全文摘要
本实用新型涉及一种全地形森林消防侦查机器人，包括机体、行走系统、独立悬挂系统、消防水炮和车载云台，机体通过独立悬挂系统连接行走系统，消防水炮和车载云台安装在机体上方。本实用新型全地形森林消防侦查机器人采用新型行走系统，其与独立悬挂系统、消防水炮和车载云台配合，可实现消防侦查机器人根据不同工况快速转换轮式与履带式形态，在平坦硬路面上，转换成轮式形态，从而提高行驶速度，降低功率消耗；在松软地面上，转换成履带式形态，从而增大接地面积，提高牵引力，提高通过性、机动性与工作效率，进而使消防侦查机器人能够快速高效的进入事故现场侦查、部署和扑救。
主设计要求
1.一种全地形森林消防侦查机器人，其特征在于，包括机体、行走系统、独立悬挂系统、消防水炮和车载云台，机体通过独立悬挂系统连接行走系统，消防水炮和车载云台安装在机体上方；所述行走系统包括行星齿轮减速机构、活动组合式轮毂机构和橡胶履带传动机构；行星齿轮减速机构通过伸缩装置、支撑杆与活动组合式轮毂机构连接，通过伸缩装置工作使活动组合式轮毂机构改变外部形状；橡胶履带传动机构与活动组合式轮毂机构连接，当活动组合式轮毂机构外部形状改变时，实现橡胶履带传动机构的轮式形态与履带式形态之间的转换。
设计方案
1.一种全地形森林消防侦查机器人，其特征在于，包括机体、行走系统、独立悬挂系统、消防水炮和车载云台，机体通过独立悬挂系统连接行走系统，消防水炮和车载云台安装在机体上方；
所述行走系统包括行星齿轮减速机构、活动组合式轮毂机构和橡胶履带传动机构；行星齿轮减速机构通过伸缩装置、支撑杆与活动组合式轮毂机构连接，通过伸缩装置工作使活动组合式轮毂机构改变外部形状；橡胶履带传动机构与活动组合式轮毂机构连接，当活动组合式轮毂机构外部形状改变时，实现橡胶履带传动机构的轮式形态与履带式形态之间的转换。
2.如权利要求1所述的全地形森林消防侦查机器人，其特征在于，所述行星齿轮减速机构包括前行星架、后行星架、驱动轴、太阳轮、行星轴、行星轮和离合器；太阳轮固定安装在驱动轴上，驱动轴穿过后行星架，行星轮通过轴承连接安装在行星轴上，三个行星轮与太阳轮相啮合，行星轴安装连接于前行星架和后行星架之间，离合器安装于驱动轴与后行星架之间。
3.如权利要求2所述的全地形森林消防侦查机器人，其特征在于，所述行星齿轮减速机构还包括制动器，制动器安装于后行星架与机体之间；所述伸缩装置包括液压缸、气缸、电动缸。
4.如权利要求3所述的全地形森林消防侦查机器人，其特征在于，所述活动组合式轮毂机构包括毂板、加强板和承重轴；液压缸固定安装在前行星架上，液压缸支柱的两侧对称铰接毂板，每侧毂板通过承重轴对应连接加强板，支撑杆一端与毂板铰接、另一端与前行星架或后行星架铰接。
5.如权利要求4所述的全地形森林消防侦查机器人，其特征在于，所述活动组合式轮毂机构包括十二块毂板，每四块毂板对称铰接于同一液压缸支柱的两侧。
6.如权利要求4所述的全地形森林消防侦查机器人，其特征在于，所述橡胶履带传动机构包括橡胶履带、驱动轮、承重轮；驱动轮安装于行星轴并固定连接在行星轮上，行星轮左右两端各有一个驱动轮，承重轮安装在毂板与加强板之间的承重轴上，橡胶履带包裹着驱动轮和承重轮，且橡胶履带内侧与驱动轮啮合；所述毂板与加强板之间布置有四个承重轮。
7.如权利要求1所述的全地形森林消防侦查机器人，其特征在于，所述独立悬挂系统包括上摆臂、下摆臂、转向支架、减震器和方向机连杆；上摆臂的一端与转向支架和减震器分别铰接、另一端与机体铰接，减震器的另一端与机体铰接，下摆臂两端分别与转向支架和机体铰接，方向机连杆与转向支架铰接。
8.如权利要求1所述的全地形森林消防侦查机器人，其特征在于，所述车载云台包括摄像机和LED红外灯。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及一种全地形森林消防侦查机器人，属于机器人技术领域。
背景技术
森林火灾是一种突发性强、破坏性大、处置救助较为困难的自然灾害。在世界各地森林火灾经常发生，在灾难救援中，救援人员需要尽快扑救火灾、救治伤员和清理火场。目前，在多数情况下还是靠救援人员进行一线扑救，但是在地形复杂的灾害现场，常规地面大型救援设备很难在灾难第一时间展开救援，航空消防飞机的效率有限。而且由于地形复杂和灾难破坏，事故现场对救援人员的生命安全也造成了巨大的威胁，此时，消防机器人就可以为救援人员提供帮助。
