遥控操作履带式反恐机器人

摘要

遥控操作履带式反恐机器人，涉及一种结构紧凑、机动性强、多功能的、主要用于反恐现场作业的遥控机器人。按照本发明所提供的设计方案，在底盘的前面为可折叠的伸缩门架，门架的下部和底盘铰接，门架的下端与安装于底盘下面的倾斜油缸连接，在门架的前面安装可以升降的提升架，在底盘上有履带及驱动系统。这种装置具有机动性好、结构紧凑、能搬动500公斤左右爆炸物、能遥控操作等特点。

权利要求

1.遥控操作履带式反恐机器人，其特征是：在底盘(10)的前面为可折叠的伸缩门架(1)，门架(1)的下部和底盘(10)铰接，门架(1)的下端与安装于底盘(10)下面的倾斜油缸(6)连接，在门架(1)的前面安装可以升降的提升架(2)，在底盘(10)上有履带(4)及驱动系统；在门架(1)上有导向槽，在提升架(2)上有嵌在导向槽内的滚轮(18)，提升架(2)依靠提升油缸及滚轮(18)在门架(1)的导向槽中提升，提升架(2)的上部有用于挂装属具(3)的凸肩(16)和/或安装孔(17)。

2.如权利要求1所述遥控操作履带式反恐机器人，其特征是：驱动系统由驱动单元(9)、液压系统、控制系统及蓄电池组(8)组成，履带(4)由驱动系统中的驱动单元(9)驱动，作前进后退的行走动作，在底盘(10)上布置液压系统的泵、阀、油箱(5)、控制系统的强电和弱电元件(7)、蓄电池组(8)。

3.如权利要求1所述遥控操作履带式反恐机器人，其特征是：门架(1)由外门架(12)与可以在外门架(12)上上下移动的内门架(11)组成。

4.如权利要求1所述遥控操作履带式反恐机器人，其特征是：属具(3)为夹抱器(25)或直叉(21)或铲斗(22)或串杆，或者是吊杆(26)和抓斗(27)；在L形的所述直叉(21)、吊杆(26)及铲斗(22)上有可以将直叉(21)、吊杆(26)及铲斗(22)挂在提升架(2)上的挂钩(41)。

5.如权利要求3所述遥控操作履带式反恐机器人，其特征是：在提升架(2)上安装链条挂钩(19)，在链条挂钩(19)上连接链条(20)，链条(20)的另一端与外门架(12)连接，使提升架(2)能随着提升油缸的活塞杆而上下移动。

6.如权利要求4所述遥控操作履带式反恐机器人，其特征是：在铲斗(22)内有铲斗体(46)，铲斗体(46)与支架(42)连接，支架(42)的下端与挂钩(41)的下端铰接，在支架(42)的上端安装螺母，与螺母配合的丝杆(23)的另一端可转动地连接于挂钩(41)的上部，在支架(42)上安装有电动机(24)，该电动机(24)的输出端与丝杆(23)或螺母连接；在夹抱器(25)内有滑轨(43)，在滑轨(43)上有可以相向移动的夹板(45)，该夹板(45)的一端与正反向丝杆(44)连接，在正反向丝杆(44)上有相互配合的螺母，螺母与安装于滑轨(43)上的电动机连接；在挂装吊杆(26)上有可以在吊杆(26)上移动的抓斗(27)，在抓斗(27)内有两根连杆(46)，在每根连杆(46)的下端铰接抓斗体(51)，连杆(46)的上端与滑块(47)铰接，在滑块(47)上安装电动机(50)，电动机(50)的输出端与安装于滑块(47)内的滑轮(48)连接，在滑轮(48)上有钢丝绳(49)，钢丝绳(49)的下端与抓斗体(51)的一端连接。

说明书

技术领域

本发明涉及一种结构紧凑、机动性强、多功能的、主要用于反恐现场作业的遥控机器人，使用于危险区域爆炸物的探测、运送和排除；在特定情况下，将安装架上的夹抱器、推出器等属具改为发射器、机炮等武器，也可发起攻击。

