救援機(jī)器人用多功能執(zhí)行手臂的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種救援機(jī)器人多功能執(zhí)行手臂，包括手臂主體及執(zhí)行末端(13)；執(zhí)行末端(13)包括固定于減速電機(jī)固定座(24)上的減速電機(jī)(18)，直齒圓柱齒輪(19)、直齒齒條(20)、機(jī)械夾鉗(21)、機(jī)械剪鉗(22)和彈簧(23)；在機(jī)械剪鉗(22)和機(jī)械夾鉗(21)上均設(shè)置有掛鉤，所述彈簧(23)的兩端各鉤掛于此兩個(gè)掛鉤(28，32)上，在初始時(shí)刻彈簧存在壓縮預(yù)緊力。本發(fā)明針對室外傷員救援過程中影響救援進(jìn)展的不利因素進(jìn)行設(shè)計(jì)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、“維護(hù)方便”的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】救援機(jī)器人用多功能執(zhí)行手臂

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于救援機(jī)器人領(lǐng)域，具體涉及一種用于復(fù)雜環(huán)境下路面障礙清除，輔助搬運(yùn)傷員的救援機(jī)器人附屬裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，突發(fā)的自然災(zāi)害和重特大社會安全事故的發(fā)生，其周圍自然、人為環(huán)境具有高度復(fù)雜性、任意性，其發(fā)生時(shí)間具有突發(fā)性。目前，救援機(jī)器人已經(jīng)用于自然災(zāi)害和戰(zhàn)場的救援工作，用以提高救援工作效率和安全性。
[0003]傷員所處的地形環(huán)境有時(shí)會限制救援機(jī)器人展開救援工作，這一情況會嚴(yán)重影響救援機(jī)器人發(fā)揮作用拖延救援工作的時(shí)間。其原因包括:(I)傷員所處的空間狹小，限制救援機(jī)器人在當(dāng)場展開工作；(2)傷員所處的環(huán)境復(fù)雜、雜物眾多限制救援機(jī)器人發(fā)揮救援功能；(3)傷員背負(fù)的物品，影響拾取裝置的正常工作。因此，國內(nèi)外眾多研究機(jī)構(gòu)致力于研制承載較大、操作靈活的機(jī)械臂和機(jī)械手，作業(yè)能力提高，但往往帶來體積較大、價(jià)格昂貴、作業(yè)空間要求高等實(shí)際問題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有傷員救援工作中的上述不足，為救援機(jī)器人設(shè)計(jì)一種輔助拾取傷員工作的裝置，用于在復(fù)雜、惡劣環(huán)境下排除傷員身體上障礙物，拖拽傷員脫離危險(xiǎn)環(huán)境。本實(shí)用新型的多功能執(zhí)行手臂，針對室外傷員救援過程中影響救援進(jìn)展的不利因素，依據(jù)“結(jié)構(gòu)緊湊”、“體積小巧”、“功能夠用”、“維護(hù)方便”的原則進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以配合救援機(jī)器人其它功能子系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，輔助救援機(jī)器人高效地完成救援工作。
