基于偏心輪和腿式組合的礦用本安探測機器人的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于偏心輪和腿式組合的礦用本安探測機器人，包括機體，機體上設(shè)置有固定的輪軸，機體左側(cè)和右側(cè)的輪軸端部上分別設(shè)置有驅(qū)動輪，所述驅(qū)動輪為偏心輪；本實用新型采用偏心輪作為驅(qū)動輪，相對于現(xiàn)有履帶式、腿式行走裝置，其避免了能量損耗高、效率低、機構(gòu)及控制系統(tǒng)復(fù)雜的問題，可充分發(fā)揮機器人移動靈活、控制簡單等優(yōu)點；同時，由于偏心輪可使機體離地面距離更高，且在前進(jìn)過程中偏心輪使機體上下移動，類似于腿式行走時的彎腿動作，因此具有腿式行走的優(yōu)點，相比于傳統(tǒng)輪式驅(qū)動機器人其具有更強的復(fù)雜地形適應(yīng)能力。
【專利說明】基于偏心輪和腿式組合的礦用本安探測機器人

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種煤礦救援探測機器人，特別涉及一種基于偏心輪和腿式組合的便攜式礦用本安探測機器人。

【背景技術(shù)】
[0002]礦業(yè)是關(guān)系國家經(jīng)濟命脈的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，支撐著國民經(jīng)濟持續(xù)高速發(fā)展。然而，我國的礦業(yè)仍屬于高危險性行業(yè)。根據(jù)2003年的一份調(diào)查報告數(shù)據(jù)，我國當(dāng)年的煤礦事故死亡人數(shù)為6995人，約占全球的80%，百萬噸死亡率是美國的10倍，是俄羅斯、澳大利亞的12倍。雖然近年來死亡率有所下降，但我國仍是世界上煤礦災(zāi)害最嚴(yán)重、災(zāi)害最多的國家。
[0003]導(dǎo)致我國煤礦災(zāi)害嚴(yán)重、死亡率居高不下的原因很多，除了地質(zhì)條件差、井工礦比例高、生產(chǎn)力水平低、防災(zāi)系統(tǒng)不健全等因素外，井下快速救援關(guān)鍵技術(shù)與裝備落后也是一個重要的原因。很多救援行動中為了避免次生事故，救援隊員使用機電類設(shè)備受到極大限制，長達(dá)數(shù)公里的巷道也只能步行；救援隊員完全不清楚前方的實際情況，不僅冒著巨大風(fēng)險，在心理上也會給救援人員極大的影響，使得實際救援效率大打折扣。
[0004]值得慶幸的是，隨著機械、電子、信息技術(shù)和傳感器技術(shù)等領(lǐng)域的快速發(fā)展，機器人代替救援隊員進(jìn)入高危險區(qū)域或者人類難以到達(dá)的地方搜救幸存者和尋找受難礦工、采集現(xiàn)場信息為救援計劃提供信息支持已經(jīng)成為可能。大量研究和實踐證明，將機器人應(yīng)用到礦難救援中，可幫助救援隊員掌握事故現(xiàn)場第一手信息和資料，提高救援效率，最大限度地減少傷亡和損失。
[0005]我國的煤礦地形復(fù)雜，礦道深而復(fù)雜，礦難類型主要是瓦斯爆炸、煤塵爆炸、瓦斯突出、透水事故、礦井失火、頂板塌方等。其中，瓦斯爆炸和頂板塌方就占了礦難數(shù)量和死亡人數(shù)的60% — 70%。這些類型的礦難也常常導(dǎo)致礦道損毀，救援通道被易燃易爆物、有毒氣體、泥水和沙石等填充，極大地增加了救援行動的困難。在這樣復(fù)雜的環(huán)境下開展探測救援工作，需要機器人具有強大的通過能力。為了保證通過能力，現(xiàn)有的機器人往往體積重量巨大(數(shù)百公斤)，使用履帶甚至復(fù)合履帶作為行走部件。需要用大功率電機驅(qū)動，由于驅(qū)動功率大，必須使用隔爆外殼，這又進(jìn)一步增加了體積重量。
實用新型內(nèi)容
[0006]有鑒于此，本實用新型的目的是提供一種基于偏心輪和腿式組合的礦用本安探測機器人，以解決復(fù)雜路面下機器人通過能力和自身體積重量的矛盾的問題。
