一种轮履形态可重构消防侦察机器人的制作方法

本发明涉及侦察机器人技术领域，特别是涉及一种轮履形态可重构消防侦察机器人。

背景技术：

近年来，在世界各地，火灾、地震以及其他自然灾害带来的损失高居不下，消防救援和侦察仍然面临着巨大挑战。据统计全世界火灾以及地震灾害造成的直接和间接损失约占世界生产总值的3％，灾害造成的人员伤亡也非常惨烈，消防救援官兵在执行消防救援任务时要承担很大的风险，消防侦察机器人作为特种消防设备，其应用将大大提高消防部队对受灾情况的侦察能力，提高消防救援人员对环境的了解，减少在救援情况不可知的状态下造成的财产损失和人员伤亡。

面向灾后复杂环境工作的消防侦察机器人设计的关键技术之一是在地面复杂环境中拥有快速有效安全的救援能力。北京理工大学研究的一款轮履复合式机器人，整体为轮履复合叠加机构，通过驱动四个摆臂来实现轮履运动形式的转换，整体结构较为庞大，救援机器人活动范围较小，进出灾害环境的能力较低。针对移动救援机器人车轮和履带复合叠加设计,整体结构庞大等问题,哈尔滨工业大学提出一种轮履变形态机器人，利用对称四杆机构，实现轮式和履带式运动形态的切换，变形轮机构简单，但驱动机构复杂，这种机构使得救援机器人移动机构具有了形态可重构的特点。

随着对消防侦察机器人应用灾害救援的需求越来越广泛，出现了各种各样的轮履形态可重构救援移动机器人，但目前的存在的救援移动机器人在轮履形态重构过程中以及变形之后的刚度以及强度较低，整体结构的可靠性低。所以，亟需在现有轮履变形机构的基础上研制出具有高刚度、高稳定性、变形时间短等性能的轮履形态可重构移动救援机器人，以满足各种复杂环境的需求。

技术实现要素：

为解决以上技术问题，本发明提供一种轮履形态可重构消防侦察机器人，其具有轮履两种形态的快速重构变化能力，实施方式简单可靠，适用于不同的路况，可应用于复杂情况下消防灭火时的侦察工作。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种轮履形态可重构消防侦察机器人，包括车体、侦察装置和两个非独立悬架行进装置；所述侦察装置设置于所述车体顶部，所述车体底部的两端分别设置有一所述非独立悬架行进装置；每个所述非独立悬架行进装置的两端分别设置有一履带形态可重构行走单元。

可选的，所述侦察装置包括机械臂、摄像头和底座；所述底座设置于所述车体顶部，所述机械臂一端与所述底座相连接，所述摄像头设置于所述机械臂另一端。

可选的，所述车体底部的两端分别设置有一空心轴，所述空心轴上可转动的设置有一悬挂梁，所述履带形态可重构行走单元设置于所述悬挂梁两端。

可选的，所述履带形态可重构行走单元包括固定机构、展开机构和行进机构；所述固定机构一端与所述悬挂梁相连接，所述行进机构设置于所述固定机构的另一端，所述展开机构设置于所述行进机构内。

可选的，所述固定机构包括第一固定轴套、两个固定板和多个固定轴；所述第一固定轴套一端与所述悬挂梁相连接，所述第一固定轴另一端与一所述固定板的一侧相连接，所述两个固定板之间通过所述多个固定轴相连接。

可选的，所述行进机构包括第二电机、内轮盘、外轮盘和弹性履带，所述第二电机设置于所述固定板上，所述内轮盘活动套设于所述第一固定轴套另一端上，所述外轮盘可转动的设置于所述固定板远离所述车体的一侧；所述第二电机与所述内轮盘和所述外轮盘动力连接，所述弹性履带套设于所述内轮盘和所述外轮盘上。

可选的，所述展开机构包括第一电机、丝杆、移动梁、第二固定轴、移动平台、连杆、摆杆和辅助轮；所述第一电机设置于所述第一固定轴套的一端，所述第一电机的动力输出轴与所述丝杆的一端相连接，所述移动梁中部与所述丝杆传动连接，所述第二固定轴设置于所述两个固定板之间，所述移动梁可滑动的设置于所述第二固定轴上，所述移动平台设置于所述移动梁正下方，且所述移动平台与所述移动梁之间通过一第一剪叉臂相连接，所述第一剪叉臂的中部与一第二剪叉臂的中部转动连接，所述第二剪叉臂的一端与一所述固定板的内侧活动连接，所述第二剪叉臂的另一端与所述移动平台活动连接；所述移动平台的两端分别与一所述连杆的一端相连接，所述连杆的另一端与所述摆杆的中部活动连接；所述摆杆的一端与所述固定板活动连接，所述摆杆的另一端设置有所述辅助轮。

