本发明属于机械自动化工程领域，具体地说是一种具有移动功能的起缝器，包括起缝机构、摆臂机构、驱动机构及外壳，外壳的两侧分别安装有摆臂机构，每个摆臂机构上均安装有驱动机构；起缝机构安装在外壳内，包括电机组件、丝杠螺母组件及上、下起缝机构，电机组件及丝杠螺母组件分别安装在外壳内的固定框上，丝杠螺母组件中的丝杠与电机组件连接，丝杠螺母组件中的螺母的上下两侧分别连接有上、下起缝机构，该上、下起缝机构均为平行四边形机构，电机组件通过丝杠螺母组件驱动上、下起缝机构以相反的运动轨迹交替起缝。本发明环境适应性强，能够实现在光滑地面、楼梯台阶、洞穴废墟等复杂环境下的自由移动及重载条件下的重物开缝起升。
1.一种具有移动功能的起缝器，其特征在于：包括起缝机构、摆臂机构、驱动机构及外壳(2)，其中外壳(2)的两侧分别安装有摆臂机构，每个摆臂机构上均安装有驱动所述起缝器移动的驱动机构；所述起缝机构安装在外壳(2)内，包括电机组件、丝杠螺母组件及用于起缝的上起缝机构和下起缝机构，电机组件及丝杠螺母组件分别安装在外壳(2)内的固定框(14)上，丝杠螺母组件中的丝杠与电机组件连接，丝杠螺母组件中的螺母的上侧连接有上起缝机构，丝杠螺母组件中的螺母的下侧连接有下起缝机构，该上起缝机构和下起缝机构均为平行四边形机构，电机组件通过丝杠螺母组件驱动所述上起缝机构和下起缝机构以相反的运动轨迹交替起缝；所述上起缝机构中设有固定臂(32)，所述固定臂(32)与所述固定框(14)连接，所述固定臂(32)前端设有摄像头。
2.按权利要求1所述具有移动功能的起缝器，其特征在于：所述电机组件为一个或多个，当电机组件为一个时，所述电机组件安装在所述固定框(14)上且驱动一个或多个丝杠螺母组件，当电机组件为多个时，多个电机组件分别安装在所述固定框(14)上，每个电机组件驱动一个或多个丝杠螺母组件；
当多个丝杠螺母组件通过同一个电机组件驱动时，所述多个丝杠螺母组件之间通过传动机构连接，且所述多个丝杠螺母组件中的任一个丝杠螺母组件与所述电机组件相连，所述多个丝杠螺母组件通过同一电机组件驱动而同步动作，进而带动所述多个丝杠螺母组件上的所有上起缝机构和所有下起缝机构动作。
3.按权利要求1或2所述具有移动功能的起缝器，其特征在于：所述上起缝机构和下起缝机构均为双摇杆机构，上起缝机构包括连接筒(21)、上前起升臂(22)、上后起升臂(23)及起升臂(24)，上前起升臂(22)、上后起升臂(23)、起升臂(24)与连接筒(21)相互铰接、构成位于丝杠螺母组件上方的平行四边形机构；所述下起缝机构包括下前起升臂(29)、下后起升臂(30)、扩张臂(31)及所述连接筒(21)，下前起升臂(29)、下后起升臂(30)、扩张臂(31)与连接筒(21)相互铰接、构成位于丝杠螺母组件下方的平行四边形机构。
4.按权利要求3所述具有移动功能的起缝器，其特征在于：所述连接筒(21)与所述丝杠螺母组件中的螺母相连，所述上前起升臂(22)与下前起升臂(29)连接后、铰接在该连接筒(21)上，所述上后起升臂(23)与下后起升臂(30)连接后、铰接在所述连接筒(21)上，所述起升臂(24)分别与上前起升臂(22)及上后起升臂(23)铰接，所述扩张臂(31)分别与下前起升臂(29)及下后起升臂(30)铰接。
5.按权利要求3所述具有移动功能的起缝器，其特征在于：所述固定框(14)上安装有上固定座(28)，该上固定座(28)上设有上固定轴(27)，当起缝机构包括多个丝杠螺母组件时，所述上固定轴(27)分别穿过每个丝杠螺母组件上的上前起升臂(22)，在上固定轴(27)上套接有上导向臂(26)的一端，所述上导向臂(26)的另一端与所述上前起升臂(22)铰接。
6.按权利要求5所述具有移动功能的起缝器，其特征在于：由同一个电机组件驱动的上起缝机构中的起升臂(24)为主动起升臂，该主动起升臂通过连接轴连接至少一个从动起升臂连动。
