一种变结构球形双臂搜救机器人制造技术

本发明专利技术请求保护一种变结构球形双臂搜救机器人：主要包括变结构双机械臂和变结构球壳组成；突出特点是在机器人基架上设计了双6自由度机械臂，通过变形双臂机构完成机械臂的伸展和收回；机器人通过变形球壳机构可以从球体变成双轮状态，通过变形双臂机构可以伸出双机械臂，最终完成整个变形过程；机器人通过滚动驱动机构可以实现灵活移动；球形态下机器人电子元件全部封装在球壳内，具有良好的自我保护能力，在搜救现场可以有效防止粉尘和有害气体的侵蚀；在变形状态下，机械臂可以对外实施搜救操作，同时协同球壳滚动可以增强机器人在搜救现场的越障能力和对不同地形的适应能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及特种机器人
，具体是一种变形对外操作能力的小型球形搜救机器人。
技术介绍
目前，及时有效的灾后搜救能力已日益得到世界各国的高度重视，越来越多引起人们的关注。城市爆炸恐怖事件和自然灾害会造成财产损失和人员伤亡。为了使灾后的损失降到最小，在后的搜救行动刻不容缓。然而灾后的环境十分复杂，一方面潜藏着烟尘、毒气、坍塌和爆炸等未知的危险因素，一方面要对危害源进行准确定位处理，及时的对受伤人员运送重要物资，在这种不确定的和复杂的环境中，有效的时间内执行搜救工作是十分困难的，搜救队员的生命安全得不到保证，搜救工作的不易快速展开。因此，使用搜救机器人代替人们对灾后搜救目标进行搜寻和操作，已经成为了当前机器人技术研究的一大热点问题。由此可见，专利技术一种即可以执行搜寻任务和操作任务的变结构球形搜救机器人，有着极其重要的意义。随着研究的深入和广泛，在后搜救机器人的种类也变得多种多样。最常见的搜救机器人主要分为履带式搜救机器人、轮式机器人、腿式机器人和球形机器人几种。其中履带机器人应用最为广泛，具有越障能力强和对地面压强小的特点，但是移动速度慢，运动效率不高。轮式搜救机器人具有，运动效率高，运动速度快和结构简单的特点，但是越障能力较弱。腿式搜救机器人具有越障能力强特点，但是机械结构设计和控制复杂，可靠性较低和稳定性差。球形搜救机器人虽然运动灵活，自保护性好，但是对外操作能力差。因此，综合各种构型的搜救机器人的优缺点，研究一种运动效率高，具有自我保护能力和对外操作能力的变结构球形双臂搜救机器人具有重要意义。与现有的公开的搜救机器人技术不同，本专利专利技术的这种变结构的球形双臂搜救机器人，在球形态下具有良好的自我保护能力，同时具有变形能力，可以从球形态变换成双轮形态，双机械臂在收缩时可以驱动球可滚动，在展开时可以对外部目标操作；本专利专门设计了两个6自由度的变结构机械臂，机械臂对称布置便于稳定控制，结构设计简单，灵活可靠。
技术实现思路
本专利技术旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种灵活可靠、自保护性好、运动灵活、灾后地形适应能力和搜救目标操作能力强的变结构球形双臂搜救机器人。本专利技术的技术方案如下：一种变结构球形双臂搜救机器人，包括左半球壳和右半球壳，所述左半球壳和右半球壳可分离的对接在一起，其还包括变结构球壳机构和变结构机械臂机构；所述球形双臂搜救机器人通过变结构球壳机构和变结构机械臂机构的协调配合形成两种可变形态，即双轮形态和球形态，在球形态下通过左右电机驱动机器人向前或向后运动，通过关节电机驱动机械臂摆动实现机器人横向滚动；变形电机驱动左变形齿条和右变形齿条可以实现机器人从球形态变换成双轮形态；在双轮形态下，左球壳电机和右球壳电机差速旋转可驱动机器人转弯，变结构机械臂机构用于实现机械臂的展开和收缩。