[0005]為此，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下:
[0006]一種救援機(jī)器人多功能執(zhí)行手臂，包括與救援機(jī)器人車體固定聯(lián)接手臂主體及設(shè)置在手臂主體末端的執(zhí)行末端(13);其中，
[0007]所述的執(zhí)行末端(13)包括減速電機(jī)固定座(24)，固定于減速電機(jī)固定座(24)上的減速電機(jī)(18)，直齒圓柱齒輪(19)、直齒齒條(20)、機(jī)械夾鉗(21)、機(jī)械剪鉗(22)和彈簧(23)。
[0008]在減速電機(jī)固定座(24)上設(shè)置有導(dǎo)向槽，直齒圓柱齒輪(19)與減速電機(jī)(18)的輸出軸連接固定；直齒齒條(20)與直齒圓柱齒輪(19)嚙合并可在減速電機(jī)固定座(24)的導(dǎo)向槽內(nèi)水平滑動；
[0009]所述的機(jī)械剪鉗(22)通過剪鉗固定孔座33固定連接在與直齒齒條(20)的前端。在機(jī)械剪鉗(22)上設(shè)置有剪鉗導(dǎo)向槽(30)和導(dǎo)向柱(31)，機(jī)械夾鉗(21)與機(jī)械剪鉗相貼合，其上設(shè)置有夾鉗導(dǎo)向槽(29)，機(jī)械剪鉗(22)上的導(dǎo)向柱(31)可在夾鉗導(dǎo)向槽(29)內(nèi)直線滑動，機(jī)械夾鉗(21)上的夾鉗彈簧掛鉤(28)可在剪鉗導(dǎo)向槽(30)內(nèi)直線相向直線滑動；
[0010]在機(jī)械剪鉗(22)和機(jī)械夾鉗(21)上均設(shè)置有掛鉤，所述彈簧(23)的兩端各鉤掛于此兩個(gè)掛鉤(28，32)上，在初始時(shí)刻彈簧存在壓縮預(yù)緊力。
[0011]作為優(yōu)選實(shí)施方式，所述的手臂主體包括斜齒齒條(11)、電機(jī)座(14)、蝸輪蝸桿減速馬達(dá)(12)和導(dǎo)桿式電動缸(10)，執(zhí)行末端(13)的減速電機(jī)固定座(24)與斜齒齒條
[11]固定連接，斜齒齒條(11)在電機(jī)座(14)上的導(dǎo)向槽內(nèi)可垂直滑動，電機(jī)座(14)與導(dǎo)桿式電動缸(10)固定連接，導(dǎo)桿式電動缸(10)的缸體與救援機(jī)器人2的車體固定聯(lián)接，使電機(jī)座(14)、斜齒齒條(11)、減速電機(jī)固定座(24)和執(zhí)行末端(13)與導(dǎo)桿式電動缸(10)同步運(yùn)動，從而完成執(zhí)行末端(13)水平伸縮運(yùn)動；蝸輪蝸桿減速馬達(dá)(12)與電機(jī)座(14)連接固定，斜齒圓柱齒輪(15)固定于蝸輪蝸桿減速馬達(dá)(12)上并與斜齒齒條(11)相嚙合；蝸輪蝸桿減速馬達(dá)(12)開機(jī)啟動帶動與其連接的斜齒圓柱齒輪(15)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動斜齒齒條(11)上下運(yùn)動。
[0012]本實(shí)用新型的技術(shù)效果如下:
[0013](I)利用本實(shí)用新型的多功能執(zhí)行手臂系統(tǒng)，能夠使救援機(jī)器人在當(dāng)時(shí)沒有條件進(jìn)行傷員拾取的情況下，利用執(zhí)行末端的機(jī)械剪鉗，剪開傷員身上的多余負(fù)重裝備以方便救援機(jī)器人繼續(xù)救援工作；利用執(zhí)行末端的機(jī)械夾鉗，可夾取并移除壓覆在傷員身體上的障礙和重物，亦可夾持傷員衣物，將其拖拽到有條件進(jìn)行傷員拾取的環(huán)境中，以確保救援機(jī)器人能順利開展救援工作。
