一种全地形消防机器人及工作方法技术

本发明专利技术公开了一种全地形消防机器人，包括全地形移动平台、消防水炮系统、感知交互系统、电控系统，全地形移动平台是机器人的移动载体，全地形移动平台为履带式结构，由壳体、悬挂减震组件、履带、行走轮系、链条张紧组件、驱动组件、履带张紧组件组成，消防水炮系统、感知交互系统、电控系统均安装于全地形移动平台上，电控系统与全地形移动平台、消防水炮系统、感知交互系统连接。本发明专利技术不仅保证了机器人的密闭性，提高了机器人的防水防爆等级，而且提高了对机器人链条传动系统和履带行进系统的张紧调节效率，提高了机器人越障性能；实现机器人对障碍物的智能感知行为，还可以提高机器人与环境交互能力。

【技术实现步骤摘要】
一种全地形消防机器人及工作方法
本专利技术属于机器人领域，具体涉及一种全地形消防机器人及工作方法。
技术介绍
消防人员在高危火场等事故现场救援或勘察中存在许多劣势，比如，在面临易燃易爆气体、有毒有害、高温浓烟等灾害情况时，容易给消防员带来中毒、烧伤甚至死亡威胁，所以现在越来越多的机器人逐渐代替人工进入高危现场作业。但是，火灾等场景下现场环境极其恶劣，包括地面和空间内存在很多障碍物，这对机器人的越障性能和避障能力提出很高要求。目前通常采用履带式移动底盘作为消防机器人(包含消防侦察机器人、消防灭火人以及消防排烟机器人等)的移动平台，实现机器人在高危复杂路面安全稳定行动功能。所以，当前消防机器人技术主要围绕如何更高性能地避障、越障和越沟进行研究。在如何提高消防机器人越障能力方面，通常采用履带式移动底盘技术，目前常规的移动底盘悬挂系统或悬挂技术中，通常将驱动轮、从动轮和承重轮集成在悬挂组件上从而形成一体的悬挂系统，托带轮单独设置在机器人本体两侧，与悬挂系统分离开。这种悬挂构造随时间和使用频次的增加，会存在弊端。例如当对悬挂系统进行维修换件时，托带轮与悬挂系统分离，导致更换不变，维修成本增加；由于履带系统在行进过程中会不断发生形变，而托带轮与悬挂系统的分离，会对悬挂系统的张紧装置带来较大行程和负荷变化，影响机器人爬坡越障能力，并且会大大增加履带脱落的风险。对于防爆类等防护等级较高的消防机器人，将托带轮等设置在机器人本体上还会增加机器人整体防水防爆性能，严重影响机器人越障爬坡性能。悬挂系统是消防机器人移动平台最核心、最关键的组件，目前悬挂系统按照构造分类主要分为两大类：(1)悬挂系统内部的轮系组件独立的设置在机器人机体两侧该种结构中，通常将悬挂系统中的驱动轮、从动轮、托带轮、承重轮等通过摆臂或连杆结构，固定在机器人中央机体的两侧，轮系系统通过履带实现动力传输、重力承受和传动导向等功能。典型的结构或技术方案主要有如下：申请号为201610091164.9的专利技术专利公布了一种消防机器人及其控制方法，消防机器人包括：底盘架，用于承载和连接各个部件；支重轮组件，安装在底盘架下方，用于支撑整车质量；驱动轮，安装在底盘架前部，且位于支重轮组件的上方，用于输出动力；涨紧轮，安装在底盘架后部，且位于支重轮组件的上方。属于该类方案的还有申请号为201610622972.3的专利技术专利一种防爆消防灭火侦察机器人，申请号为201611048497.X的专利技术专利一种履带式消防灭火机器人机器操作方法，申请号为201710109232.4的专利技术专利一种智能遥控消防机器人，申请号为201710536881.2的专利技术专利一种遥控操作智能监控灭火机器人，申请号为201720459629.1的技术专利一种移动式智能消防灭火机器人，申请号为201720562482.9的技术专利一种消防机器人等。