7.按权利要求3所述具有移动功能的起缝器，其特征在于：所述起升臂(24)的起缝面为齿状面，该起缝面为斜面，由上至下、由内向外倾斜。
8.按权利要求1或2所述具有移动功能的起缝器，其特征在于：所述摆臂机构包括摆臂电机(1)、摆臂输出法兰(3)及摆臂(4)，摆臂电机(1)安装在所述外壳(2)上，该摆臂电机(1)的输出轴与摆臂输出法兰(3)相连，所述摆臂(4)的一端与所述摆臂输出法兰(3)的法兰盘连接；所述驱动机构包括驱动电机(7)、大同步带轮(9)、小同步带轮(11)、大履带轮(6)及小履带轮(10)，其中驱动电机(7)安装在所述摆臂(4)上，在驱动电机(7)的输出轴上连接有大同步带轮(9)，所述小同步带轮(11)及小履带轮(10)同轴设置、位于所述摆臂(4)的另一端，所述小同步带轮(11)通过第一同步带(12)与大同步带轮(9)相连，所述小履带轮(10)通过履带(13)与转动连接在所述摆臂输出法兰(3)轴上的大履带轮(6)相连。
9.按权利要求8所述具有移动功能的起缝器，其特征在于：所述小履带轮(10)及小同步带轮(11)之间固连，并通过同一转轴安装在所述摆臂(4)的所述的另一端；所述大同步带轮(9)位于小履带轮(10)与大履带轮(6)之间。
10.按权利要求1或2所述具有移动功能的起缝器，其特征在于：所述丝杠螺母组件包括丝杠(18)和螺母，所述螺母包括左旋螺母(19)及右旋螺母(20)，其中丝杠(18)转动安装在所述固定框(14)上，丝杠(18)的任一端与所述电机组件相连，左旋螺母(19)及右旋螺母(20)分别正向及反向安装在丝杠(18)上，所述上起缝机构位于下方的杆连接在左旋螺母(19)及右旋螺母(20)之间，所述下起缝机构位于上方的杆连接在左旋螺母(19)及右旋螺母(20)之间；当由同一电机组件驱动多个丝杠螺母组件时，相邻丝杠螺母组件的丝杠(18)上分别安装有同步带轮(25)，相邻丝杠(18)上的同步带轮(25)之间通过同步带相连。
一种具有移动功能的起缝器
技术领域
[0001] 本发明属于机械自动化工程领域，具体地说是一种能够用于废墟、洞穴等环境中的具有移动功能的起缝器。
背景技术
[0002] 中国是世界上受灾最严重的国家之一。我国位于太平洋与印度板块之间的环太平洋地震带和地中海喜马拉雅地震带上，地震活动频繁。在这些地质带附近发生的地震，震源浅强度大，可造成潜在的大面积破坏及伤亡。地震和次生灾害使很多人失去了生命，历史上唐山大地震、四川汶川地震、四川雅安地震等等都造成了巨大的破坏和经济损失。
[0003] 我国的地震主要是板内地震，具有震源浅、频度高、强度大、分布广的特征。我国人口众多，建筑物抗震性能差，因而成灾率较高。据统计数据显示，虽然中国只占世界陆地面积的7%，但是20世纪世界范围内大约三分之一的地震发生在中国，多余50%的地震遇难者在中国，这意味着大约有60万人死于地震。
[0004] 我国于2004年10月成立了中国地震应急搜救中心。目前地震救援设备虽种类繁多，但是设备高大、沉重等问题阻碍了救援设备的应用，设备总体的性能质量还有提高。
[0005] 目前，国内外能够应用于地震救援的起缝设备包括液压起缝器、日本的BaribariⅠ和BaribariⅡ机器人等救援设备。但上述设备大都是依靠液压动力进行驱动，配套设备多、体积大很难应用于救援现场。
发明内容
[0006] 为了解决现有起缝设备无法满足现场救援要求的问题，本发明的目的在于提供一种具有移动功能的起缝器。该起缝器能够用于废墟、洞穴等复杂环境条件下的电力驱动救援，具有结构坚固、运动灵活、步进起缝且起缝需求间距小等特点。