[0014](2)救援機(jī)器人附屬系統(tǒng)中的機(jī)械剪鉗和機(jī)械夾鉗同時(shí)存在于執(zhí)行手臂系統(tǒng)中，通過執(zhí)行手臂與人體或其它物品之間的接觸力克服彈簧的預(yù)緊力，實(shí)現(xiàn)機(jī)械剪鉗和機(jī)械夾鉗的功能切換。
[0015](3)導(dǎo)桿式電動缸安裝于車體內(nèi)部，通過調(diào)整導(dǎo)桿式電動缸的伸縮長度即可調(diào)整與之連接的執(zhí)行末端的水平距離；通過蝸輪蝸桿減速馬達(dá)調(diào)整斜齒齒條的長度即可調(diào)整執(zhí)行末端的垂直距離，實(shí)現(xiàn)執(zhí)行手臂在空間的定位，結(jié)構(gòu)緊湊。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1救援機(jī)器人障礙清除裝置工作示意圖；
[0017]圖2救援機(jī)器人多功能執(zhí)行手臂工作示意圖；
[0018]圖3救援機(jī)器人多功能執(zhí)行手臂工作時(shí)等軸測視圖；
[0019]圖4救援機(jī)器人工作時(shí)附屬裝置位姿視圖；
[0020]圖5多功能執(zhí)行手臂執(zhí)行末端裝置爆炸視圖；
[0021]圖6障礙清除裝置3-耙狀屬具25示意圖
[0022]圖7障礙清除裝置3-刀狀屬具26示意圖；
[0023]圖8機(jī)械夾鉗示意圖；
[0024]圖9機(jī)械剪鉗示意圖；
[0025]圖10救援機(jī)器人附屬裝置復(fù)位示意圖；
[0026]圖11多功能執(zhí)行手臂執(zhí)行末端低位姿示意圖；
[0027]圖12多功能執(zhí)行手臂執(zhí)行末端高位姿示意圖；
[0028]圖13為階梯軸示意圖。
[0029]圖1到圖13中:1:救援機(jī)器人，2收納系統(tǒng)，3障礙清除裝置，4多功能執(zhí)行手臂，5沙石，6雜物，7傷員，8屬具，10導(dǎo)桿式電動缸，11斜齒齒條，12蝸輪蝸桿減速馬達(dá)，13執(zhí)行末端，14電機(jī)座，15斜齒圓柱齒輪，16類鏟形拾取裝置，17中間過渡輸送裝置，18減速電機(jī)，19直齒圓柱齒輪，20直齒齒條，21機(jī)械夾鉗，22機(jī)械剪鉗，23彈簧，24減速電機(jī)固定座，25耙狀屬具，26刀狀屬具，27刀片，28夾鉗彈簧掛鉤，29夾鉗導(dǎo)向槽，30剪鉗導(dǎo)向槽，31導(dǎo)向柱，32剪鉗彈簧掛鉤，33剪鉗固定孔座，34階梯軸，35軸承座，36電機(jī)，37彈性聯(lián)軸器，38屬具長柄，39定位安裝孔，40開口銷安裝孔

【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。
[0031]由圖1 一圖13可知，本實(shí)用新型的救援機(jī)器人多功能執(zhí)行手臂4與障礙清除裝置3均屬于附屬系統(tǒng)，是其重要輔助功能裝置。
[0032]當(dāng)救援機(jī)器人I接近傷員7時(shí)，智能控制系統(tǒng)自動收集傷員7所處的周圍環(huán)境信息，綜合機(jī)器人自身運(yùn)行姿態(tài)，預(yù)估傷員7營救方案，并發(fā)送到遠(yuǎn)程控制端，由操作人員進(jìn)行決策，并制定傷員7救援策略。
