一种面向受限空间下微小型生命搜救装备的高柔性驱动模块

1.本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种面向受限空间下微小型生命搜救装备的高柔性驱动模块。


背景技术：

2.地震、火山爆发、泥石流等自然灾害会对城市建筑物造成大范围的毁坏，灾后环境恶劣，受灾区地形不稳定，救援空间狭小，盲目使用大型机械设备又容易对灾区造成二次破坏，同时会危及受灾人员和救援人员的生命安全，另外，灾区也存在许多危险因素，如爆炸、火灾、危险品泄漏等，这些会极大阻碍救援工作的进行。因此需要借助微小型生命搜救装备对灾区环境进行探测，为后续救援工作提供重要信息，提高救援工作效率。


技术实现要素：

3.本发明旨在提供一种面向受限空间下微小型生命搜救装备的高柔性驱动模块，解决狭小空间救援工作不易展开的问题，进行深度探测，减少受灾人员和救援人员的伤亡数量。
4.本发明按以下技术方案实现：本发明公开了一种面向受限空间下微小型生命搜救装备的高柔性驱动模块，包括：用于保护内部零件的外壳；安装在所述外壳中的内部驱动结构，其主要由依次传动连接的电机、柔性传动结构和差速结构组成；一对行星履刺车轮，分别安装在差速结构两侧，由所述差速结构对两侧的行星履刺车轮进行传动；安装在所述外壳中的履刺驱动结构，用于与所述行星履刺车轮配合，用于增大行星履刺车轮的爬坡能力。
5.在一些实施例中，所述外壳包括刚性外壳和柔性外壳；所述刚性外壳与柔性外壳相互间隔安装，使用金属片包裹在柔性外壳与刚性外壳的连接处。
6.在一些实施例中，所述柔性传动结构包括：直角支架，其一侧板固定在位于电机转轴处的那一轴向端面上；锥齿主动轮，安装在从所述直角支架穿出的电机转轴上，通过电机旋转带动锥齿主动轮转动；锥齿从动轮，其前端头部与所述锥齿主动轮相啮合，且后端杆部穿过所述直角支架的另一个侧板，且两者相向的周面之间装配轴承；异形齿轮，安装在位于直角支架外侧的锥齿从动轮的杆部，通过两个锥齿轮传动带动异形齿轮转动；用于给差速结构提供动力的直齿轮，与所述异形齿轮相啮合。
7.在一些实施例中，所述柔性传动结构还包括：用于装配所述直齿轮的直齿轮外壳，其与所述直角支架通过销轴铰接，两者之间发生相对转动时，能够保证异形齿轮与直齿轮始终处于啮合状态。
8.在一些实施例中，所述差速结构包括：差速器外壳，与所述柔性传动结构中的直齿轮外壳相连；内端盖，位于所述差速器外壳中，与所述直齿轮外壳中的直齿轮相连，通过直齿轮旋转带动内端盖转动；内支架，安装在所述差速器外壳中，与所述内端盖相连接，能够跟随内端盖一起旋转；差速器，安装在所述差速器外壳中，一方面与所述内支架相连接，另一方面与所述行星履刺车轮相连接，旋转的内支架能够带动差速器旋转，从而驱动行星履刺车轮。
9.在一些实施例中，所述差速器包括：一对行星齿轮，其以所述差速器外壳的轴向中心线为基准线对称布置在内支架中，且通过径向的销轴将两个行星齿轮与内支架连接在一起；一对差速器锥齿轮，其以所述差速器外壳的径向线为基准线对称布置在内支架中，且差速器锥齿轮的前端头部均与两个行星齿轮啮合，差速器锥齿轮的后端杆部依次穿过内端盖、直齿轮、直齿轮外壳后与行星履刺车轮相连。
10.在一些实施例中，所述行星履刺车轮包括：履刺结构，包括：履刺伸缩架，在其背向履刺驱动结构的那一轴向面上沿着周面均匀相间的开有多个轨迹槽，在其面向履刺驱动结构的那一轴向面上沿着周面均匀相间的开有多个与轨迹槽相连通的通孔槽；履刺，由推动杆和伸缩杆组成，每一个轨迹槽中设置一个伸缩杆，推动杆位于相应的通孔槽中，通过履刺驱动结构带动推动杆运动，实现伸缩杆在轨迹槽中进行伸出和缩回动作；履刺盖板，通过螺钉固定在履刺伸缩架上，与履刺伸缩架一同将履刺包裹，限制履刺伸出和缩回的长度；行星减速车轮，包括：内齿轮，位于所述履刺盖板中，且两者固定在在一起；多个行星轮，转动支撑在所述内齿轮中，且与所述内齿轮啮合；位于内齿轮中心的太阳轮，安装在所述差速结构中的差速器锥齿轮上，与所述多个行星轮啮合。
11.在一些实施例中，所述履刺驱动结构包括：履刺拨杆，为一个弧形杆，其布置在由一圈履刺构成的圆面内侧，通过转动的履刺拨杆的外弧形面拨动相应的履刺运动；中间传动结构，用于将两侧行星履刺车轮中的履刺拨杆连接在一起，用于同旋转两侧的履刺拨杆；直流电机，通过减速齿轮组与所述中间传动结构相连，通过中间传动结构驱动履刺拨杆旋转到指定位置。