[0007] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0008] 本发明包括起缝机构、摆臂机构、驱动机构及外壳，其中外壳的两侧分别安装有摆臂机构，每个摆臂机构上均安装有驱动所述起缝器移动的驱动机构；所述起缝机构安装在外壳内，包括电机组件、丝杠螺母组件及用于起缝的上起缝机构和下起缝机构，电机组件及丝杠螺母组件分别安装在外壳内的固定框上，丝杠螺母组件中的丝杠与电机组件连接，丝杠螺母组件中的螺母的上下两侧分别连接有所述上起缝机构和下起缝机构，该上起缝机构和下起缝机构均为平行四边形机构，电机组件通过丝杠螺母组件驱动所述上起缝机构和下起缝机构以相反的运动轨迹交替起缝。
[0009] 其中：所述电机组件为一个或多个，当电机组件为多个时，分别安装在所述固定框上，每个电机组件驱动一个或多个丝杠螺母组件，当每个电机组件驱动多个丝杠螺母组件时，分别安装在所述固定框上，各丝杠螺母组件之间通过传动机构连接，任一个丝杠螺母组件与所述电机组件相连，由所述电机组件驱动各丝杠螺母组件同步动作，进而带动各丝杠螺母组件上的平行四边形机构动作；
[0010] 所述上起缝机构和下起缝机构均为双摇杆机构，上起缝机构包括连接筒、上前起升臂、上后起升臂及起升臂，上前起升臂、上后起升臂、起升臂与连接筒相互铰接、构成位于丝杠螺母组件上方的平行四边形机构；所述下起缝机构包括下前起升臂、下后起升臂、扩张臂及所述连接筒，下前起升臂、下后起升臂、扩张臂与连接筒相互铰接、构成位于丝杠螺母组件下方的平行四边形机构；所述连接筒与所述丝杠螺母组件中的螺母相连，所述上前起升臂与下前起升臂连接后、铰接在该连接筒上，所述上后起升臂与下后起升臂连接后、铰接在所述连接筒上，所述起升臂分别与上前起升臂及上后起升臂铰接，所述扩张臂分别与下前起升臂及下后起升臂铰接；所述固定框上安装有上固定座，该上固定座上设有上固定轴，当丝杠螺母组件为多个时，所述上固定轴分别穿过每个丝杠螺母组件上的上前起升臂，在上固定轴上套接有上导向臂的一端，所述上导向臂的另一端与所述上前起升臂铰接；由同一个电机组件驱动的上起缝机构中的起升臂为主动起升臂，该主动起升臂通过连接轴可连接至少一个从动起升臂连动；所述起升臂的起缝面为齿状面，该起缝面为斜面，由上至下、由内向外倾斜；
[0011] 所述摆臂机构包括摆臂电机、摆臂输出法兰及摆臂，摆臂电机安装在所述外壳上，该摆臂电机的输出轴与摆臂输出法兰相连，所述摆臂的一端与所述摆臂输出法兰的法兰盘连接；所述驱动机构包括驱动电机、大同步带轮、小同步带轮、大履带轮及小履带轮，其中驱动电机安装在所述摆臂上，在驱动电机的输出轴上连接有大同步带轮，所述小同步带轮及小履带轮同轴设置、位于所述摆臂的另一端，所述小同步带轮通过第一同步带与大同步带轮相连，所述小履带轮通过履带与转动连接在所述摆臂输出法兰轴上的大履带轮相连；所述小履带轮及小同步带轮之间固连，并通过同一转轴安装在所述摆臂的另一端；所述大同步带轮位于小履带轮与大履带轮之间；所述丝杠螺母组件包括丝杠、左旋螺母及右旋螺母，其中丝杠转动安装在所述固定框上，丝杠的任一端与所述电机组件相连，左旋螺母及右旋螺母分别正向及反向安装在丝杠上，所述平行四边形机构位于下方的杆连接在左旋螺母及右旋螺母之间；由同一电机组件驱动的多个丝杠螺母组件，相邻丝杠螺母组件的丝杠上分别安装有同步带轮，相邻丝杠上的同步带轮之间通过第二同步带相连。
[0012] 本发明的优点与积极效果为：
[0013] 1．本发明环境适应性强，通过摆臂机构、驱动机构的相互配合，能够实现在光滑地面、楼梯台阶、洞穴废墟等复杂环境下的自由移动；同时，起缝机构可以实现重载条件下的重物开缝起升。
[0014] 2．本发明结构紧凑、起升重量大、最小起缝间距小，能够实现步进式起升，可应用于救灾中建立废墟下的救援通道以及洞穴中的探进等领域。
[0015] 3．本发明能够代替救援人员在废墟下开辟救援通道，通过本发明在通道前扩展通道，其它机器人在本发明后面对通道进行加固保护；本发明能够开辟通道并将废墟下的人员救出或者将救援急需物品带给被救人员，同时本发明能够对废墟下或洞穴中的环境进行录像并同步传输给操作人员，有效的防止废墟、建筑物等的二次坍塌对救援人员的伤害。
