一种消防侦察灭火机器人及其工作方法技术

本发明专利技术公开了一种消防侦察灭火机器人，包括履带底盘、消防灭火水炮和侦察机构，消防灭火水炮和侦察机构均设置于履带底盘上，履带底盘由底盘本体、底盘壳体、悬挂横梁、驱动轮、从动轮组、托带轮组、承重轮组、减震板组、弹性元件、接近轮组、张紧机构、避障组件、警示组件、驱动组件、控制器、无线传输组件、履带组件、防尘盖板、探照灯、锂电池组成。解决了驱动轮和履带间的打滑掉带等问题，实现了驱动轮和履带间高效传动，保证了悬挂系统越障过程中与履带的贴合性能，还可以提高机器人越障爬坡时的稳定度，实现了对机器人上悬挂系统的张紧功能，进一步提升机器人运动安全稳定性能，降低了机器人维护难度和应用成本。

A Fire-fighting Reconnaissance and Fire-fighting Robot and Its Working Method

The invention discloses a fire-fighting reconnaissance and extinguishing robot, which comprises a crawler chassis, a fire-fighting water cannon and a reconnaissance mechanism. The fire-fighting water cannon and a reconnaissance mechanism are all arranged on the crawler chassis. The crawler chassis consists of a chassis body, a chassis shell, a suspended beam, a driving wheel, a driven wheel group, a bracket wheel group, a load-bearing wheel group, a shock absorber plate group, an elastic component, a proximity wheel group and a tensioning mechanism. It is composed of obstacle avoidance component, warning component, driving component, controller, wireless transmission component, crawler component, dust-proof cover plate, searchlight and lithium battery. The problem of slipping belt between driving wheel and caterpillar is solved, and the efficient transmission between driving wheel and caterpillar is realized, which guarantees the adhesion performance between driving wheel and caterpillar in the process of obstacle-crossing of suspension system. It also improves the stability of the robot when it climbs over obstacle, realizes the tension function of the suspension system of the robot, further improves the safety and stability performance of the robot motion, and reduces the maintenance of the robot. Difficulty and application cost.