消防机器人作为特种机器人的一种，在灭火中能够发挥举足轻重的作用。灾害事故现场复杂多变，消防机器人搭载消防水炮等灭火设备，可代替消防救援人员进入易燃易爆、有毒、缺氧、浓烟等危险灾害事故现场进行探测、搜救和灭火，有效解决消防人员在事故现场面临的人身安全、现场数据信息采集不足等问题。
目前，消防机器人主要有轮式和履带式。针对不同的工作地形，需要选用不用的车型。轮式消防机器人具有结构简单、高速度、控制简单、运动稳定和低能耗等优点，但是它不适合于跨越像沟壑、通过泥泞路面等，越障能力、通过性差。履带式消防机器人相比轮式消防机器人有着较强的地形适应能力，在陡峭地形、复杂环境下有着较高的越障能力和良好的环境适应性，但由于存在较大的摩擦阻力，其能耗很高且运动速度较低。
然而森林火灾救援的事故现场地形复杂、火情复杂，现有的轮式与履带式消防机器人，无法兼顾轮式与履带式的优点，受到地形的多种限制，无法实现现场的快速高效部署与工作，容易耽误救灾的黄金时间，影响救灾效率。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型提供一种全地形森林消防侦查机器人。
本实用新型的技术方案如下：
一种全地形森林消防侦查机器人，包括机体、行走系统、独立悬挂系统、消防水炮和车载云台，机体通过独立悬挂系统连接行走系统，消防水炮和车载云台安装在机体上方。
优选的，所述行走系统包括行星齿轮减速机构、活动组合式轮毂机构和橡胶履带传动机构；
行星齿轮减速机构通过伸缩装置、支撑杆与活动组合式轮毂机构连接，通过伸缩装置工作使活动组合式轮毂机构改变外部形状；
橡胶履带传动机构与活动组合式轮毂机构连接，当活动组合式轮毂机构外部形状改变时，实现橡胶履带传动机构的轮式形态与履带式形态之间的转换。
优选的，所述行星齿轮减速机构包括前行星架、后行星架、驱动轴、太阳轮、行星轴、行星轮和离合器；太阳轮固定安装在驱动轴上，驱动轴穿过后行星架，行星轮通过轴承连接安装在行星轴上，三个行星轮与太阳轮相啮合，行星轴安装连接于前行星架和后行星架之间，离合器安装于驱动轴与后行星架之间。
优选的，所述行星齿轮减速机构还包括制动器，制动器安装于后行星架与机体之间。
优选的，所述伸缩装置包括液压缸、气缸、电动缸。
优选的，所述活动组合式轮毂机构包括毂板、加强板和承重轴；液压缸固定安装在前行星架上，液压缸支柱的两侧对称铰接毂板，每侧毂板通过承重轴对应连接加强板，支撑杆一端与毂板铰接、另一端与前行星架或后行星架铰接。
优选的，所述活动组合式轮毂机构包括十二块毂板，每四块毂板对称铰接于同一液压缸支柱的两侧。此设计的好处是，采用十二块毂板就可组成圆形轮毂，同时采用最少三个液压缸就可实现十二块毂板在圆形轮毂和履带形态之间的转换。
优选的，所述橡胶履带传动机构包括橡胶履带、驱动轮、承重轮；驱动轮安装于行星轴并固定连接在行星轮上，行星轮左右两端各有一个驱动轮，承重轮安装在毂板与加强板之间的承重轴上，橡胶履带包裹着驱动轮和承重轮，且橡胶履带内侧与驱动轮啮合。
优选的，所述毂板与加强板之间布置有四个承重轮。
优选的，所述独立悬挂系统包括上摆臂、下摆臂、转向支架、减震器和方向机连杆；上摆臂的一端与转向支架和减震器分别铰接、另一端与机体铰接，减震器的另一端与机体铰接，下摆臂两端分别与转向支架和机体铰接，方向机连杆与转向支架铰接。
优选的，所述车载云台包括摄像机和LED红外灯。
作业时，消防侦查机器人进入事故现场后，通过摄像机和LED红外灯找寻火源，锁定火源后，通过消防水炮对火源进行灭火。
本实用新型的有益效果在于：
本实用新型全地形森林消防侦查机器人，行走系统可以根据消防侦查机器人行驶的地形实现轮式与履带式形态之间的相互转换，在平坦硬路面上，转换成轮式形态，从而提高行驶速度，降低功率消耗；在松软地面上，转换成履带式形态，从而增大接地面积，提高牵引力，提高通过性。本实用新型采用新型行走系统，其与独立悬挂系统、消防水炮和车载云台配合，可实现消防侦查机器人根据不同工况快速转换轮式与履带式形态，从而提高消防侦查机器人的通过性、机动性与工作效率，进而使消防侦查机器人能够快速高效的进入事故现场侦查、部署和扑救。