12.在一些实施例中，所述中间传动结构包括：一对直齿轮传动结构，由一个大直齿轮和一个小直齿轮相啮合组成，所述小直齿轮安装在与直流电机转轴相连的减速齿轮组上；一对锥齿轮传动结构，由一个锥齿主动轮和一个锥齿从动轮相啮合组成，所述锥齿主动轮安装在所述大直齿轮上；履刺拨杆驱动轴，其两端与相应的履刺拨杆相连，中部区域安装有所述锥齿从动轮；电磁制动器，安装在所述履刺拨杆驱动轴上，断电能够制动履刺拨杆驱动轴。
13.在一些实施例中，所述高柔性驱动模块还安装有红外摄像头和环境监测传感器。
14.本发明有益效果：与现有技术相比，本发明中的驱动模块具有高柔性和微型化的特点，装备此驱动模块的生命搜救装备越障能力强，运动速度较快，能够在狭小空间进行救援作业。采用模块化设计，可以根据现场需要增加或减少模块，并且模块的安装和拆卸简单便捷。
附图说明
15.附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
16.在附图中：图1为本发明的高柔性驱动模块整体结构示意图；图2为本发明的高柔性驱动模块内部结构分布图；图3为本发明的内部驱动结构剖视图；图4为本发明的行星履刺车轮整体结构示意图；图5为本发明的行星履刺车轮与履刺驱动结构配合示意图；图6为本发明的履刺伸缩架的具体结构示意图；图7为本发明的履刺结构示意图。
17.附图标识：1、刚性外壳，2柔性外壳，3、电机，4、直角支架，5、异形齿轮，6、直齿轮，7、内端盖，8、直齿轮外壳，9、销轴，10、差速器锥齿轮，11、星形齿轮，12、内支架，13、差速器外壳，14、锥齿从动轮，15、锥齿主动轮，16、履刺盖板，17、履刺，18、履刺伸缩架，19、内齿轮，20、太阳轮，21、行星轮，22、直齿轮传动结构，23、锥齿轮传动结构，24、履刺拨杆驱动轴，25、电磁制动器，26、履刺拨杆，27、直流电机，28、轨迹槽，29、通孔槽，30、推动杆，31、伸缩杆。
18.需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
实施方式
19.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
20.在本发明的描述中，需要说明的是，术语
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上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
21.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
22.如图1、图2所示，一种面向受限空间下微小型生命搜救装备的高柔性驱动模块，包括外壳、内部驱动结构、一对行星履刺车轮和履刺驱动结构；内部驱动结构安装在外壳中，主要由依次传动连接的电机、柔性传动结构和差速结构组成；一对行星履刺车轮分别安装在差速结构两侧，由差速结构对两侧的行星履刺车轮进行传动；履刺驱动结构安装在外壳中，用于与行星履刺车轮配合，用于增大行星履刺车轮的爬坡能力。
23.继续参照图1所示，刚性外壳1与柔性外壳2间隔安装，使用金属片包裹在柔性外壳2与刚性外壳1的连接处，使得驱动模块不会出现外壳分离解体的情况。
24.以下给出上述实施例关于柔性传动结构的一优选实施例：如图3所示，柔性传动结构包括直角支架4、锥齿主动轮15、锥齿从动轮14、异形齿轮5、直齿轮6和直齿轮外壳8；直角支架4中的一侧板固定在位于电机转轴处的那一轴向端面上；锥齿主动轮15安装在从直角支架4穿出的电机转轴上，通过电机3旋转带动锥齿主动轮15转动；锥齿从动轮14的前端头部与锥齿主动轮15相啮合，且后端杆部穿过直角支架4的另一个侧板，且两者相向的周面之间装配轴承；异形齿轮5安装在位于直角支架4外侧的锥齿从动轮14的杆部，通过两个锥齿轮14、15传动带动异形齿轮5转动；直齿轮6与异形齿轮5相啮合，用于给差速结构提供动力。直齿轮6装配在直齿轮外壳8中，直角支架4与直齿轮外壳8之间使用销轴连接，两者之间可以发生相对转动。
25.直角支架4与直齿轮外壳8发生相对转动时，异形齿轮5与直齿轮6始终处于啮合状态，电机3固定在外壳内部。救援装备在行进过程中，碰到崎岖路段时整体会产生一定角度的弯曲，此时刚性外壳1之间的同轴心状态发生改变，电机整体随刚性外壳1的状态变化产生微小的摆动，直角支架4与直齿轮外壳8随之发生相对运动，异形齿轮5与直齿轮6的啮合状态不变，生命搜救装备继续前进。