[0033]當(dāng)操作人員通過救援機(jī)器人I自帶的傳感系統(tǒng)或圖像采集模塊發(fā)現(xiàn)傷員7周圍存在凸起土塊、沙石5和其它雜物等阻礙收納系統(tǒng)2進(jìn)行傷員7拾取工作時(shí)，通過遠(yuǎn)程控制平臺控制障礙清除裝置3由高位做旋轉(zhuǎn)動作如圖1所示，使屬具8與地面接觸，通過接觸式傳感器反饋的信號自動控制電機(jī)36停機(jī)，避免對電機(jī)造成堵轉(zhuǎn)破壞，此時(shí)救援機(jī)器人I整車后退，通過清障屬具8平整地面，為收納系統(tǒng)2拾取傷員7提供較好的地面環(huán)境。
[0034]障礙清除裝置為模塊化設(shè)計(jì)，可以搭載不同類型和功能的屬具，圖6為耙狀屬具25，適用于清除凸起土塊、沙石5等硬質(zhì)塊狀障礙物；圖7為刀狀屬具26，適用于清除荊棘、植物枝干、織網(wǎng)以及鋼絲網(wǎng)等纏繞物，刀狀屬具26可以根據(jù)實(shí)際情況改變刀片27數(shù)量與位置以滿足不同情況的使用要求。障礙清除裝置3中的耙狀屬具25或刀狀屬具26通過螺栓與兩個(gè)階梯軸34的固定聯(lián)接，其中，左側(cè)階梯軸34 —端與長柄38屬具的定位安裝孔39通過螺絲固定連接，另一端穿過軸承座35，通過彈性聯(lián)軸器37與電機(jī)36固定連接，電機(jī)36與救援機(jī)器人車架2固定連接；右側(cè)階梯軸34 —端與長柄38屬具的定位安裝孔39通過螺絲固定連接，另一端穿過軸承座35，然后用開口銷穿過開口銷安裝孔40限制階梯軸34的軸向移動。需要平整路面時(shí)，電機(jī)36旋轉(zhuǎn)，帶動階梯軸34以及與其連接的清障屬具8 (包括耙狀屬具25和刀狀屬具26)擺動到與地面相接觸，當(dāng)救援機(jī)器人反復(fù)前進(jìn)或后退之后，完成路面平整工作。完成后，電機(jī)36反向旋轉(zhuǎn)，祀狀屬具25或刀狀屬具26復(fù)位到初始位置。
[0035]如圖5所示，執(zhí)行末端13由減速電機(jī)18、減速電機(jī)固定座24、直齒圓柱齒輪19、直齒齒條20、機(jī)械夾鉗21、機(jī)械剪鉗22、彈簧23組成。減速電機(jī)18通過螺釘固定于減速電機(jī)固定座24上，直齒圓柱齒輪19與減速電機(jī)18的輸出軸連接固定。直齒齒條20與直齒圓柱齒輪19嚙合并可在減速電機(jī)固定座24的導(dǎo)向槽內(nèi)水平滑動。機(jī)械剪鉗22的剪鉗固定孔座33通過螺栓與直齒齒條20的一端連接固定，實(shí)現(xiàn)與其同步運(yùn)動。機(jī)械剪鉗22與機(jī)械夾鉗21相貼合，機(jī)械剪鉗22上的導(dǎo)向柱31可在夾鉗導(dǎo)向槽29內(nèi)直線滑動，同時(shí)機(jī)械夾鉗
21上的夾鉗彈簧掛鉤28可在剪鉗導(dǎo)向槽30內(nèi)直線相向直線滑動。彈簧23 —端鉤掛于鉗彈簧掛鉤28，一端鉤掛于剪鉗彈簧掛鉤32上，在初始時(shí)刻彈簧存在壓縮預(yù)緊力。
[0036]執(zhí)行末端13的減速電機(jī)固定座2通過螺栓與斜齒齒條11連接固定，斜齒齒條11在電機(jī)座14上的導(dǎo)向槽內(nèi)可垂直滑動。蝸輪蝸桿減速馬達(dá)12通過螺栓與電機(jī)座14連接固定，斜齒圓柱齒輪15通過固定于蝸輪蝸桿減速馬達(dá)12上并與斜齒齒條11相嚙合。