[0007]本實用新型基于偏心輪和腿式組合的礦用本安探測機器人，包括機體，機體上設(shè)置有固定的輪軸，機體左側(cè)和右側(cè)的輪軸端部上分別設(shè)置有驅(qū)動輪，所述驅(qū)動輪為偏心輪。
[0008]進(jìn)一步，所述驅(qū)動輪的行走輪面上設(shè)置有至少一根撐桿。
[0009]進(jìn)一步，所述驅(qū)動輪的偏心距與驅(qū)動輪半徑之比為0.25?0.75。
[0010]進(jìn)一步，所述驅(qū)動輪包括圓形輪緣和焊接在圓形輪緣上的加強連板，所述圓形輪緣和加強連板由鋁合金材料制成。
[0011]進(jìn)一步，所述機體上還設(shè)置有驅(qū)動設(shè)置在機體左側(cè)輪軸上驅(qū)動輪的第一電機組和驅(qū)動設(shè)置在機體右側(cè)輪軸上驅(qū)動輪的第二電機組，所述第一電機組和第二電機組均包括至少兩個轉(zhuǎn)子同軸串聯(lián)的電機。
[0012]進(jìn)一步，所述基于偏心輪和腿式組合的礦用本安探測機器人還包括用于控制第一電機組的第一控制器和控制第二電機組的第二控制器，所述第一電機組中的各電機分別通過單獨的信號模塊和隔離器件和第一控制器連接；所述第二電機組中的各電機分別通過單獨的信號模塊和隔離器件和第二控制器連接。
[0013]進(jìn)一步，所述各電機、各信號模塊和各控制器均設(shè)置有獨立的供電模塊。
[0014]進(jìn)一步，所述機體由鋁合金制成。
[0015]本實用新型的有益效果:
[0016]1、本實用新型基于偏心輪和腿式組合的礦用本安探測機器人，其采用偏心輪作為驅(qū)動輪，相對于現(xiàn)有履帶式、腿式行走裝置，其避免了能量損耗高、效率低、機構(gòu)及控制系統(tǒng)復(fù)雜的問題，可充分發(fā)揮機器人移動靈活、控制簡單等優(yōu)點；同時，由于偏心輪可使機體離地面距離更高，且在前進(jìn)過程中偏心輪使機體上下移動，類似于腿式行走時的彎腿動作，因此具有腿式行走的優(yōu)點，相比于傳統(tǒng)輪式驅(qū)動機器人其具有更強的復(fù)雜地形適應(yīng)能力。
[0017]2、本實用新型基于偏心輪和腿式組合的礦用本安探測機器人，由于驅(qū)動機體同側(cè)驅(qū)動輪的各電機的轉(zhuǎn)子同軸串聯(lián)連接，因此同一驅(qū)動輪便同時受到若干各電機的合力驅(qū)動，在翻越障礙時，可使機器人在只有少量驅(qū)動輪接觸地面情況下，仍然具有足夠的動力翻越障礙或脫困，越障脫困能力大大提高。
[0018]3、本實用新型基于偏心輪和腿式組合的礦用本安探測機器人，驅(qū)動同一驅(qū)動輪的各電機和同一控制器連接，因此控制器能向驅(qū)動同一驅(qū)動輪的各電機發(fā)出統(tǒng)一的控制信號，實現(xiàn)了各電機的并聯(lián)控制，相對于現(xiàn)有機器人各驅(qū)動輪的驅(qū)動電機需要分別控制而言，本申請在機器人行走控制設(shè)計方面更簡單。
[0019]4、本實用新型基于偏心輪和腿式組合的礦用本安探測機器人，由于同一行走輪由多個電機驅(qū)動，因此單個電機的功率較低；同時各電機、各信號模塊和各控制器均設(shè)置有獨立的供電模塊，因此各電器件的電壓、電流、電感都較低，可使機器人具有很好的防爆特性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型基于偏心輪和腿式組合的礦用本安探測機器人的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為對驅(qū)動輪運動并聯(lián)控制的原理圖。

【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進(jìn)一步描述。