进一步的，所述变结构球壳机构包括变形电机、左变形齿条和右变形齿条，左变形齿条的左端作为左半球壳的转动轴，右变形齿条的右端作为右半球壳的转动轴，右半球壳电机固定在右变形齿条上驱动右半球壳转动，左半球壳电机固定在左变形齿条上驱动左半球壳转动；左变形齿条和右变形齿条均安装在横向支架内，左变形齿条和右变形齿条在变形电机的驱动下沿相反方向同步伸出和收回，实现机器人的球形态和双轮形态之间的互相变换。进一步的，所述变结构机械臂机构包括对称设置的前臂机构和后臂机构，其中每个前臂机构包括5个转动关节和1个滑动关节组成，分别为第一转动关节-第四转动关节、第五滑动关节及第六转动关节，其中机械臂的关节电机可以驱动机械收缩，关节电机包括前臂第一关节电机-前臂第六关节电机，在机器人球形态时，机械臂在机械臂关节电机作用下可以驱动机器人横向滚动；前臂机械臂的滑动关节包括第五关节电机、前臂主动齿轮、前臂被动齿轮和第五滑动关节齿条，前臂主动齿轮与前臂被动齿轮平行安装于前臂第四转动关节上，起到限制第五滑动关节的齿条与前臂第四转动关节相对转动的作用，前臂第五关节电机可以直接驱动主动齿轮转动，第五滑动关节齿条在主动齿轮作用下从滑动臂内伸出，同时被动齿轮跟随转动。进一步的，所述横向支架连接固定有前臂支架，前臂第一转动关节与前臂支架铰接，由前臂第一电机驱动实现转动，前臂第二转动关节与前臂第一转动关节铰接，由前臂第二电机驱动实现转动，前臂第三转动关节与前臂第二转动关节铰接，由前臂第三电机驱动实现转动，前臂第四转动关节与前臂第三转动关节铰接，由前臂第四电机驱动实现转动，前臂第五滑动关节与前臂第四转动关节可相对滑动，由前臂第五电机驱动实现齿条伸缩，前臂第六转动关节与前臂第五滑动关节铰接，由前臂第六电机驱动实现转动。进一步的，还包括设置于前臂第六转动关节前端的前臂手爪，所述前臂手爪由手爪电机驱动打开和闭合。进一步的，当变形电机驱动下，右变形齿条和左变形齿条同时在横向支架内滑动；当右变形齿条和左变形齿条滑动伸出时，右半球壳和左半球壳分开，机器人变成双轮形态；当机器人变成双轮形态后，机器人可以进行机械臂展开，前臂展开时，在前臂6个关节电机的驱动下，机械臂第一转动关节和第四转动关节转动90度，第二转动关节转动180度，第五滑动关节齿条完全滑出，即可完成机器人的机械臂展开。进一步的，所述机器人的右半球壳电机可驱动右半球壳转动，左半球壳电机可驱动左半球壳1转动，当右半球壳电机和左半球壳电机同速转动时，机器人可在球形态、双轮形态和多轮形态下实现向前和向后直线运动；当右半球壳电机和左半球壳电机差速转动时，机器人可在双轮形态下实现向左和向右转弯运动；机器人的前臂第二电机驱动前臂摆动，机器人的后臂第二电机同时驱动后臂摆动，机器人可以在球形态下实现横向滚动。本专利技术的优点及有益效果如下：本专利技术优点在于根据任务要求和灾后现场环境，机器人可进行球形态和双轮形态之间的相互变换；在每种形态下机器人都可以灵活运动；机器人的球壳变形运动仅需单个电机就可以同步驱动两个齿条；机器人在球形态时不需要单独的重心调整机构，仅利用收缩的机械臂摆动就可实现机器人横向滚动，节约了材料和空间；球壳变形过程和机械臂伸展过程可保证对称平衡，机构互不影响。总之，所设计的球形双臂搜救机器人，具有自保护性好、运动灵活、灾后地形适应能力和搜救目标操作能力强的优势。机器人通过滚动驱动机构可以实现灵活移动；球形态下机器人电子元件全部封装在球壳内，具有良好的自我保护能力，在搜救现场可以有效防止粉尘和有害气体的侵蚀；在变形状态下，机械臂可以对外实施搜救操作，同时协同球壳滚动可以增强机器人在搜救现场的越障能力和对不同地形的适应能力；该种机器人可以携带探测传感器进入灾后现场搜寻目标，在危险环境下用双机械臂来执行搜救任务。