一种用于深井救援的气动柔性机械手制造技术

本实用新型专利技术属于消防设备技术领域，具体为一种用于深井救援的气动柔性机械手，包括柔性伸缩臂、机械抓手、充放气装置和控制装置；柔性伸缩臂为采用软质弹性材料的长条形气管，内沿管长度方向设有三条平行的且各自独立封闭的长条形气囊腔；气囊腔的一端封闭，另一端开口，同充放气装置对接；控制装置同充放气装置控制连接；机械抓手包括若干机械爪和铰链，机械爪一端同铰链连接，铰链过转动电机转动，以此带动机械爪摆动；铰链与柔性伸缩臂一端固定连接。本实用新型专利技术体积小、操作方便、性能可靠和成本低，能代替救援人员进入狭窄深井内执行救援作业。对保障人身安全、减轻劳动强度、完成救援工作具有十分重要的意义。

A Pneumatic Flexible Manipulator for Deep Well Rescue

【技术实现步骤摘要】
一种用于深井救援的气动柔性机械手
本技术属于消防设备
，具体涉及一种用于深井救援的气动柔性机械手。
技术介绍
随着国民经济的快速发展,消防应急救援,保障人民生命财产,越来越引起了国家相关部门的重视。消防部门越来越重视科学消防,技术消防,各类消防救援机器人在消防设备里扮演着越来越重要的角色。新型消防救援机器人可以应用于许多救援场合,比如地震,泥石流,台风,洪水,矿难,危险物夹取物品等。因此,新型消防救援机器人的研究具有重要的实用价值和社会意义。目前，在狭窄深井中经常挖掘机实施营救，救援时间长、耗费资源多，但救援效果不佳；也有将消防员倒挂进入深井救援的案例，但长时间倒挂会造成消防员头部充血，且由于井下情况不明，救援的难度也非常大。因此，急需设计一种高效、高成功率的消深井防救援用气动柔性机械手代替消防队员下井实施柔性抓取人员或物品,能够在最大程度上减少生命财产损失,减少悲剧的发生，也可以夹取在地震、泥石流和矿难等狭小的空间中柔性抓取重要物品。
技术实现思路
本技术提出一种用于深井救援的气动柔性机械手,该柔性机械手的设计具有体积小、动作灵活、操作方便、性能可靠和制造成本低等特点,能代替消防员在深井等特种环境中作业。本技术所提供的用于深井救援的气动柔性机械手，包括柔性伸缩臂、机械抓手、充放气装置和控制装置；所述柔性伸缩臂为采用软质弹性材料的长条形气管1，该气管1的管内空腔为沿管长度方向设置的三条平行且各自独立封闭的长条形气囊腔4，且三条气囊腔4截面呈品字形排列；所述柔性伸缩臂的气囊腔4的一端封闭，另一端开口，同充放气装置对接；所述控制装置设置于柔性伸缩臂靠近气囊腔4开口端的一端，且同充放气装置控制连接；所述机械抓手包括若干机械爪2和铰链3，机械爪2的根部一端同铰链3连接，铰链3设有转动电机，通过转动电机转动带动铰链3转动，以此带动机械爪摆动；所述铰链3与柔性伸缩臂靠近气囊腔4封闭端的一端固定连接；铰链3的转动电机通过控制线同控制装置连接，接收供电和转动控制信号。本技术中，所述柔性伸缩臂中还设有一条长度方向贯穿的控制线孔道5，控制线穿过控制线孔道5，一端同铰链3的转动电机连接，另一端同控制装置连接。本技术中，所述控制线孔道5位于三条气囊腔4的中间位置，独立封闭的孔道。本技术中，所述充放气装置能分别为三个气囊腔4进行充放气。本技术中，所述柔性伸缩臂外表面的侧截面为连续的齿状排列结构，每一个气囊腔4侧截面为与柔性伸缩臂外表面形状对应的连续的齿状排列结构。本技术中，在柔性伸缩臂设有机械抓手的一端还设有摄像头，摄像头的数据线穿过控制线孔道5同控制装置连接，控制装置上设有显示屏。本技术中，通过对调整三个气囊腔中的充气量来改变整个柔性伸缩臂的硬度与长度，当气囊腔中气体未充满时，柔性伸缩臂保持收缩的柔软状态，气囊腔在不断的充气过程中膨胀，使柔性伸缩臂因为材料特性伸长且越来越硬；同时，通过控制三个气囊腔中充入不同的气体量，来使柔性伸缩臂三条边对应区域的伸缩量不同，从而使柔性伸缩臂会弯向充气量少的气囊腔的一边，由此实现柔性伸缩臂弯曲；通过控制器控制多个机械爪的铰链转动，实现机械抓手开合，进行抓取操作。使用时，将柔性伸缩臂放置到深井中，三个气囊腔处于收缩状态，操作人员通过控制装置控制充放气装置，对气囊腔充气；当充入足量气体时，柔性伸缩臂的长度变长，使机械抓手可以探入深井的更深的位置。当三个气囊腔里面充气量不一样，使柔性伸缩臂弯曲，以适应于复杂多变井道内的工作环境，如避开一些障碍物，跟随弯曲的井道进行适量的弯曲。操作人员在通过控制装置，对机械抓手铰链的电机控制正反转向，来控制机械爪的摆动，以此控制机械抓手的张合状态来抓取物品和放置物品。摄像头可以观察深井中的环境，帮助操作人员控制机械臂的弯曲方向，实现机械抓手的精准抓取。本技术体积小，不使用时便于收纳，占用运输空间小；且操作方便，结构简单，成本低,能代替消防员在深井等特种环境中作业。附图说明图1是本技术的柔性伸缩臂示意图。