[0023]如圖所示，本實施例基于偏心輪和腿式組合的礦用本安探測機器人，包括機體1，機體I上設(shè)置有固定的輪軸2，機體左側(cè)和右側(cè)的輪軸端部上分別設(shè)置有驅(qū)動輪3，所述驅(qū)動輪3為偏心輪。
[0024]本實施例基于偏心輪和腿式組合的礦用本安探測機器人，其采用偏心輪作為驅(qū)動輪，相對于現(xiàn)有履帶式、腿式行走裝置，其避免了能量損耗高、效率低、機構(gòu)及控制系統(tǒng)復(fù)雜的問題，可充分發(fā)揮機器人移動靈活、控制簡單等優(yōu)點；同時，由于偏心輪可使機體I離地面距離更高，且在前進(jìn)過程中偏心輪使機體上下移動，類似于腿式行走時的彎腿動作，因此具有腿式行走的優(yōu)點，相比于傳統(tǒng)輪式驅(qū)動機器人其具有更強的復(fù)雜地形適應(yīng)能力。
[0025]作為對本實施例的改進(jìn)，所述驅(qū)動輪3的行走輪面上設(shè)置有一根撐桿4，當(dāng)然撐桿4的數(shù)量可根據(jù)實際需要增減，撐桿4可進(jìn)一步增強驅(qū)動輪的抓地和越障能力。
[0026]作為對本實施例的改進(jìn)，所述驅(qū)動輪3的偏心距與驅(qū)動輪3半徑之比為0.25 ;當(dāng)然驅(qū)動輪3的偏心距與驅(qū)動輪3半徑之比還可為0.5、0.75等0.25?0.75范圍內(nèi)的其它值，在這一范圍內(nèi)取值機器人的越障能力最佳。
[0027]作為對本實施例的改進(jìn)，所述驅(qū)動輪3包括圓形輪緣301和焊接在圓形輪緣301上的加強連板302 ;加強連板302的可提高驅(qū)動輪3的強度和承載能力，其數(shù)量可根據(jù)需要增減；所述圓形輪緣301和加強連板302由鋁合金材料制成(如6061鋁合金材料)，使驅(qū)動輪3重量輕、強度好，且具有本質(zhì)安全特性。
[0028]作為對本實施例的改進(jìn)，所述機體I上還設(shè)置有驅(qū)動設(shè)置在機體左側(cè)輪軸上驅(qū)動輪的第一電機組5和驅(qū)動設(shè)置在機體右側(cè)輪軸上驅(qū)動輪的第二電機組6，所述第一電機組5和第二電機組6均包括兩個轉(zhuǎn)子同軸串聯(lián)的電機，本實施例中同組中的各電機的轉(zhuǎn)子通過彈性聯(lián)軸器7連接，電機和驅(qū)動輪之間通過減速皮帶傳動裝置連接；當(dāng)然在不同實施例中，第一電機組5和第二電機組6中的電機數(shù)量還可根據(jù)需要調(diào)整，但每組中的電機數(shù)量至少為兩臺。
[0029]本實施例中由于驅(qū)動機體同側(cè)驅(qū)動輪的各電機的轉(zhuǎn)子同軸串聯(lián)連接，因此同一驅(qū)動輪便同時受到若干各電機的合力驅(qū)動，在翻越障礙時，可使機器人在只有少量驅(qū)動輪接觸地面情況下，仍然具有足夠的動力翻越障礙或脫困，越障脫困能力大大提高。
[0030]作為對本實施例的改進(jìn)，本基于偏心輪和腿式組合的礦用本安探測機器人還包括用于控制第一電機組5的第一控制器8和控制第二電機組6的第二控制器9，所述第一電機組5中的各電機分別通過單獨的信號模塊10和隔離器件11和第一控制器8連接；所述第二電機組6中的各電機分別通過單獨的信號模塊10和隔離器件11和第二控制器9連接。
[0031]本實施例中，機器人的轉(zhuǎn)向通過控制左側(cè)和右側(cè)驅(qū)動輪以不同的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動實現(xiàn)。由于驅(qū)動同一驅(qū)動輪的各電機和同一控制器連接，因此控制器能向驅(qū)動同一驅(qū)動輪的各電機發(fā)出統(tǒng)一的控制信號，實現(xiàn)了各電機的并聯(lián)控制，相對于現(xiàn)有機器人各驅(qū)動輪的驅(qū)動電機需要分別控制而言，本申請在機器人行走控制設(shè)計方面更簡單。