[0037]當(dāng)傷員7頭部、后背處于凹地內(nèi)，類鏟形拾取裝置16無法插入傷員7身體下部或者會對傷員7造成損傷，此時(shí)需要將傷員7拖至平整路面或者將傷員7頭部懸空。導(dǎo)桿式電動缸直線移動，帶動電機(jī)座14、動蝸輪蝸桿減速馬達(dá)12、斜齒齒條11、斜齒圓柱齒輪15和執(zhí)行末端13向車前方伸出，當(dāng)執(zhí)行末端13位于傷員7胸部上端時(shí)停機(jī)。此時(shí)，蝸輪蝸桿減速馬達(dá)12開機(jī)啟動帶動與其連接的斜齒圓柱齒輪15旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動斜齒齒條11向下運(yùn)動。由于彈簧23存在一定的壓縮預(yù)緊力作用，所以執(zhí)行末端13的機(jī)械夾鉗21能夠貼合傷員7衣物，當(dāng)執(zhí)行末端13的屬具8與傷員7的身體接觸時(shí)，蝸輪蝸桿減速馬達(dá)12停機(jī)(執(zhí)行末端13的相對位姿狀態(tài)如圖11所示)。執(zhí)行末端13開始工作，其上端減速電機(jī)18以一定速度帶動直齒圓柱齒輪19旋轉(zhuǎn)，兩條直齒齒條20相對向中運(yùn)動直至機(jī)械夾鉗21將傷員7衣服加緊。此時(shí)蝸輪蝸桿減速馬達(dá)12再次啟動，其轉(zhuǎn)向與開始時(shí)相反。當(dāng)執(zhí)行末端13夾取傷員7衣物上升至足夠高度時(shí)(執(zhí)行末端13的相對位姿狀態(tài)如圖12所示)，蝸輪蝸桿減速馬達(dá)12停機(jī)。此時(shí)，救援機(jī)器人I后退致使執(zhí)行末端13拖拽傷員7至適合的地點(diǎn)開展后續(xù)的拾取工作。
[0038]當(dāng)傷員7的身體上壓蓋了一些雜物6時(shí)，此時(shí)執(zhí)行末端13會使用機(jī)械夾鉗21來夾取雜物6并配合救援機(jī)器人I的底盤運(yùn)動將其放至到其它位置；當(dāng)傷員7身上攜帶有背包、背囊、武器裝備時(shí)，執(zhí)行末端13根據(jù)實(shí)際情況使用機(jī)械剪鉗22，當(dāng)執(zhí)行末端13繼續(xù)向傷員7下降靠近時(shí)，作用在機(jī)械夾鉗21和傷員7之間的接處力突破了彈簧23的預(yù)緊力作用，機(jī)械夾鉗21被頂起，壓力傳感器和距離傳感器感知信號變化，當(dāng)機(jī)械剪鉗22與背帶接觸時(shí)，執(zhí)行末端13停止靠近動作，剪斷裝備的背帶，防止裝備、雜物進(jìn)入影響收納系統(tǒng)2的正常工作。
[0039]當(dāng)救援機(jī)器人I類鏟形拾取裝置16、中間過渡和輸送裝置17工作時(shí)，如圖4所示，電機(jī)開機(jī)帶動屬具旋轉(zhuǎn)至低位C點(diǎn)，同時(shí)蝸輪蝸桿減速馬達(dá)12開機(jī)，帶動斜齒齒條11和執(zhí)行末端13向下運(yùn)動，到達(dá)B點(diǎn)位置后電機(jī)36和蝸輪蝸桿減速馬達(dá)12停機(jī)。
[0040]當(dāng)救援機(jī)器人I完成傷員7的拾取工作后，類鏟形拾取裝置16、中間過渡輸送裝置17恢復(fù)圖1所示位姿。電機(jī)36開機(jī)帶動屬具8旋轉(zhuǎn)至高位D點(diǎn)，同時(shí)蝸輪蝸桿減速馬達(dá)12開機(jī)，帶動斜齒齒條11和執(zhí)行末端13向上運(yùn)動，到達(dá)A點(diǎn)位置后蝸輪蝸桿減速馬達(dá)12停機(jī)，附屬裝置復(fù)位狀態(tài)如圖8所示。救援機(jī)器人I在附屬裝置復(fù)位之后完成了全部現(xiàn)場救援工作，救援機(jī)器人運(yùn)送傷員7駛離現(xiàn)場。