附图说明
图1为全地形森林消防侦查机器人轮式形态的结构示意图；
图2为全地形森林消防侦查机器人轮式形态的结构简图；
图3为全地形森林消防侦查机器人履带式形态的结构简图；
图4为全地形森林消防侦查机器人中行走系统轮式形态的结构示意图；
图5为全地形森林消防侦查机器人中行走系统与独立悬挂系统连接方式结构示意图；
图6为全地形森林消防侦查机器人中行走系统履带式形态的结构示意图；
图7为全地形森林消防侦查机器人中行走系统轮式形态下轮毂的结构示意图；
图8为全地形森林消防侦查机器人中行走系统履带式形态下轮毂的结构示意图；
图9为全地形森林消防侦查机器人中行走系统行星减速机构的结构示意图；
图10为全地形森林消防侦查机器人中行走系统活动式毂板与承重轮安装示意图；
图中：1-机体；2-行走系统；201-行星齿轮减速机构；2011-前行星架；2012-后行星架；2013-驱动轴；2014-太阳轮；2015-行星轴；2016-行星轮；2017-制动器；2018-离合器；2019-万向联轴器；202-活动组合式轮毂机构；2021-毂板；2022-液压缸支柱；2023-液压缸；2024-支撑杆；2025-加强板；2026-承重轴；203-橡胶履带传动机构；2031-橡胶履带；2032-驱动轮；2033-承重轮；3-独立悬挂系统；301-上摆臂；302-下摆臂；303-转向支架；304-减震器；305-方向机连杆；4-消防水炮；5-车载云台；501-摄像机；502-LED红外灯。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本实用新型做进一步说明，但不限于此。
实施例1：
一种全地形森林消防侦查机器人，包括机体1、行走系统2、独立悬挂系统3、消防水炮4和车载云台5，机体1通过独立悬挂系统3连接行走系统2，消防水炮4和车载云台5安装在机体1上方。
机体1为现有技术，采用常规消防车的车体结构即可，机体1内有水箱和控制系统，消防水炮4与水箱连接，通过控制系统控制机器人的行走、车载云台作业。
行走系统2包括行星齿轮减速机构201、活动组合式轮毂机构202和橡胶履带传动机构203；行星齿轮减速机构201通过伸缩装置、支撑杆2024与活动组合式轮毂机构202连接，通过伸缩装置工作使活动组合式轮毂机构202改变外部形状；橡胶履带传动机构203与活动组合式轮毂机构202连接，当活动组合式轮毂机构202外部形状改变时，实现橡胶履带传动机构203的轮式形态与履带式形态之间的转换。
行星齿轮减速机构201包括前行星架2011、后行星架2012、驱动轴2013、太阳轮2014、行星轴2015、行星轮2016和离合器2018；太阳轮2014固定安装在驱动轴2013上，驱动轴2013穿过后行星架2012，行星轮2016通过轴承连接安装在行星轴2015上，三个行星轮2016与太阳轮2014相啮合，并与前行星架2011和后行星架2012结合组成行星排，行星轴2015安装连接于前行星架2011和后行星架2012之间，离合器2018安装于驱动轴2013与后行星架2012之间。这里的离合器2018用来连接或断开后行星架2012与驱动轴2013，从而决定行星架是否跟随驱动轴2013和太阳轮2014同步转动。
行星齿轮减速机构201还包括制动器2017，制动器2017安装于后行星架2012与机体1之间，这里的制动器2017主要是用于使行星架与机体保持静止，以实现行星传动。本实施例中制动器2017、离合器2018选用常规设备。
本实施例中伸缩装置选用液压缸2023，共有三个液压缸2023安装在前行星架2011上，三个液压缸2023之间等间隔分布，液压缸支柱2022(活塞杆)为一T型结构，前端为一T型块。