背景技术

进入二十一世纪后，全球化的恐怖主义、毒品贩卖、和有组织犯罪已取代了传统的安全威胁，而对抗性措施中相应的技术装备却显得薄弱和滞后。虽然国外已经有了重达数十吨的战斗工程车和微小型的拆弹机器人的报道，但和已经出现的恐怖活动还对不上号。在伊拉克出现的路边炸弹重量都在100公斤左右，汽车炸弹重量都在500公斤左右；国内出现的几次恐怖活动，爆炸物重量也在100公斤以上。因此希望能有一种机动性好、结构紧凑又能搬动500公斤左右爆炸物的、能遥控操作的装备出现。

发明内容

本发明的目的在于设计一种遥控操作履带式反恐机器人，这种装置具有机动性好、结构紧凑、能搬动500公斤左右爆炸物、能遥控操作等特点。
按照本发明所提供的设计方案，在底盘的前面为可折叠的伸缩门架，门架的下部和底盘铰接，门架的下端与安装于底盘下面的倾斜油缸连接，在门架的前面安装可以升降的提升架，在底盘上有履带及驱动系统；在门架上有导向槽，在提升架上有嵌在导向槽内的滚轮，提升架依靠提升油缸及滚轮在门架的导向槽中提升，提升架的上部有用于挂装属具的凸肩和/或安装孔。
驱动系统由驱动单元、液压系统、控制系统及蓄电池组组成，履带由驱动系统中的驱动单元驱动，作前进后退的行走动作，在底盘上布置液压系统的泵、阀、油箱、控制系统的强电和弱电元件、蓄电池组。
在底盘的前半部布置液压系统的泵、阀、油箱，底盘的中部布置控制系统的强电和弱电元件，两者以金属隔板隔离，底盘后部布置蓄电池组，蓄电池组兼作配重体以保持整机的平衡。
门架由外门架与可以在外门架上上下移动的内门架组成。属具为夹抱器或直叉或吊杆和抓斗或铲斗或串杆，在L形直叉、吊杆及铲斗上有可以将直叉、吊杆及铲斗挂在提升架上的挂钩。在提升架上安装链条挂钩，在链条挂钩上连接链条，链条的另一端与外门架连接，使提升架能随着提升油缸的活塞杆而上下移动。
在铲斗内有铲斗体，铲斗体与支架连接，支架的下端与挂钩的下端铰接，在支架的上端安装螺母，与螺母配合的丝杆的另一端可转动地连接于挂钩的上部，在支架上安装有电动机，该电动机的输出端与丝杆或螺母连接；在夹抱器内有滑轨，在滑轨上有可以相向移动的夹板，该夹板的一端与正反向丝杆连接，在正反向丝杆上有相互配合的螺母，螺母与安装于滑轨上的电动机连接；在挂装吊杆上有可以在吊杆上移动的抓斗，在抓斗内有两根连杆，在每根连杆的下端铰接抓斗体，连杆的上端与滑块铰接，在滑块上安装电动机，电动机的输出端与安装于滑块内的滑轮连接，在滑轮上有钢丝绳，钢丝绳的下端与抓斗体的一端连接。
在底盘上设置中空的主轴，传动链轮利用轴承套装在主轴的外圆上；驱动电机及减速器安装在主轴的内部，驱动电机及减速器的输出与轮边减速器连接，轮边减速器的输出与链轮的内齿轮连接，链轮与履带连接。
本发明的特点：(1)具有800公斤起重吨位和2500毫米的提升高度。而且提升架上预置了凸肩和安装孔，可以根据现场情况和爆炸物的形状在提升架上快速挂装如夹抱器、直叉、吊杆和抓斗、铲斗、串杆等属具，而将爆炸物提起后移置到安全地区。也可挂装图象探头和红外探头等探测器具，利用机器人的提升机构和原地转向功能，在各个角度和各个高度上把现场情况传输到指挥中心。(2)其前方的工作装置可以折叠，而使整机的高度压缩为700毫米。因此可以依靠其自身的预置编程、传感系统、导向系统和控制指令而自行进入专用车辆附装的箱体内，并由专用车辆迅速送抵现场，具有机动快速的特点。(3)采用轻型履带式行走机构，工作的适应性好，能跨过沟渠，能在泥泞松软或高低不平的地面行走。(4)依靠其图象监视系统，所有行走、转向、提升、倾斜、夹持等动作都可在指挥车中遥控完成，以避免人员进入危险现场工作。
本发明的机器人全长2000毫米，全宽1200毫米，门架折叠时全高700毫米，自重1200公斤。最大行走速度50米/分。

