(jī)器人便成為了當(dāng)今機(jī)器人研究領(lǐng)域的一個(gè)重要方向。改革開放以來，我國國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，推動(dòng)能源需求急劇增長，作為占我國能源消耗70%以上構(gòu)成的煤炭需求更是直線攀升，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國年煤炭產(chǎn)量已超過美國，穩(wěn)居世界第一。然而，隨著我國煤炭產(chǎn)量的快速增長，由于我國煤礦井下開采條件、管理水平、員工素質(zhì)、安全裝備等諸多原因，造成我國礦難頻發(fā)。我國礦難死亡率居高不下的原因除了機(jī)械化程度低、煤層地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、高瓦斯礦井多等原因之外，礦難救援水平落后也是一個(gè)不可忽略的重要因素。從國內(nèi)外來看，對(duì)于礦難現(xiàn)場生產(chǎn)應(yīng)急救援，由于事故發(fā)生后無法迅速準(zhǔn)確地得到災(zāi)難現(xiàn)場的信息，如瓦斯?jié)舛鹊母叩汀?zāi)難現(xiàn)場是否發(fā)生火災(zāi)、被困或遇難人員的位置以及現(xiàn)場溫度、氧氣含量、CO等有害氣體的含量、現(xiàn)場倒塌狀況等，從而延誤了救援工作的開展。礦難救援機(jī)器人可有效地解決這些問題。2006年初，美國西弗吉尼亞Mgo煤礦發(fā)生礦難，造成12名礦工死亡。事故發(fā)生后，救援人員使用GPS測定被困礦工的方位，然后從地面上鉆了 3個(gè)深孔，以便給井下輸送氧氣，同時(shí)期望對(duì)井下的狀況進(jìn)行檢測。救援人員通過深孔向井下派出了一個(gè)救援機(jī)器人，這是搜救機(jī)器人第1次用于礦難救援，但最終因機(jī)器人中途行進(jìn)過程中陷入泥潭而受阻。目前，搜救機(jī)器人的種類很多，但結(jié)構(gòu)都過于復(fù)雜，體積比較龐大，可靠性不高，容易出現(xiàn)故障。美國UC伯克利大學(xué)成功研制了仿生自主機(jī)器人RHex，每條腿只有1個(gè)位于髖部的驅(qū)動(dòng)器。控制器采用關(guān)節(jié)空間閉環(huán)、任務(wù)空間開環(huán)的控制策略，通過改變5個(gè)參數(shù)值控制機(jī)器人的步態(tài)。實(shí)驗(yàn)證明，RHex可以較高速度穿越布有較大障礙物的路徑，平面上的速度可達(dá)到0. 15m/s。但是，該自主機(jī)器人不具有兩棲功能，在水路過渡過程中需要對(duì)機(jī)器人的腿部進(jìn)行更換，因此，該機(jī)器人不具有實(shí)用性。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供能夠自主靈活、移動(dòng)迅速、具有兩棲性能的旋轉(zhuǎn)足式兩棲礦難搜救機(jī)器人。本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型旋轉(zhuǎn)足式兩棲礦難搜救機(jī)器人，其特征是包括殼體、殼體上蓋、伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)、兩棲腿、陸地腿，兩棲腿和陸地腿安裝在殼體的兩側(cè)，每個(gè)兩棲腿、陸地腿均連有一個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所有伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)均安裝在殼體里，殼體上蓋固定在殼體上。本實(shí)用新型還可以包括1、所述的兩棲腿的橫截面呈封閉的弧形。2、殼體兩側(cè)每側(cè)包括兩個(gè)兩棲腿和一個(gè)陸地腿，殼體每側(cè)的兩個(gè)兩棲腿和另一側(cè)的一個(gè)陸地腿組成一組運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，每組運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的兩棲腿、陸地腿之間運(yùn)動(dòng)姿態(tài)保持一致。3、殼體兩側(cè)每側(cè)的陸地腿位于兩棲腿之間。4、每個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過各自的油封腔連接殼體。5、兩棲腿和陸地腿通過各自的聯(lián)軸器連接各自的伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)。本實(shí)用新型的優(yōu)勢在于本實(shí)用新型是一種新的高效率、體積小、具有仿生特征的搜救機(jī)器人，在事故發(fā)生后能夠迅速準(zhǔn)確地到達(dá)災(zāi)難現(xiàn)場，及時(shí)得到現(xiàn)場的準(zhǔn)確信息，具有很高的研究價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。