活动组合式轮毂机构202包括毂板2021、加强板2025和承重轴2026；液压缸2023固定安装在前行星架2011上，液压缸支柱2022的两侧对称铰接毂板2021(毂板一端铰接在T型块上)，每侧毂板2021通过承重轴2026对应连接加强板2025，支撑杆2024一端与毂板2021铰接、另一端与前行星架2011或后行星架2012铰接，此时毂板2021、液压缸支柱2022、液压缸2023和支撑杆2024组成含有一个移动副的四连杆机构。本实施例中由十二块毂板2021组成轮毂机构，左右两端均安装六块，每四块毂板2021对称铰接于同一液压缸支柱2022的两侧。采用十二块毂板就可组成圆形轮毂，同时采用最少三个液压缸就可实现十二块毂板在圆形轮毂和履带形态之间的转换，部件少，成本低。
橡胶履带传动机构203包括橡胶履带2031、驱动轮2032、承重轮2033；驱动轮2032安装于行星轴2015并固定连接在行星轮2016上，行星轮2016左右两端各有一个驱动轮2032，驱动轮2032与行星轮2016同步转动，承重轮2033安装在毂板2021与加强板2025之间的承重轴2026上，毂板2021与加强板2025之间布置有四个承重轮2033，橡胶履带2031包裹着驱动轮2032和承重轮2033，且橡胶履带2031内侧与驱动轮2032啮合。
独立悬挂系统3包括上摆臂301、下摆臂302、转向支架303、减震器304和方向机连杆305；上摆臂301的一端与转向支架303和减震器304分别铰接、另一端与机体1铰接，减震器304的另一端与机体1铰接，下摆臂302两端分别与转向支架303和机体1铰接，方向机连杆305与转向支架303铰接，转向支架303通过法兰盘与制动器2017固定连接。
车载云台包括摄像机和LED红外灯，摄像机负责摄像，LED红外灯起到补光作用。整个机器人为自动控制方式，通过机体内的控制系统实现行走系统的自动行走及轮履形态转换，控制摄像机循迹路线及找寻火源，控制消防水炮自动喷水及喷量大小调节。
实施例2：
一种全地形森林消防侦查机器人，结构如实施例1所述，其不同之处在于：伸缩装置选用气缸。根据车辆不同使用要求，可选择不同的伸缩装置，以满足个性化的配置。
实施例3：
一种全地形森林消防侦查机器人，结构如实施例1所述，其不同之处在于：伸缩装置选用电动缸。
实施例4：
如实施例1所述的全地形森林消防侦查机器人的工作方法，包括以下步骤：
当需要轮式形态行驶时，液压缸2023收起液压缸支柱2022，毂板2021向内收缩组成圆形轮毂，制动器2017分离，离合器2018接合闭锁行星排，整个行星排与橡胶履带2031锁定并跟随驱动轴2013同步转动，从而实现由履带式向轮式形态的转换；
当需要履带式形态行驶时，制动器2017接合，离合器2018分离，驱动轴2013驱动太阳轮2014，太阳轮2014带动行星轮2016，进而带动驱动轮2032驱动橡胶履带2031，液压缸2023升起液压缸支柱2022，毂板2021向外扩散组成三角形轮毂，从而实现由轮式向履带式形态的转换。
在轮履形态转换过程中，通过控制液压装置的液压缸支柱的伸缩，使轮毂的形状发生变化，并且在此过程中保证轮毂外圈周长基本保持不变，以使橡胶履带与驱动轮正确啮合。
消防侦查机器人进入事故现场后，通过摄像机和LED红外灯找寻火源，锁定火源后，通过消防水炮对火源进行灭火。消防侦查机器人在森林里进行巡视侦查时，由机体内的控制系统进行自动控制作业。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920058915.6
申请日:2019-01-15
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:95(青岛)
授权编号:CN209454461U
授权时间:20191001
主分类号:B60B 19/00
专利分类号:B60B19/00;B62D55/084;A62C3/02;A62C27/00
范畴分类:32G;
申请人:山东科技大学
第一申请人:山东科技大学
申请人地址:266590 山东省青岛市黄岛区前湾港路579号
发明人:曾庆良;孙志远;杨春祥;田明倩;戴汉政
第一发明人:曾庆良
当前权利人:山东科技大学
代理人:王楠
代理机构:37219
代理机构编号:济南金迪知识产权代理有限公司
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计