附图说明

图1为本发明的侧面图。
图2为图1的俯视图。
图3为升降架上升后的状态图。
图4为折叠后的状态图。
图5为本发明中可折叠门架的4种工作状态图。
图6为提升架结构图。
图7为图6的左视图。
图8为本发明中可快速挂装的几种属具的外形图。
图9为本发明中一体式的履带驱动单元图。
图10为本发明进入专用车辆附装的箱体内而快速抵达现场的示意图。

具体实施方式

本机器人的总体布置如图1、2所示，在底盘10的前面为可折叠的伸缩门架1，门架1的下部和底盘10铰接，门架1的下端与安装于底盘10下面的倾斜油缸6连接，在门架1的前面安装可以升降的提升架2，在底盘10上有履带4及驱动系统。驱动系统由驱动单元9、液压系统、控制系统及蓄电池组8组成，履带4由驱动系统中的驱动单元9驱动，作前进后退的行走动作，在底盘10上布置液压系统的泵、阀、油箱5、控制系统的强电和弱电元件7、蓄电池组8。安装时，在底盘10的前半部布置液压系统的泵、阀、油箱5，底盘10的中部布置控制系统的强电和弱电元件7，两者以金属隔板40隔离，底盘10后部布置蓄电池组8，蓄电池组8兼作配重体以保持整机的平衡。
在门架1上有导向槽，在提升架2上有嵌在导向槽内的滚轮18，提升架2依靠提升油缸及滚轮18在门架1的导向槽中提升，提升架2的上部有用于挂装属具3的凸肩16和/或安装孔17。门架1由外门架12与可以在外门架12上上下移动的内门架11组成。提升门架1共有4种工作状态，如图5中的a、b、c、d所示：当倾斜油缸6的活塞杆伸出量最大时，由于回转轴承座14和底盘10铰接，门架1将后倾到水平位置，使整机具有最低的外形高度，如图5中的d及图4，这时机器人的总高度为700毫米，从而有可能在指挥车的底盘下方设置机箱，使机器人成为随车装备而快速送达现场。当内门架11在提升油缸的作用下从外门架12中伸出至最大高度时，提升架2携带其属具3随同升高，机器人将具有将其操作器具及重物抬升到2.5米高度的能力，见如图5中的b。而当倾斜油缸6后缩到极限位置时，门架1将前倾12°，使机器人具有更大的操作空间，见图5中的a。图5中的c为内门架11及提升架2下降至最低高度时的状态。
在提升架2上安装链条挂钩19，在链条挂钩19上连接链条20，链条20的另一端与外门架12连接，使提升架2能随着提升油缸的活塞杆而上下移动。如图6所示：提升架2依靠4个滚轮18在内门架11的导向槽里作上下运动的；链条20和链条挂钩19使提升架2能随着提升油缸的活塞杆而上下。提升架2上预置了凸肩16和安装孔17。在机器人抵达现场后可以根据爆炸物的形状快速挂装操作属具3，将爆炸物提起后移置到安全地区。
机器人的操作机构是挂装在提升架2上的各种形式的属具3，属具3可以是夹抱器25或直叉21或吊杆26和抓斗27或铲斗22或串杆，在L形直叉21、吊杆26及铲斗22上有可以将直叉21、吊杆26及铲斗22挂在提升架2上的挂钩41。直叉21是最简单的属具，它可以直接挂装到提升架2上，不需操作能源，见图7中的g。
在铲斗22内有铲斗体46，铲斗体46与支架42连接，支架42的下端与挂钩41的下端铰接，在支架42的上端安装螺母，与螺母配合的丝杆23的另一端可转动地连接于挂钩41的上部，在支架42上安装有电动机24，该电动机24的输出端与丝杆23或螺母连接；如挂装铲斗22，那么就要插接从门架1上部滑轮上挂下的电缆，使铲斗能通过电机24和丝杆23作最大30°的倾翻动作，见图7中的f。
在夹抱器25内有滑轨43，在滑轨43上有可以相向移动的夹板45，该夹板45的一端与正反向丝杆44连接，在正反向丝杆44上有相互配合的螺母，螺母与安装于滑轨43上的电动机连接；如挂装夹抱器25，插接电缆后也可通过夹抱器25内的正反向的丝杆使两边的夹板作夹拢和松开的动作，见图7中的e。