【技术实现步骤摘要】
一种消防侦察灭火机器人及其工作方法
本专利技术属于机器人
，具体涉及一种消防侦察灭火机器人及其工作方法。
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，消防侦察灭火机器人应用而生。消防侦察灭火机器人可替代消防人员在外围实现灭火功能，同时拆掉水带则可以代替消防人员进入危险灾害事故现场实现侦察甚至救援功能，因此发展前景广阔。然而，一方面，火灾等场景下现场环境极其恶劣，尤其是地面或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巨大挑战。目前通常采用履带式移动底盘作为消防机器人(消防侦察机器人、消防灭火人以及消防排烟机器人等消防类机器人统称)的移动平台，实现机器人在高危复杂路面移动功能。另外一方面，由于消防机器人在火灾现场外围拖动水带灭火时，需拖动充满水的消防水带前进，这对消防机器人的悬挂系统带来载荷挑战；当消防机器人作为侦察救援设备进入现场救援时，同样需要载重多人撤离现场，机器人同样需具备较强的承载重物能力。目前绝大多数履带式移动底盘的悬挂系统采用多组单排承重轮配合弹性元件实现承重和越障功能，但是这种结构存在当悬挂系统前端触碰障碍物时，履带容易发生过多形变而发生履带滑脱问题；或者采用在从动轮和承重轮间，靠近车体接近障碍物的部位增加固定的承重轮结构实现越障功能，但是这类结构的机器人在爬坡越障时的稳定性能差、震动剧烈，不利于机器人平稳运行。在驱动轮和履带配合方式上，目前驱动轮和履带驱动多采用拨齿结构，该类结构对履带形变异常敏感，当机器人机身上载荷发生较大变动时，或机器人悬挂系统越障时，履带的形变因素极易发生掉履带故障。与之相应的，为降低履带机器人掉履带风险，通常在悬挂系统中增加履带张紧机构，目前最常用的是采用弹簧挤压滑块的形式或采用液压缸推动滑块实现张紧履带功能。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，无法保持履带常态张紧状态；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。目前履带式移动机器人相关技术中，首先在驱动构造上，驱动轮和履带间的传动方式多采用拨齿结构，即：驱动轮上一般设置有带凹槽的轮组，履带内壁设置有凸块，驱动轮拨动履带内壁的凸块实现履带驱动功能，从而带动履带向前铺设行进。典型的技术方案如下：申请号为201520714972.7的专利公布了一种用于消防灭火机器人的移动系统，一种用于消防灭火机器人的移动系统，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；驱动轮和履带通过拨齿结构驱动。同类技术方案还有诸如申请号为201610091164.9的专利公布的一种消防机器人及其控制方法；申请号为201610303161.7的专利公布的履带式消防机器人；申请号为201610622972.3的专利公布的一种防爆消防灭火侦察机器人；专利201610677978.0公开的轮履变换移动底盘及具有其的消防探测机器人；申请号为201611048497.X公布的一种履带式消防灭火机器人及其操作方法等。其次在实现机器人履带张紧技术方面，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的专利技术专利一种履带拖拉机的履带张紧机构；申请号为201711445105.8的专利技术专利公布的一种履带张紧装置和履带式行走机械；申请号为201720909718.1的技术专利公布了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的专利技术专利公开的履带张紧装置及其张紧方法等。最后，在机器人悬挂组件汇中，通常直接采用在从动轮和承重轮间，靠近车体接近障碍物的部位增加固定的承重轮结构实现越障功能，典型的专利方案有：申请号为201720886004.3的一种能攀爬越障的消防灭火机器人，履带行走机构包括固定在消防灭火机器人本体底部的履带梁、位于履带梁前端的驱动轮、位于履带梁后端的张紧轮、位于驱动轮与张紧轮之间的固定式支重轮和浮动式支重轮，且固定式支重轮与浮动式支重轮和张紧轮处于同一接地平面上。类似的构造还有申请号为201710109232.4公布的一种智能遥控消防机器人，申请号为201610622972.3公布的一种防爆消防灭火侦察机器人，申请号为201320414471.8的专利公布的一种改进的消防灭火机器人等。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种消防侦察灭火机器人，针对目前驱动轮和履带的驱动效率和稳定问题，通过插齿驱动轮和与之配套的履带实现驱动轮和履带间高效传动功能；针对目前悬挂系统的爬坡越障性能不足问题，通过设计一种双排双列复合接近轮保证悬挂系统越障过程中与履带的贴合性能，显著提升机器人越障爬坡能力；针对机器人悬挂系统张紧机构存在的弊端，通过楔形张紧机构实现对机器人上悬挂系统的张紧功能，保证机器人履带运动的松紧度，从而进一步提升机器人运动安全稳定性能，降低机器人维护难度。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种消防侦察灭火机器人，包括履带底盘、消防灭火水炮和侦察机构，消防灭火水炮和侦察机构均设置于履带底盘上，履带底盘由底盘本体、底盘壳体、悬挂横梁、驱动轮、从动轮组、托带轮组、承重轮组、减震板组、弹性元件、接近轮组、张紧机构、避障组件、警示组件、驱动组件、控制器、无线传输组件、履带组件、防尘盖板、探照灯、锂电池组成，消防灭火水炮由水炮炮头、喷射变换组件、垂向变换组件、水平转向组件、水炮导向管、水炮本体、水带接头、喷淋组件组成，侦察机构由摄像机、气体传感器、升降组件和侦察机构本体组成。具体地，所述控制器是机器人的控制核心，控制器分别连避障组件、警示组件、驱动组件、无线传输组件、探照灯、消防灭火水炮中的垂向变换组件、水平转向组件、喷淋组件以及侦察机构中的摄像机、气体传感器和升降组件。具体地，所述履带底盘中，悬挂横梁包括耙形长板和悬挂连轴，驱动轮包括插齿驱动轮和驱动轴，从动轮组包括从动轮、从动轮转轴和从动位移滑板，托带轮组包括托带轮和托带轮轴，承重轮组包括承重轮、承重轮转轴，减震板组包含减震板和减震板摆轴，弹性组件包括弹性元件和弹性组件转轴，接近轮组由接近承重轮、接近轮、接近轮轴和接近轮摆板组成，张紧机构由张紧螺丝、移位紧固螺丝、主楔形滑块、副楔形滑块、前挡板、后挡板和紧固板组成，避障组件包括避障摄像机和超声波测距模块，警示组件包括警灯和警笛，驱动组件包括驱动电机和差速箱，无线传输组件包括电气模块和天线，履带组件包括履带本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种消防侦察灭火机器人，其特征在于，包括履带底盘、消防灭火水炮和侦察机构，消防灭火水炮和侦察机构均设置于履带底盘上，履带底盘由底盘本体、底盘壳体、悬挂横梁、驱动轮、从动轮组、托带轮组、承重轮组、减震板组、弹性元件、接近轮组、张紧机构、避障组件、警示组件、驱动组件、控制器、无线传输组件、履带组件、防尘盖板、探照灯、锂电池组成，消防灭火水炮由水炮炮头、喷射变换组件、垂向变换组件、水平转向组件、水炮导向管、水炮本体、水带接头、喷淋组件组成，侦察机构由摄像机、气体传感器、升降组件和侦察机构本体组成。