(2)悬挂系统内部的轮系组件部分的设置于机器人机体两侧该种结构中，通常将悬挂系统中的驱动轮、从动轮、托带轮、承重轮等两个以上进行组合，然后通过摆臂或连杆结构固定在机器人悬挂组件的本体上，固定在悬挂系统上的轮系通过悬挂支架上的轴连接与机器人本体发生动力传递作用，轮系系统同样通过履带实现动力传输、重力承受和传动导向等功能。典型的构造或技术方案如下：申请号为201520714972.7的技术专利公布了用于消防灭火机器人的移动系统，机箱主体、履带、设置于履带内的前悬挂、交叉悬挂和后悬挂，其中：前悬挂、交叉悬挂和后悬挂依次相连，机箱主体通过上轴与履带内的上导轮相连；所述的前悬挂包括：通过前轴相连的前臂、前中臂、连接前臂和前中臂的前弹簧、与前臂相连的前导轮和后导轮；所述的交叉悬挂包括：通过中间轴连接的交叉臂、连接交叉臂上部的中间弹簧、位于交叉臂下部的平衡臂和平衡轮。属于该类机构的消防机器人技术方案还有：申请号为201610303161.7专利技术专利履带式消防机器人，申请号为201620549875.1的一种特种消防机器人，申请号为201710315858.0的专利技术专利一种新型消防机器人，申请号为2016202691649的一种履带式移动底盘避震机构等。在如何提高消防机器人越障能力方面，为了提高机器人的离去角，通常不采用直驱驱动轮的方式，因采用该方法需将驱动轮变大，这样不仅会材料和结构要求变高，更会对动力系统转速和转矩提高要求；故通常采用链条间接传动方式，将驱动轮沿机体向后拓展，将驱动轮拓展至机器人车体外侧的后方以增大离去角，提高越沟越障能力。但是采用链条传动方式的动力系统中，链条可能因为出厂设置过紧造成严重磨损，在使用过程中同样容易因使用频次增加而发生松弛进而导致滑脱等问题。对于履带张紧装置，采用传统的弹簧式张紧装置会使得弹簧随复杂工况变化而变化，无法保持常态张紧状态；且随使用时间增加，弹簧式张紧装置中的弹簧会发生疲劳，导致履带松弛从而发生滑脱等问题。对于重性的机器人，这种履带或链条张紧方式显然不合适。而采用液压缸式的张紧装置性能较强，但结构较复杂，需要依赖液压系统，不利于小型化消防人集成安装和应用。在实现机器人传动链条或履带张紧技术方面，通常采用弹簧式或液压缸式的支撑技术：例如申请号为201721131694.8的专利公布了一种防爆消防灭火侦察机器人履带总成，包括履带、连接架、承重轮、避震装置、驱动轮、托带轮、侧板、张紧装置和导向轮，连接架、承重轮、避震装置、驱动轮、托带轮、侧板、张紧装置和导向轮均设置在履带的柔性链环内，且履带与导向轮、承重轮、驱动轮和托带轮依次连接，张紧装置远离侧板的一侧与导向轮连接。张紧装置包括压缩弹簧和调节螺栓和伸缩杆，张紧装置与履带相适配。该类专利还有申请号为201710681176.1的一种履带拖拉机的履带张紧机构；申请号为201711445105.8的专利技术专利的一种履带张紧装置和履带式行走机械；申请号为201720909718.1的技术专利一种履带张紧装置及具有该装置的履带车以及申请号为201310224671.1的履带张紧装置及其张紧方法等。在如何提高机器人避障能力方面，目前常规方案通常采用在机体上方布置摄像头，摄像头采集的图像起到示宽作用，消防员通过机器人回传的视频图像判断机器人的大致方位以及距离前方障碍物的距离，实现粗略避障功能；或在此技术基础上改进，将摄像机改进为带云台的机构，摄像机可实现对机器人周围障碍物或火灾的侦察功能。