图2是本技术的柔性伸缩臂横向A-A剖面图。图3是本技术的柔性伸缩臂纵向B-B剖面图。图中标号：1为气管，2为机械爪，3为铰链，4为气囊腔，5为控制线孔道。具体实施方式本技术包括柔性伸缩臂、机械抓手、充放气装置和控制装置；所述柔性伸缩臂为采用软质弹性复合材料的长条形气管1，该气管1内沿管长度方向设有三条平行的且各自独立封闭的长条形气囊腔4，每个气囊腔4截面为扇形，且三条气囊腔4截面呈品字形排列，即等间距的围绕一圈排列；如图2所示。所述柔性伸缩臂外表侧截面为连续的齿状排列结构，每一个气囊腔4侧截面为对应的连续的齿状排列结构，形成风琴式收缩拉伸结构，如图1、3所示。所述柔性伸缩臂的气囊腔4的一端封闭，另一端开口，开口端同充放气装置对接；充放气装置设有三个充气泵，分别对接一个气囊腔4；充气泵的启动关闭通过控制装置控制。所述机械抓手包括若干机械爪2和铰链3，机械爪2的根部一端同铰链3连接，铰链3设有转动电机，通过转动电机转动带动铰链3转动，以此带动机械爪摆动；铰链3的转动电机通过控制线同控制装置连接，以外接电源供电和接受控制装置的转动信号。所述铰链3与柔性伸缩臂靠近气囊腔4封闭端的一端固定连接；在柔性伸缩臂设有机械抓手的一端还设有摄像头，摄像头的数据线和控制装置连接，控制装置上设有显示屏。所述柔性伸缩臂中还设有一条长度方向贯穿的控制线孔道5，位于三条气囊腔4的中间位置；机械抓手控制线和摄像头数据线穿过控制线孔道5，以此保护线路不受深井中的环境干扰。本技术中，通过对调整三个气囊腔中的充气量来改变整个柔性伸缩臂的硬度与长度，当气囊腔中气体未充满时，柔性伸缩臂保持收缩的柔软状态，气囊腔在不断的充气过程中膨胀，使柔性伸缩臂因为材料特性伸长且越来越硬；同时，通过控制三个气囊腔中充入不同的气体量，来使柔性伸缩臂三条边对应区域的伸缩量不同，从而使柔性伸缩臂会弯向充气量少的气囊腔的一边，由此实现柔性伸缩臂弯曲；通过控制器控制多个机械爪的铰链转动，实现机械抓手开合，进行抓取操作。使用时，将柔性伸缩臂放置到深井中，三个气囊腔处于收缩状态，操作人员通过控制装置控制充放气装置，对气囊腔充气；当充入足量气体时，柔性伸缩臂的长度变长，使机械抓手可以探入深井的更深的位置。当三个气囊腔里面充气量不一样，使柔性伸缩臂弯曲，以适应于复杂多变井道内的工作环境，如避开一些障碍物，跟随弯曲的井道进行适量的弯曲。操作人员在通过控制装置，对机械抓手铰链的电机控制正反转向，来控制机械爪的摆动，以此控制机械抓手的张合状态来抓取物品和放置物品。摄像头可以观察深井中的环境，帮助操作人员控制机械臂的弯曲方向，实现机械抓手的精准抓取。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于深井救援的气动柔性机械手，其特征在于，包括柔性伸缩臂、机械抓手、充放气装置和控制装置；所述柔性伸缩臂为采用软质弹性材料的长条形气管（1），该气管（1）的管内空腔为沿管长度方向设置的三条平行且各自独立封闭的长条形气囊腔（4），且三条气囊腔（4）截面呈品字形排列；所述柔性伸缩臂的气囊腔（4）的一端封闭，另一端开口，同充放气装置对接；所述控制装置设置于柔性伸缩臂靠近气囊腔（4）开口端的一端，且同充放气装置控制连接；所述机械抓手包括若干机械爪（2）和铰链（3），机械爪（2）的根部一端同铰链（3）连接，铰链（3）设有转动电机，通过转动电机转动带动铰链（3）转动，以此带动机械爪摆动；所述铰链（3）与柔性伸缩臂靠近气囊腔（4）封闭端的一端固定连接；铰链（3）的转动电机通过控制线同控制装置连接，接收供电和转动控制信号。

【技术特征摘要】
1.一种用于深井救援的气动柔性机械手，其特征在于，包括柔性伸缩臂、机械抓手、充放气装置和控制装置；所述柔性伸缩臂为采用软质弹性材料的长条形气管（1），该气管（1）的管内空腔为沿管长度方向设置的三条平行且各自独立封闭的长条形气囊腔（4），且三条气囊腔（4）截面呈品字形排列；所述柔性伸缩臂的气囊腔（4）的一端封闭，另一端开口，同充放气装置对接；所述控制装置设置于柔性伸缩臂靠近气囊腔（4）开口端的一端，且同充放气装置控制连接；所述机械抓手包括若干机械爪（2）和铰链（3），机械爪（2）的根部一端同铰链（3）连接，铰链（3）设有转动电机，通过转动电机转动带动铰链（3）转动，以此带动机械爪摆动；所述铰链（3）与柔性伸缩臂靠近气囊腔（4）封闭端的一端固定连接；铰链（3）的转动电机通过控制线同控制装置连接，接收供电和转动控制信号。2.如权利要求1所述的用于深井救援的气动柔...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐琰，方戍，董非，傅建桥，
申请(专利权)人：公安部上海消防研究所，
类型：新型
国别省市：上海,31