圖1為本實(shí)用新型的局部剖視圖；圖2為本實(shí)用新型的油封腔裝配圖；圖3為本實(shí)用新型的總裝立體圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖舉例對(duì)本實(shí)用新型做更詳細(xì)地描述實(shí)施方式1 結(jié)合圖1 3，本實(shí)施方式包括機(jī)器人具有密封性的殼體1、密封條4、密封條9、殼體上蓋2、四條曲線型水路兩用腿5、兩條支撐腿8、油封腔7、油封圈10、聯(lián)軸器6、伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)3等。機(jī)器人殼體1側(cè)面不對(duì)稱地加工有六個(gè)方孔，該方孔互相交錯(cuò)，并且與油封腔7相配合，油封腔7即通過該孔，固定在殼體1上。油封腔7除了安裝油封圈10起到動(dòng)密封的作用以外，還充當(dāng)伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)3的電機(jī)固定座，通過四個(gè)螺栓使伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)3固定，可控伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)3輸出軸固聯(lián)有聯(lián)軸器6，機(jī)器人的腿5和腿8通過螺栓固定在聯(lián)軸器6上， 機(jī)器人殼體1與殼體上蓋2之間、與油封腔7之間均通過螺栓固聯(lián)，并且之間裝有密封條4 和密封條9，起到靜密封作用。本實(shí)用新型還可以包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征1、腿5和腿8形狀不同，兩種機(jī)器人腿部共同作用，用來支撐機(jī)器人陸地行走。在水下行進(jìn)時(shí)，腿5作為整個(gè)機(jī)器人的蹼，使機(jī)器人在水中順利游動(dòng)，而腿8只在陸地行走時(shí)起到支撐作用，在水下行進(jìn)中不起作用；2、對(duì)比UC伯克利大學(xué)研制的RHex機(jī)器人來說，本實(shí)用新型在外形結(jié)構(gòu)上更加緊湊，外形采用了不對(duì)稱的結(jié)構(gòu)形式，更加節(jié)省空間，使機(jī)器人體積進(jìn)一步縮小。3、本實(shí)用新型機(jī)器人的油封腔7采用動(dòng)密封與靜密封相結(jié)合的方式，油封腔7內(nèi)部安裝有油封圈10，該油封圈10起到動(dòng)密封作用，在聯(lián)軸器6隨伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)3旋轉(zhuǎn)時(shí)能夠阻止外界雜質(zhì)和液體進(jìn)入機(jī)器人殼體內(nèi)部，油封腔7底座上部加工有密封槽，該密封槽內(nèi)置有密封條9，起到靜密封作用。[0027]4、油封腔7不僅起到動(dòng)密封與靜密封的作用，而且還作為電機(jī)座，固定伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)3。本實(shí)用新型搜救機(jī)器人的每個(gè)腿部均只有一個(gè)自由度，六條腿各自相互交叉分為兩組，由一側(cè)的前后兩條腿和另一側(cè)的中間腿組成一組，同為一組的三條腿能夠同時(shí)著地， 這樣機(jī)器人重心始終處于三條腿著地時(shí)所組成的三角形中，使得機(jī)器人在任意時(shí)刻都處于穩(wěn)定狀態(tài)，利用腿部的旋轉(zhuǎn)來使得機(jī)器人順利前行。結(jié)合圖，伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)3通過四個(gè)螺栓固定在油封腔7上，油封腔7內(nèi)部過盈安裝有油封圈9，起到動(dòng)密封的作用，伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)3的輸出軸一端通過螺栓固定有聯(lián)軸器6，另一端固聯(lián)有機(jī)器人的腿部5和腿8，形成一個(gè)行走模塊，整個(gè)行走模塊都固定在機(jī)器人殼體 1的側(cè)孔內(nèi)，并在油封腔7與殼體1接觸處裝有密封條9。搜救機(jī)器人的每條腿都由一個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過聯(lián)軸器直接與腿部不減速相固聯(lián)。