该方法在复杂恶劣地面以及空间救援现场并不实用，尤其是因无线遥控系统存在迟滞效应，仅依靠经验判断从而对机器人采取刹车的行为显然不合适，机器人极易因误判行为而发生碰撞事故，严重影响紧急救援进程和危害机器人自身安全。典型的技术方案有：申请号为201610622972.3的专利技术专利公布了一种防爆消防灭火侦察机器人，该机器人包括消防机器人本体和远程控制箱两部分，消防机器人上设置有数据采集多媒体组件，并携带有传感器、摄像机等实现现场环境参数检测的功能。该类专利技术还有申请号为201610677978.0的专利技术专利轮履变换移动底盘及具有其的消防探测机器人，申请号为201610762662.1的专利技术专利一种可远程控制的消防机器人，申请号为201620549875.1的专利技术专利一种特种消防机器人，申请号为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全地形消防机器人，其特征在于，包括全地形移动平台、消防水炮系统、感知交互系统、电控系统，全地形移动平台是机器人的移动载体，全地形移动平台为履带式结构，由壳体、悬挂减震组件、履带、行走轮系、链条张紧组件、驱动组件、履带张紧组件组成，消防水炮系统、感知交互系统、电控系统均安装于全地形移动平台上，电控系统与全地形移动平台、消防水炮系统、感知交互系统连接。

【技术特征摘要】
1.一种全地形消防机器人，其特征在于，包括全地形移动平台、消防水炮系统、感知交互系统、电控系统，全地形移动平台是机器人的移动载体，全地形移动平台为履带式结构，由壳体、悬挂减震组件、履带、行走轮系、链条张紧组件、驱动组件、履带张紧组件组成，消防水炮系统、感知交互系统、电控系统均安装于全地形移动平台上，电控系统与全地形移动平台、消防水炮系统、感知交互系统连接。2.如权利要求1所述的一种全地形消防机器人，其特征在于，所述消防水炮系统由炮体、炮头、垂向角度调节机构、横向角度调节机构、喷流变换组件、自喷淋模组组成；感知交互系统由避障传感器、气体检测仪、水炮工况采集摄像机、车前位工况采集摄像机、车后位工况采集摄像机、环境工况采集摄像机、照明模块、警示模块组成；电控系统由控制器、驱动器、无线传输系统和能源模块组成。3.如权利要求1或2所述的全地形消防机器人，其特征在于，所述壳体两侧安装固定有悬挂减震组件，壳体还包含两套防异物盖板，防异物盖板为薄板结构，通过支架固定在悬挂减震组件外侧；悬挂减震组件分为左右两套，每套悬挂减震组件包括悬挂骨架、从动轴、驱动轴、从动轮减震板、承重轮减震板、驱动轮减震板、从动张紧避震板、驱动张紧避震板、弹性元件；行走轮系由驱动轮、从动轮、承重轮、托带轮、驱动齿轮、传动链条、从动齿轮、防尘盖组成，履带套接在由驱动轮、从动轮、承重轮、托带轮组成的框架上，通过驱动轮的驱动作用带动履带转动；链条张紧组件共两套，链条张紧组件前端连接驱动张紧避震板，后端连接驱动轮减震板，每套链条张紧组件由位移滑板、张紧螺栓、位置紧固螺栓、主调节滑块、副调节滑块、前挡板、后挡板、侧板组成；驱动组件包括驱动电机和减速箱，驱动电机、减速箱数量均为两套，分别布局在壳体内部两侧靠后方，驱动电机的转轴连接减速箱，减速箱的输出还连接驱动轴；履带张紧组件的结构与链条张紧组件的结构相同，同样由位移滑板、张紧螺栓、位置紧固螺栓、主调节滑块、副调节滑块、前挡板、后挡板、侧板组成，履带张紧组件的前端连接从动轮减震板，后端连接从动张紧避震板。