[0016] 4．本发明的上导向臂一端与上前起升臂铰接，另一端通过上固定轴与上固定座相连，保证各起升臂起缝平稳。
[0017] 5．本发明起升臂的起缝面为齿状面，可以增加起缝面与重物间的磨擦，防止重物滑落。
附图说明
[0018] 图1为本发明的立体结构示意图；
[0019] 图2为本发明摆臂机构及驱动机构的结构剖示图；
[0020] 图3为本发明起缝机构的结构示意图之一；
[0021] 图4为本发明起缝机构的结构示意图之二；
[0022] 图5为本发明起缝机构的结构示意图之三；
[0023] 图6为本发明起缝机构的结构示意图之四；
[0024] 图7为本发明起缝机构去掉起升臂、扩张臂后的结构示意图；
[0025] 图8为本发明电机组件及丝杠组件的结构示意图；
[0026] 图9为本发明起升臂的结构示意图；
[0027] 图10为本发明越障示意图；
[0028] 其中：1为摆臂电机，2为外壳，3为摆臂输出法兰，4为摆臂，5为摆臂电机固定座，6为大履带轮，7为驱动电机，8为驱动电机安装座，9为大同步带轮，10为小履带轮，11为小同步带轮，12为第一同步带，13为履带，14为固定框，15为电机，16为联轴器，17为第二同步带，18为丝杠，19为左旋螺母，20为右旋螺母，21为连接筒，22为上前起升臂，23为上后起升臂，
24为起升臂，25为同步带轮，26为上导向臂，27为上固定轴，28为上固定座，29为下前起升臂，30为下后起升臂，31为扩张臂，32为固定臂。
具体实施方式
[0029] 下面结合附图对本发明作进一步详述。
[0030] 如图1所示，本发明包括起缝机构、摆臂机构、驱动机构及外壳2，其中外壳2的两侧分别安装有摆臂机构，本实施例是在外壳2的两侧分别安装了两个摆臂机构，每侧分前、后各一个，外壳2两侧的摆臂机构对称设置；每个摆臂机构上均安装有驱动所述起缝器移动的驱动机构。
[0031] 起缝机构安装在外壳2内、以通过螺钉与外壳2固连的固定框14为安装基础，起缝机构包括电机组件、丝杠螺母组件及用于起缝的上起缝机构和下起缝机构，电机组件及丝杠螺母组件分别安装在外壳2内的固定框14上，丝杠螺母组件中的丝杠与电机组件连接，丝杠螺母组件中的螺母的上下两侧分别连接有上起缝机构和下起缝机构，该上起缝机构和下起缝机构均为平行四边形机构，电机组件通过丝杠螺母组件驱动上起缝机构和下起缝机构以相反的运动轨迹交替起缝。
[0032] 本发明的电机组件可驱动一组或多组丝杠螺母组件，电机组件也可为多组，本实施例的电机组件为两组，每组电机组件分别驱动两组（共四组）丝杠螺母组件。如图8所示，每组电机组件均包括电机15及联轴器16，每组丝杠螺母组件均包括丝杠18、左旋螺母19及右旋螺母20；两个电机15并排固定在固定框14上，四个丝杠18分别转动安装在固定框14的前、后壁上，且相互平行，每个丝杠上均连接有同步带轮25；四个丝杠18中位于中间的两个丝杠的同一端通过联轴器16分别与两个电机15连接，另外位于两侧的两个丝杠上的同步带轮25则分别与相近的丝杠上的同步带轮25通过第二同步带17相连，实现一个电机15同时驱动两个丝杠同步旋转。左旋螺母19和右旋螺母20分别从丝杠18的前、后两端正向及反向旋入，两个螺母之间通过连接筒21相连。当电机15旋转带动与之相连的丝杠18旋转时，通过丝杠上的同步带轮25和第二同步带17带动两个丝杠同时、同向转动，带动两个连接筒21向前运动。