該電機(jī)利用尾部自帶編碼器，通過程序控制自動(dòng)調(diào)整腿部轉(zhuǎn)動(dòng)速度，達(dá)到改變機(jī)器人運(yùn)行速度、方向以及運(yùn)行方式(陸地行走、水下游動(dòng))的目的。為了使機(jī)器人能夠連續(xù)的在陸地上奔跑，兩組腿部的旋轉(zhuǎn)相位相差180°，這樣即總有一組腿在機(jī)器人整體落地之前著地，使得機(jī)器人平穩(wěn)連續(xù)前行。利用兩組腿的旋轉(zhuǎn)方向的不同，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的轉(zhuǎn)向功能。在水下，搜救機(jī)器人仿生海龜?shù)挠蝿?dòng)方式，利用較寬的腿部來回?cái)[動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的前進(jìn)、后退、上升、下降的功能。
權(quán)利要求1.旋轉(zhuǎn)足式兩棲礦難搜救機(jī)器人，其特征是包括殼體、殼體上蓋、伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)、兩棲腿、陸地腿，兩棲腿和陸地腿安裝在殼體的兩側(cè)，每個(gè)兩棲腿、陸地腿均連有一個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所有伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)均安裝在殼體里，殼體上蓋固定在殼體上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)足式兩棲礦難搜救機(jī)器人，其特征是所述的兩棲腿的橫截面呈封閉的弧形。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)足式兩棲礦難搜救機(jī)器人，其特征是殼體兩側(cè)每側(cè)包括兩個(gè)兩棲腿和一個(gè)陸地腿，殼體每側(cè)的兩個(gè)兩棲腿和另一側(cè)的一個(gè)陸地腿組成一組運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，每組運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的兩棲腿、陸地腿之間運(yùn)動(dòng)姿態(tài)保持一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的旋轉(zhuǎn)足式兩棲礦難搜救機(jī)器人，其特征是殼體兩側(cè)每側(cè)的陸地腿位于兩棲腿之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的旋轉(zhuǎn)足式兩棲礦難搜救機(jī)器人，其特征是每個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過各自的油封腔連接殼體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的旋轉(zhuǎn)足式兩棲礦難搜救機(jī)器人，其特征是兩棲腿和陸地腿通過各自的聯(lián)軸器連接各自的伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)。
專利摘要本實(shí)用新型的目的在于提供旋轉(zhuǎn)足式兩棲礦難搜救機(jī)器人，包括殼體、殼體上蓋、伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)、兩棲腿、陸地腿，兩棲腿和陸地腿安裝在殼體的兩側(cè)，每個(gè)兩棲腿、陸地腿均連有一個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所有伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)均安裝在殼體里，殼體上蓋固定在殼體上。本實(shí)用新型是一種新的高效率、體積小、具有仿生特征的搜救機(jī)器人，在事故發(fā)生后能夠迅速準(zhǔn)確地到達(dá)災(zāi)難現(xiàn)場，及時(shí)得到現(xiàn)場的準(zhǔn)確信息，具有很高的研究價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)B60F3/00GK202130523SQ201120203000
公開日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2011年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月16日
發(fā)明者劉少智, 吳磊, 張群, 陳東華, 陳東良 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)