【權(quán)利要求】
1.一種救援機(jī)器人多功能執(zhí)行手臂，包括與救援機(jī)器人車體固定聯(lián)接手臂主體及設(shè)置在手臂主體末端的執(zhí)行末端(13);其中， 所述的執(zhí)行末端(13)包括減速電機(jī)固定座(24)，固定于減速電機(jī)固定座(24)上的減速電機(jī)(18)，直齒圓柱齒輪(19)、直齒齒條(20)、機(jī)械夾鉗(21)、機(jī)械剪鉗(22)和彈簧(23)。 在減速電機(jī)固定座(24)上設(shè)置有導(dǎo)向槽，直齒圓柱齒輪(19)與減速電機(jī)(18)的輸出軸連接固定；直齒齒條(20)與直齒圓柱齒輪(19)嚙合并可在減速電機(jī)固定座(24)的導(dǎo)向槽內(nèi)水平滑動； 所述的機(jī)械剪鉗(22)通過剪鉗固定孔座33固定連接在與直齒齒條(20)的前端。在機(jī)械剪鉗(22)上設(shè)置有剪鉗導(dǎo)向槽(30)和導(dǎo)向柱(31)，機(jī)械夾鉗(21)與機(jī)械剪鉗相貼合，其上設(shè)置有夾鉗導(dǎo)向槽(29)，機(jī)械剪鉗(22)上的導(dǎo)向柱(31)可在夾鉗導(dǎo)向槽(29)內(nèi)直線滑動，機(jī)械夾鉗(21)上的夾鉗彈簧掛鉤(28)可在剪鉗導(dǎo)向槽(30)內(nèi)直線相向直線滑動； 在機(jī)械剪鉗(22)和機(jī)械夾鉗(21)上均設(shè)置有掛鉤，所述彈簧(23)的兩端各鉤掛于此兩個(gè)掛鉤(28，32)上，在初始時(shí)刻彈簧存在壓縮預(yù)緊力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能執(zhí)行手臂，其特征在于，所述的手臂主體包括斜齒齒條(11)、電機(jī)座(14)、蝸輪蝸桿減速馬達(dá)(12)和導(dǎo)桿式電動缸(10)，執(zhí)行末端(13)的減速電機(jī)固定座(24)與斜齒齒條(11)固定連接，斜齒齒條(11)在電機(jī)座(14)上的導(dǎo)向槽內(nèi)可垂直滑動，電機(jī)座(14)與導(dǎo)桿式電動缸(10)固定連接，導(dǎo)桿式電動缸(10)的缸體與救援機(jī)器人2的車體固定聯(lián)接，使電機(jī)座(14)、斜齒齒條(11)、減速電機(jī)固定座(24)和執(zhí)行末端(13)與導(dǎo)桿式電動缸(10)同步運(yùn)動，從而完成執(zhí)行末端(13)水平伸縮運(yùn)動；蝸輪蝸桿減速馬達(dá)(12)與電機(jī)座(14)連接固定，斜齒圓柱齒輪(15)固定于蝸輪蝸桿減速馬達(dá)(12)上并與斜齒齒條(11)相嚙合；蝸輪蝸桿減速馬達(dá)(12)開機(jī)啟動帶動與其連接的斜齒圓柱齒輪(15)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動斜齒齒條(11)上下運(yùn)動。
【文檔編號】A62B99/00GK104354153SQ201410554571
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月17日
【發(fā)明者】侍才洪, 張西正, 蘇衛(wèi)華, 李瑞欣, 郭月, 劉亞軍, 崔克明, 陳煒, 肖玉林, 李 浩, 邢凱 申請人:中國人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院衛(wèi)生裝備研究所