【技术特征摘要】
1.一种消防侦察灭火机器人，其特征在于，包括履带底盘、消防灭火水炮和侦察机构，消防灭火水炮和侦察机构均设置于履带底盘上，履带底盘由底盘本体、底盘壳体、悬挂横梁、驱动轮、从动轮组、托带轮组、承重轮组、减震板组、弹性元件、接近轮组、张紧机构、避障组件、警示组件、驱动组件、控制器、无线传输组件、履带组件、防尘盖板、探照灯、锂电池组成，消防灭火水炮由水炮炮头、喷射变换组件、垂向变换组件、水平转向组件、水炮导向管、水炮本体、水带接头、喷淋组件组成，侦察机构由摄像机、气体传感器、升降组件和侦察机构本体组成。2.如权利要求1所述的消防侦察灭火机器人，其特征在于，所述控制器是机器人的控制核心，控制器分别连避障组件、警示组件、驱动组件、无线传输组件、探照灯、消防灭火水炮中的垂向变换组件、水平转向组件、喷淋组件以及侦察机构中的摄像机、气体传感器和升降组件。3.如权利要求1或2所述的消防侦察灭火机器人，其特征在于，所述履带底盘中，悬挂横梁包括耙形长板和悬挂连轴，驱动轮包括插齿驱动轮和驱动轴，从动轮组包括从动轮、从动轮转轴和从动位移滑板，托带轮组包括托带轮和托带轮轴，承重轮组包括承重轮、承重轮转轴，减震板组包含减震板和减震板摆轴，弹性组件包括弹性元件和弹性组件转轴，接近轮组由接近承重轮、接近轮、接近轮轴和接近轮摆板组成，张紧机构由张紧螺丝、移位紧固螺丝、主楔形滑块、副楔形滑块、前挡板、后挡板和紧固板组成，避障组件包括避障摄像机和超声波测距模块，警示组件包括警灯和警笛，驱动组件包括驱动电机和差速箱，无线传输组件包括电气模块和天线，履带组件包括履带主体和拨块；所述消防灭火水炮中，喷淋组件包括喷淋器和继电器。4.如权利要求3所述的消防侦察灭火机器人，其特征在于，所述底盘本体设置在履带底盘的下半段，用以支撑连接悬挂系统和电控系统，底盘壳体设置在履带底盘的上半段，与底盘本体配合形成封闭立体空间；悬挂横梁共两套，分别设置在底盘本体两侧，每套悬挂横梁包括两条耙形长板，两板间隔叠放，耙形长板上端设置两块突起用以设置转轴从而固定托带轮组；耙形长板下端设置四块突起用以设置转轴从而固定减震板组，在耙形长板近中央横向上均匀设置四个通孔用以固定悬挂连轴，悬挂连轴共八根，分为左右两组，每组悬挂连轴外侧固定在耙形长板上，内侧则连接固定在底盘本体上，实现悬挂系统和车体的连接固定；驱动轮为单排齿轮结构，数量为两个，驱动轮的插齿驱动轮通过驱动轴设置在底盘本体最后方两侧，驱动轴与差速箱输出转轴连接以获得动力来源，插齿驱动轮的后轮缘插入履带组件内，插齿驱动轮的齿牙与拨块配合拨动；从动轮组为双列单轮结构，从动轮组的从动轮跨在从动轮转轴两端，从动轮转轴贯穿在从动位移滑板最前端的两侧，从动位移滑板为矩形板，数量为四个，两个为一套叠放，设置在悬挂横梁最前方的内侧，从动位移滑板连接固定张紧机构，且从动轮前轮缘和履带组件内壁接触；托带轮组为双列单轮结构，数量共八个，分为两套，左右两套对称布置，每套四对，托带轮组的托带轮通过托带轮轴固定在耙形长板上端，托带轮上轮缘与履带组件内壁接触；承重轮组为双列单排轮，共八组，承重轮组的承重轮通过承重轮转轴设置于减震板下端，且承重轮下轮缘和履带组件内壁接触；减震板组共八组，每组减震板组包含两条减震板，减震板为长条板，两条堆叠为一组，上端通过减震板摆轴与耙形长板连接固定，下端连接承重轮组，减震板能够绕减震板摆轴摆动；未加载荷情况下，减震板组与悬挂横梁夹角介于30°～70°间，该角度主要由弹性组件和机器人负载大小决定；弹性组件的弹性元件的上端通过弹性组件转轴固定在耙形长板上，弹性元件的下端通过弹性组件转轴固定在减震板中央处，弹性元件共十条，其中八条与减震板配合，通过承压耙形长板和承重轮间的压力进行泄力，从而实现减震避震，另外两条弹性元件与接近轮组配合；避障组件的避障摄像机和超声波测距模块对称安装在底盘本体最前方靠近中央处，警示组件的警灯和警笛分别安装在底盘壳体后端两侧，驱动组件的驱动电机与差速箱配套使用，驱动电机安装在底盘本体内部后方，驱动电机连接控制器，差速箱输出轴连接驱动轴；无线传输组件靠近控制器，天线与无线传输组件内的电气模块连接以提高信息发射和接收距离；防尘盖板为圆轮结构，设置有螺孔并通过螺栓和所有的从动轮、承重轮固定；探照灯共一对，安装在底盘本体最前方的两侧；锂电池安装在底盘本体内部，锂电池在电气上分别和机器人上的耗电器件连接并为其提供电能。5.如权利要求3所述的消防侦察灭火机器人，其特征在于，所述接近轮组的接近承重轮和接近轮均为双列单轮结构，接近承重轮与承重轮一样，内径大于接近轮，接近轮摆板为镰刀状板，两条堆叠为一组，横向放置，最上端通过接近轮轴固定在耙形长板最前端，并能够绕耙形长板摆动，接近轮通过转轴安装在接近轮摆...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍明松，郭亭亭，郑安，刘文涛，李希彬，
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