在挂装吊杆26上有可以在吊杆26上移动的抓斗27，在抓斗27内有两根连杆46，在每根连杆46的下端铰接抓斗体，连杆46的上端与滑块47铰接，在滑块47上安装电动机50，电动机50的输出端与安装于滑块47内的滑轮48连接，在滑轮48上有钢丝绳49，钢丝绳49的下端与抓斗体的一端连接。如挂装吊杆26和抓斗27，则由卷筒和钢绳机构将抓斗合拢，见图7中的h。
提升架2上也可挂装图象探头或红外探头等探测器具，在挂装探测器后可以利用机器人的提升机构和原地转向功能，在各个角度和各个高度把现场情况传送到指挥中心。如需挂装武器则另行配制安装底板并配装电动的击发装置。安装上图象监视系统后，所有前进、后退、转向、提升、倾斜、夹持、等动作都可在指挥车中遥控完成。
为了使机器人具有更为紧凑的结构，采用了直接由电力驱动的一体式的履带驱动单元9。其结构如图9：在底盘10上设置中空的主轴33，履带4的传动链轮29通过两个轴承31套装在主轴33的外圆上。驱动电机及减速器34安装在主轴33的内部，驱动电机及减速器34的输出与轮边减速器32连接，轮边减速器32的输出与链轮29的内齿轮30连接，链轮29与履带4连接，通过轮边减速器32将动力传递到链轮29的内齿轮30而带动履带4旋转。左右两套履带4各有一套独立的驱动单元9，由操作系统控制其转速和方向，从而完成机器人的转向、和前进、后退的动作。本发明采用了可以通过泥泞、松软、和崎岖路面的轻型履带式行走机构，并直接由一体式履带驱动单元驱动，在中空的主轴内安装了电机和减速器，通过轮边减速器带动链轮，使结构更为紧凑，并简化了行走控制装置。
在指挥车的大梁下方设置机箱，机器人便可快速抵达现场，如图10。机箱36固定在大梁37下，而机箱的前盖板35向下翻落，便是机器人出入机箱的跳板。在机箱的正前方设置激光反射板对机器人进行导向，使它能正确进入位置。
机器人具有两种工作状态：一种是在20米以内的近距离机外操作，它的动作信号可由操作者按动手持式操作盘上的相关按钮，然后通过数码传输系统进入机器人的伺服控制系统。这种状态下机器人的动作操作者目视可及，并不需要借助于图象监视系统。另一种状态是50米以外的遥控工作状态，就必须借助于安装在底盘前方和门架上方的微型摄象头所传输的现场图象而小心操作。因此在机器人的工作装置上还需安装激光测距仪和各类传感器以帮助操作者更安全地完成现场作业。
门架后倾到水平状态时，机器人具有最小的高度尺寸。因此可以依靠其预置的编程、传感系统、导向系统和控制指令而自行走进专用车辆附装的机箱内，随车快速抵达现场。
本发明的组成为：一套可折叠的门架以及提升架和各种属具；门架为二级伸缩式，依靠其底部的油缸可以后倾到水平位置，使整机高度压缩为700毫米。提升架上带有可快速挂装各类属具以及探测器具的凸肩和安装孔。提升架及其属具依靠提升油缸可最大升高到2500毫米，以应对不同的现场情况。
行走机构为一套轻型履带传动系统。左右两边的履带各由一台直流电机驱动，因此当两边履带反向旋转时便可实现机器人的原地转向。履带的驱动电机和驱动链轮组成一体并密封安装，以防止进水及受到攻击损坏。履带板的接地一面涂复胶层以提高接地阻力，降低噪声，并减少对路面的损坏。
底盘内部为大容量的蓄电池以及液压泵、阀、油箱和倾斜油缸等部件。蓄电池提供了行走和液压系统的驱动功率，充电程序应在平时定期完成，并在汽车的运送过程中补充充电。蓄电池容量约可维持机器人连续6个小时工作所需电量。
本机器人安装了图象传输系统、动作信号的数码传输系统、激光测距仪、激光扫描仪和各类传感器，可以完成遥控的行走、转向，和夹持、提升等现场作业。
本机器人全长2米，宽1.2米，门架折叠时全高700毫米，门架垂直并伸长时全高3.0米。起重量800公斤，提升高度2500毫米，自重1.2吨，最大行走速度50米/分。