可选的，所述移动平台包括本体，所述本体为板状结构，所述本体顶部设置有长圆形槽孔，所述本体两端中部以及所述本体顶部一侧的两端分别设置有一圆柱孔，所述第二剪叉臂的另一端与所述槽孔活动连接，所述第一剪叉臂的底端与所述本体顶部一侧两端的圆柱孔活动连接，所述连杆的一端与所述本体两端中部的圆柱孔活动连接。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1、本发明中的轮履形态可重构行走单元的展开机构通过电机和丝杠驱动，具有传动平稳、结构可靠和自锁性。

2、本发明中的弹性履带采用高拉力硅胶作为制作材料，内外均有齿，内齿与外轮盘啮合传递运动，外齿用于增大摩擦。

3、本发明的侦察执行机构为三自由度机械臂和全景摄像头，能够实现360°无死角拍摄监控。

4、本发明底盘结构设计为两部分，上底盘与行走机构和执行机构装配，且行走机构与底盘间有非独立悬挂系统。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为轮履形态可重构消防侦察机器人的立体结构示意图，其中轮履形态可重构行走单元为展开状态。

图2为隐藏底部底板的可重构消防侦察机器人的底部视图。

图3为隐藏弹性履带的轮履形态可重构行走单元的立体结构示意图。

图4为隐藏弹性履带和一侧外轮盘的轮履形态可重构行走单元的立体结构示意图。

图5为轮履形态可重构行走单元中展开机构的立体结构示意图。

图6为展开机构中移动平台的立体示意图。

图7为展开机构的局部立体结构示意图。

图中：1-车体、2-侦察装置、3-非独立悬架行进装置、4-轮履形态可重构行走单元、5-固定机构、6-展开机构、7-行进机构；

11-底盘、12-底板、13-电池、21-摄像头基座、22-摄像头底座、23-大机械臂、24-小机械臂、25-全景摄像头、26-伺服电机、31-悬挂梁、32-轴承a、33-空心轴、401-弹性履带、402-第一电机、403-第一固定套轴、404-轴承b、405-内轮盘、406-固定板、407-第一固定轴、408-驱动轴、409-大齿轮、410-小齿轮、411-第二电机、412-外端盖、413-第二固定套轴、414-第二固定轴、415-移动梁、416-丝杠、417-第一剪叉臂、418-第二剪叉臂、419-移动平台、420-连杆、421-摆杆、422-辅助轮；

4191-槽孔a、4192-槽孔b、4193-圆柱孔a、4194-圆柱孔b、4195-圆柱孔c、4196-圆柱孔d、4151-螺纹孔、4152-移动梁圆柱孔a、4153-移动梁圆柱孔b、4171-剪叉臂螺栓a、4172-剪叉臂螺栓b、4173-剪叉臂螺栓c、4181-剪叉臂螺栓d、4182-剪叉臂螺栓e、4201-连杆螺栓a、4202-连杆螺栓b、4211-固定轴c。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“顶部”、“底部”、“一侧”、“另一侧”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。

如图1至7所示，本实施例提供一种轮履形态可重构消防侦察机器人，包括车体1、侦察装置2和两个非独立悬架行进装置3；所述侦察装置2设置于所述车体1顶部中央位置，所述车体1底部的两端分别设置有一所述非独立悬架行进装置3，并呈前后对称分布；每个所述非独立悬架行进装置3的两端分别设置有一履带形态可重构行走单元。

于本具体实施例中，车体1包括底盘11、底板12和电池13，底板12通过若干螺丝、螺母固定在底盘11的正下方；所述的电池13呈长条状，共两个共同固定在底盘11和底板12连接所形成的内部空间内，两个电池13大小相同并呈前后对称放置，作用是为机器人的移动和侦察提供必须的能量。

侦察装置2包括摄像头基座21、摄像头底座22、大机械臂23、小机械臂24、全景摄像头25和伺服电机26；摄像头基座21为扁平圆形，固定在车体1上部的中央位置；摄像头底座22安装在摄像头基座21上方，与摄像头基座21上的圆柱轴形成转动副联接，可绕摄像头基座21上的圆柱轴在上下方向进行转动；大机械臂23安装在摄像头底座22一端，与摄像头底座22上的圆柱轴形成转动副联接，使得大机械臂23可绕底座在上下方向进行转动；小机械臂24安装在大机械臂23上端的一侧，与大机械臂23上端的圆柱轴形成转动副联接，使得小机械臂24可绕大机械臂23上的圆柱轴在上下方向进行转动；全景摄像头25固定安装在小机械臂24的上端部位，通过全景摄像头25对机器人周围环境进行全面侦察，完成消防侦察机器人的侦察工作。