附图说明图1是本专利技术提供优选实施例机器人外观示意图；图2为本专利技术的机器人装配示意图；图3为本专利技术的机器人内部结构俯视图；图4为本专利技术的机器人内部结构侧视图；图5为本专利技术的机器人内部结构前视图；图6为本专利技术的机器人变形齿条结构示意图；图7为本专利技术的机器人变形单臂展开示意图；图中标号：1：左半球壳，2：左半球壳电机，3：后臂电机3，4：后臂第二转动关节，5：后臂第三转动关节，6：后臂手爪，7：后臂第五电机，8：后臂第四电机，9：后臂第四转动关节，10：后臂第五滑动关节，11：后臂第一转动关节，12：后臂第一电机，13：横向支本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变结构球形双臂搜救机器人，包括左半球壳(1)和右半球壳(41)，所述左半球壳(1)和右半球壳(41)可分离或对接在一起，其特征在于，还包括变结构球壳机构和变结构机械臂机构；所述球形双臂搜救机器人通过变结构球壳机构和变结构机械臂机构的协调配合形成两种可变形态，即双轮形态和球形态，在球形态下通过左右电机驱动机器人向前或向后运动，通过关节电机驱动机械臂摆动实现机器人横向滚动；变形电机驱动左变形齿条和右变形齿条可以实现机器人从球形态变换成双轮形态；在双轮形态下，左球壳电机和右球壳电机差速旋转可驱动机器人转弯，变结构机械臂机构用于实现机械臂的展开和收缩。

【技术特征摘要】
1.一种变结构球形双臂搜救机器人，包括左半球壳(1)和右半球壳(41)，所述左半球壳(1)和右半球壳(41)可分离或对接在一起，其特征在于，还包括变结构球壳机构和变结构机械臂机构；所述球形双臂搜救机器人通过变结构球壳机构和变结构机械臂机构的协调配合形成两种可变形态，即双轮形态和球形态，在球形态下通过左右电机驱动机器人向前或向后运动，通过关节电机驱动机械臂摆动实现机器人横向滚动；变形电机驱动左变形齿条和右变形齿条可以实现机器人从球形态变换成双轮形态；在双轮形态下，左球壳电机和右球壳电机差速旋转可驱动机器人转弯，变结构机械臂机构用于实现机械臂的展开和收缩。2.根据权利要求1所述的变结构球形双臂搜救机器人，其特征在于，所述变结构球壳机构包括变形电机(28)、左变形齿条(29)和右变形齿条(14)，左变形齿条(29)的左端作为左半球壳(1)的转动轴，右变形齿条(14)的右端作为右半球壳(41)的转动轴，右半球壳电机(16)固定在右变形齿条(14)上驱动右半球壳(41)转动，左半球壳电机(2)固定在左变形齿条(29)上驱动左半球壳(1)转动；左变形齿条(29)和右变形齿条(14)均安装在横向支架(13)内，左变形齿条(29)和右变形齿条(14)在变形电机(28)的驱动下沿相反方向同步伸出和收回，实现机器人的球形态和双轮形态之间的互相变换。3.根据权利要求2所述的变结构球形双臂搜救机器人，其特征在于，所述变结构机械臂机构包括对称布置的前臂机构和后臂机构，其中每个前臂机构包括5个转动关节和1个滑动关节组成，分别为第一转动关节-第四转动关节、第五滑动关节及第六转动关节，其中机械臂的关节电机可以驱动机械收缩，关节电机包括前臂第一关节电机-前臂第六关节电机，在机器人球形态时，机械臂在机械臂关节电机作用下可以驱动机器人横向滚动；前臂机械臂的滑动关节包括第五关节电机、前臂主动齿轮、前臂被动齿轮和第五滑动关节齿条，前臂主动齿轮与前臂被动齿轮平行安装于前臂第四转动关节上，起到限制第五滑...

【专利技术属性】
技术研发人员：李艳生，杨美美，张毅，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50