[0033] 如图3～7所示，每个丝杠螺母组件上均上下设置有上起缝机构和下起缝机构（即上、下起缝机构均为四个），上起缝机构和下起缝机构均为双摇杆机构，上起缝机构包括连接筒21、上前起升臂22、上后起升臂23及起升臂24，上前起升臂22、上后起升臂23、起升臂24与连接筒21相互铰接、构成位于丝杠螺母组件上方的平行四边形机构；下起缝机构包括下前起升臂29、下后起升臂30、扩张臂31及连接筒21，下前起升臂29、下后起升臂30、扩张臂31与连接筒21相互铰接、构成位于丝杠螺母组件下方的平行四边形机构。上、下起缝机构共用同一个连接筒21，下前起升臂29与下后起升臂30形状结构相同，均为门框形状，下前起升臂29与下后起升臂30分别套在连接筒21上，两条竖边分别与连接筒21相铰接；上前起升臂22与上后起升臂23分别固接在下前起升臂29与下后起升臂30的横边，起升臂24分别与上前起升臂22及上后起升臂23铰接，扩张臂31分别与下前起升臂29及下后起升臂30铰接。本实施例中，上起缝机构中共有六个起升臂24和一个固定臂32，固定臂32与固定框14连接在一起，在起缝器运动过程中固定臂32处于固定状态。在固定臂32的前端加工有一圆柱形孔，并在孔中安装有摄像头。六个起升臂24中与两个电机15相对应，每个电机15对应三个起升臂24；
每个电机15对应的三个起升臂24都被间隔开来，从起缝器的左侧开始第一、三、六起升臂24对应一组电机15，第二、五、七起升臂24对应另一组电机15，中间的第四个是固定臂32。即第三、五起升臂分别与两个电机15连接，第一起升臂与第三起升臂通过第二同步带17连接、为主动起升臂，第七起升臂与第五起升臂通过第二同步带17连接、为主动起升臂；第二起升臂为从动起升臂，通过连接轴与第五、七起升臂连动，第六起升臂为从动起升臂、通过连接轴与第一、三起升臂连动。在起缝器起缝运动过程中两组起升臂24是交替进行起缝运动，实现步进的起缝运动。
[0034] 为了使各起升臂24动作同步、起缝平稳，在固定框14上安装有上固定座28，该上固定座28上设有上固定轴27，上固定轴27分别穿过每个丝杠螺母组件上的上前起升臂22，在上固定轴27上套接有上导向臂26的一端，上导向臂26的另一端与上前起升臂22铰接；当连接筒21沿丝杠18向前运动时，带动上、下起缝机构运动，上起缝机构在上导向臂26的带动下，起升臂24的运动轨迹是一个近似U形的曲线，扩张臂31的运动轨迹与起升臂24的运动轨迹相反，呈现一段“反U”形运动曲线。如图9所示，为了增加起升臂24的摩擦力，各起升臂24的起缝面为齿状面，该起缝面为斜面，由上至下、由内向外倾斜。
[0035] 如图2所示，摆臂机构包括摆臂电机1、摆臂输出法兰3、摆臂4及摆臂电机固定座5，摆臂电机1通过摆臂电机固定座5固定在起缝器的外壳2上，该摆臂电机1的输出轴与摆臂输出法兰3通过D形孔相连，同时摆臂输出法兰3的法兰盘与摆臂4的一端连接；所述驱动机构包括驱动电机7、驱动电机安装座8、大同步带轮9、小同步带轮11、大履带轮6及小履带轮10，驱动电机7通过驱动电机安装座8固接在摆臂4上，大同步带轮9与驱动电机7的输出轴固连，同时与驱动电机安装座8通过轴承相连，小履带轮10与小同步带轮11之间同轴安装并且固连安装在摆臂4的另一端，大同步带轮9与小同步带轮11之间通过第一同步带12相连，摆臂输出法兰3的轴外安装轴承，大履带轮6安装在该轴承上，小履带轮10大履带轮6之间通过第一同步带12相连，大同步带轮9位于小履带轮10与大履带轮6之间。
[0036] 本发明的工作原理为：
[0037] 摆臂电机1的输出轴旋转带动摆臂4旋转，当驱动机构中的小履带轮10的高度低于起缝机构（即扩张臂31）的底面时，起缝器可以通过四套摆臂机构和驱动机构来移动。在这种运动模式下，起缝器可以通过改变摆臂机构与地面的角度来实现跨越不同高度的障碍。
[0038] 如图10所示，当本发明在复杂环境下遇到高大障碍时，起缝器的前部两个摆臂逆时针旋转，直到小履带轮端的履带接触到障碍顶端；然后起缝器后部的两个摆臂顺时针转动，直到小履带轮端的履带接触到地面；最后四个摆臂同时发力将起缝器撑起，同时驱动电机旋转带动履带向前转动跨越过前方的障碍。
[0039] 起缝时，电机15工作，驱动丝杠18旋转，进而带动连接筒21向前运动；各起升臂24和扩张臂31分别以“U”形运动曲线和反“U”形运动曲线工作交替进行起缝运动，实现步进的起缝运动。