所述车体1底部的两端分别设置有一空心轴33，所述空心轴33上可转动的设置有一悬挂梁31，所述履带形态可重构行走单元设置于所述悬挂梁31两端。

悬挂梁31底部敞开，悬挂梁31与空心轴33之间设置有轴承a32。

所述履带形态可重构行走单元包括固定机构5、展开机构6和行进机构7；所述固定机构5一端与所述悬挂梁31相连接，所述行进机构7设置于所述固定机构5的另一端，所述展开机构6设置于所述行进机构7内。

所述固定机构5包括第一固定轴407套、两个固定板406和多个固定轴；所述第一固定轴407套一端与所述悬挂梁31相连接，所述第一固定轴407另一端与一所述固定板406的一侧相连接，所述两个固定板406之间通过所述多个固定轴相连接。

所述行进机构7包括第二电机411、内轮盘405、外轮盘和弹性履带401，所述第二电机411设置于所述固定板406上，所述内轮盘405活动套设于所述第一固定轴407套另一端上，所述外轮盘可转动的设置于所述固定板406远离所述车体1的一侧；所述第二电机411与所述内轮盘405和所述外轮盘动力连接，所述弹性履带401套设于所述内轮盘405和所述外轮盘上。

外轮盘与固定板406之间通过第二固定轴414套活动连接，第二固定轴414套外侧设置有一外端盖412，对轮履形态可重构行走单元4起到保护作用。

于更具体的实施例中，固定板406两侧均设置有小齿轮410与大齿轮409，同一侧的小齿轮410与大齿轮409传动连接，两侧的大齿轮409之间通过驱动轴408同轴传动连接，外侧的小齿轮410与第二电机411的动力输出轴动力连接，两侧的大齿轮409分别与内轮盘405和外轮盘内侧的齿圈传动连接，从而，通过第二电机411可以驱动内轮盘405和外轮盘同步转动，从而驱动车体1。

所述展开机构6包括第一电机402、丝杆、移动梁415、第二固定轴414、移动平台419、连杆420、摆杆421和辅助轮422；所述第一电机402设置于所述第一固定轴407套的一端，所述第一电机402的动力输出轴与所述丝杆的一端相连接，所述移动梁415中部与所述丝杆传动连接，所述第二固定轴414设置于所述两个固定板406之间，所述移动梁415可滑动的设置于所述第二固定轴414上，所述移动平台419设置于所述移动梁415正下方，且所述移动平台419与所述移动梁415之间通过一第一剪叉臂417相连接，所述第一剪叉臂417的中部与一第二剪叉臂418的中部转动连接，所述第二剪叉臂418的一端与一所述固定板406的内侧活动连接，所述第二剪叉臂418的另一端与所述移动平台419活动连接；所述移动平台419的两端分别与一所述连杆420的一端相连接，所述连杆420的另一端与所述摆杆421的中部活动连接；所述摆杆421的一端与所述固定板406活动连接，所述摆杆421的另一端设置有所述辅助轮422。

所述移动平台419包括本体，所述本体为板状结构，所述本体顶部设置有长圆形槽孔，所述本体两端中部以及所述本体顶部一侧的两端分别设置有一圆柱孔，所述第二剪叉臂418的另一端与所述槽孔活动连接，所述第一剪叉臂417的底端与所述本体顶部一侧两端的圆柱孔活动连接，所述连杆420的一端与所述本体两端中部的圆柱孔活动连接。

本发明提供的轮履形态可重构消防侦察机器人，具体工作原理如下：

当轮履形态可重构消防侦察机器人处于平坦路面时，该机器人的展开机构6处于收拢状态，摆杆421位置在内轮盘405和外轮盘所形成空间内部，弹性履带401收拢为圆环，与内轮盘405完全贴合，此时机器人速度较快，可通过性较弱。

当机器人遇到障碍物、沟壑等地形时候，轮式运动无法顺利进行，展开机构6中的第一电机402带动丝杆转动，从而使移动梁415横向移动，移动梁415带动第一剪叉臂417和第二剪叉臂418运动从而使移动平台419向下移动，通过连杆420的传动使摆杆421展开，辅助轮422将弹性履带401撑起，机器人由轮式变为履带式，从而可以越障和在沙地等不平坦的地面行走。当摆杆421变换为水平时，即展开机构6完全展开时，轮履形态可重构行走单元4变形为三角结构，稳定性较强。

当机器人执行侦察任务时，摄像头底座22可带动侦察装置2绕摄像头基座21在水平面旋转，摄像头大臂可绕摄像头底座22在竖直水平面旋转，摄像头小臂可绕摄像头大臂在竖直面上旋转。侦察装置2具有3个自由度，全景摄像头25安装在摄像头小臂上，可对当前环境进行全面侦察。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

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