[0032]作為對本實施例的改進(jìn)，所述各電機、各信號模塊10和各控制器均設(shè)置有獨立的供電模塊12,由于同一驅(qū)動輪由多個電機驅(qū)動，因此單個電機的功率較低；同時各電機、各信號模塊和各控制器均設(shè)置有獨立的供電模塊，因此各電器件的電壓、電流、電感都較低，可使機器人滿足本質(zhì)安全要求，具有很好的防爆特性。
[0033]作為對本實施例的改進(jìn)，所述機體I由鋁合金制成，具體由6061鋁合金制成，6061鋁合金板材質(zhì)量輕、強度和焊接性好，使得機器人本體重量較輕，移動靈活性更強、便于攜帶，同時還能滿足本質(zhì)安全要求。
[0034]最后說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本實用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本實用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種基于偏心輪和腿式組合的礦用本安探測機器人，包括機體，其特征在于:機體上設(shè)置有固定的輪軸，機體左側(cè)和右側(cè)的輪軸端部上分別設(shè)置有驅(qū)動輪，所述驅(qū)動輪為偏心輪。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于偏心輪和腿式組合的礦用本安探測機器人，其特征在于:所述驅(qū)動輪的行走輪面上設(shè)置有至少一根撐桿。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于偏心輪和腿式組合的礦用本安探測機器人，其特征在于:所述驅(qū)動輪的偏心距與驅(qū)動輪半徑之比為0.25?0.75。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于偏心輪和腿式組合的礦用本安探測機器人，其特征在于:所述驅(qū)動輪包括圓形輪緣和焊接在圓形輪緣上的加強連板，所述圓形輪緣和加強連板由鋁合金材料制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一所述的基于偏心輪和腿式組合的礦用本安探測機器人，其特征在于:所述機體上還設(shè)置有驅(qū)動設(shè)置在機體左側(cè)輪軸上驅(qū)動輪的第一電機組和驅(qū)動設(shè)置在機體右側(cè)輪軸上驅(qū)動輪的第二電機組，所述第一電機組和第二電機組均包括至少兩個轉(zhuǎn)子同軸串聯(lián)的電機。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于偏心輪和腿式組合的礦用本安探測機器人，其特征在于:還包括用于控制第一電機組的第一控制器和控制第二電機組的第二控制器，所述第一電機組中的各電機分別通過單獨的信號模塊和隔離器件和第一控制器連接；所述第二電機組中的各電機分別通過單獨的信號模塊和隔離器件和第二控制器連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于偏心輪和腿式組合的礦用本安探測機器人，其特征在于:所述各電機、各信號模塊和各控制器均設(shè)置有獨立的供電模塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于偏心輪和腿式組合的礦用本安探測機器人，其特征在于:所述機體由鋁合金制成。
【文檔編號】B62D57/028GK203974997SQ201420458624
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月14日
【發(fā)明者】王克全, 張自力, 伯志革, 劉林, 宋文, 王宇俊, 方燦, 李小波, 薛春榮, 劉成, 王莉, 李飛龍, 葛耿玉, 祁海瑩, 柳玉壘, 張安然 申請人:中煤科工集團重慶研究院有限公司, 西南大學(xué)