4.如权利要求3所述的全地形消防机器人，其特征在于，所述悬挂骨架为片状机构，每两片组成骨架结构，用以安装从动轴、驱动轴、从动轮减震板、承重轮减震板、驱动轮减震板；从动轴设置在从动张紧避震板和悬挂骨架连接处，从动轴还插接固定在壳体上，用以固定悬挂骨架并作为悬挂骨架与壳体连接的第一支点；驱动轴设置在驱动张紧避震板和悬挂骨架连接处，驱动轴同样固定在壳体上，用以固定悬挂骨架并作为悬挂骨架和壳体连接的第二支点，同时驱动轴还作为机器人动力输出轴连接驱动齿轮；从动轮减震板为斜T形板，前端连接从动轮，后端通过履带张紧组件连接从动张紧避震板；承重轮减震板包括两个交叉成X型的交叉板，两交叉板通过转轴连接，两交叉板下端均设置有承重轮，两交叉板上端之间则设置有弹性元件；驱动轮减震板为槽形板，前端通过链条张紧组件连接驱动张紧避震板，后端设置有驱动轮；从动张紧避震板为镰刀板，前端连接有履带张紧组件，后端通过从动轴连接悬挂骨架，从动张紧避震板上端还通过弹性元件连接悬挂骨架，组成减震系统；驱动张紧避震板为条形板，前端通过弹性元件与悬挂骨架连接，中间穿过驱动轴，后端通过链条张紧组件连接驱动轮减震板。5.如权利要求3所述的全地形消防机器人，其特征在于，所述驱动轮为齿轮结构，驱动轮通过转轴设置在驱动轮减震板后端，在驱动轮的外侧还设置有从动齿轮，驱动轮与从动齿轮设置在同一转轴上；从动轮为双排四轮结构，设置在从动轮减震板的前端；承重轮为单排双轮结构，设置在承重轮减震板下端；托带轮为双排单轮结构，设置在悬挂骨架的最顶端；驱动齿轮设置在驱动轴最外侧，驱动齿轮和从动齿轮间套接有传动链条，驱动齿轮随驱动轴转动，带动传动链条转动，进而带动从动齿轮转动，最终带动驱动轮转动；防尘盖为环形轮状，内部设置有用以容纳轮系转轴的圆凹口，防尘盖外部边缘沿圆周方向均匀设置有四个螺孔，用以固定轮系，防尘盖分别通过螺栓固定在驱动轮、从动轮和托带轮上。6.如权利要求3所述的全地形消防机器人，其特征在于，所述每个链条张紧组件中含有两块位移滑板，对称设置在驱动轮减震板前端两侧，位移滑板为方形板，四角处设置有槽口和透孔，用以穿过张紧螺栓、位置紧固螺栓；张紧螺栓数量为一个，张紧螺栓贯穿驱动轮减震板前端两侧的两个位移滑板，通过螺母进行闭合固定；位置紧固螺栓数量为三个，贯穿驱动轮减震板前端两侧的两个位移滑板，通过与侧板上的螺纹孔连接固定；位置紧固螺栓上还套接有套筒，用以套接驱动张紧避震板；主调节滑块为梯形滑块，中间有透孔，透孔内设置有与张紧螺栓配合的螺纹，主调节滑块套接在张紧螺栓上，且斜面与副调节滑块的斜面接触配合；副调节滑块为梯形滑块，后端端面处设置有贯穿透孔，透孔直径大于位置紧固螺栓的直径，副调节滑块的前端接触并连接前挡板，副调节滑块前后滑动带动前挡板前后移动；前挡板为方形板，垂直于位移滑板，并且横跨在驱动张紧避震板之间，前挡板厚度方向上，两侧的内部均设置有螺纹孔，其中外侧配合安装位置紧固螺栓，内侧则通过螺栓连接固定侧板；后挡板结构和形状与前挡板相同，后挡板垂直于位移滑板...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍明松，郭亭亭，刘文涛，李希彬，段立夫，
申请(专利权)人：山东阿图机器人科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37