26.以下给出上述实施例关于差速结构的一优选实施例：如图3所示，差速结构包括差速器、内端盖7、内支架12和差速器外壳13；差速器外壳13与柔性传动结构中的直齿轮外壳8相连；内端盖7位于差速器外壳13中，与直齿轮外壳8中的直齿轮6相连，通过直齿轮6旋转带动内端盖7转动；内支架12安装在差速器外壳13中，与内端盖7相连接，能够跟随内端盖7一起旋转；差速器安装在差速器外壳13中，一方面与内支架12相连接，另一方面与行星履刺车轮相连接，旋转的内支架12能够带动差速器旋转，从而驱动行星履刺车轮。
27.以下给出上述实施例关于差速器的一优选实施例：如图3所示，差速器包括一对行星齿轮11和一对差速器锥齿轮10；一对行星齿轮11以差速器外壳13的轴向中心线为基准线对称布置在内支架12中，且通过径向的销轴9将两
个行星齿轮11与内支架12连接在一起；一对差速器锥齿轮10以差速器外壳13的径向线为基准线对称布置在内支架12中，且差速器锥齿轮10的前端头部均与两个行星齿轮11啮合，差速器锥齿轮10的后端杆部依次穿过内端盖7、直齿轮6、直齿轮外壳8后与行星履刺车轮相连。
28.以下给出上述实施例关于行星履刺车轮的一优选实施例：如图4、图6、图7所示，行星履刺车轮包括履刺结构和行星减速车轮；履刺结构包括履刺伸缩架18、履刺盖板16和履刺17，履刺伸缩架18在其背向履刺驱动结构的那一轴向面上沿着周面均匀相间的开有多个轨迹槽28，在其面向履刺驱动结构的那一轴向面上沿着周面均匀相间的开有多个与轨迹槽28相连通的通孔槽29；履刺17由推动杆30和伸缩杆31组成，每一个轨迹槽28中设置一个伸缩杆31，推动杆30位于相应的通孔槽29中，通过履刺驱动结构带动推动杆30运动，实现伸缩31在轨迹槽28中进行伸出和缩回动作；履刺盖板16通过螺钉固定在履刺伸缩架18上，与履刺伸缩架18一同将履刺17包裹，限制履刺17伸出和缩回的长度。行星减速车轮包括太阳轮20、行星轮21和内齿轮19；内齿轮19位于履刺盖板16中，且两者通过螺钉固定在在一起；多个行星轮21转动支撑在内齿轮19中，且与内齿轮19啮合；位于内齿轮19中心的太阳轮20安装在差速结构中的差速器锥齿轮10上，与多个行星轮21啮合。
29.需要说明的是，履刺17能够减少车轮对非硬地面的比压，加强车轮与非硬地面间的相互作用力，搜救装备爬坡时，履刺17伸出，增加搜救装备整体的附着力，防止车轮打滑，提高搜救装备爬坡时的通过率。行星履刺车轮的外层覆盖一圈橡胶轮胎，车轮外侧装有侧板，侧板不随车轮旋转，与内齿轮19之间通过薄壁轴承隔开。
30.以下给出上述实施例关于履刺驱动结构的一优选实施例：如图5所示，履刺驱动结构包括履刺拨杆26、直流电机27、中间传动结构；履刺拨杆26为一个弧形杆，其布置在由一圈履刺17构成的圆面内侧，通过转动的履刺拨杆26的外弧形面拨动相应的履刺17运动；中间传动结构用于将两侧行星履刺车轮中的履刺拨杆26连接在一起，用于同旋转两侧的履刺拨杆26；直流电机27通过减速齿轮组与中间传动结构相连，通过中间传动结构驱动履刺拨杆26旋转到指定位置。
31.需要说明的是，减速齿轮组用于减小直流电机旋转速度，增大扭矩，进而增大履刺拨杆的驱动力矩，使履刺能够顺利拨动。
32.中间传动结构包括一对直齿轮传动结构22、一对锥齿轮传动结构23、履刺拨杆驱动轴24和电磁制动器25，一对直齿轮传动结构22由一个大直齿轮和一个小直齿轮相啮合组成，小直齿轮安装在与直流电机转轴相连的减速齿轮组上；一对锥齿轮传动结构23由一个锥齿主动轮和一个锥齿从动轮相啮合组成，锥齿主动轮安装在大直齿轮上；履刺拨杆驱动轴24的两端与相应的履刺拨杆26相连，中部区域安装有锥齿从动轮；电磁制动器25安装在履刺拨杆驱动轴24上，断电能够制动履刺拨杆驱动轴24。靠近车轮的刚性外壳1有凸起的挡块，能阻挡履刺拨杆25继续旋转。生命搜救运动过程中，履刺拨杆25能将履刺17顶出，增大生命搜救装备的爬坡能力。
33.进一步的方案：在驱动模块上加装红外摄像头、温湿度传感器、氧气浓度传感器等，增加生命搜救装备的探测功能，帮助救援人员掌握现场的受灾情况，并制定救援方案，在救援过程中实时监测，救援人员可以根据情况随机应变。
34.由上可知，本发明中的驱动模块具有高柔性和微型化的特点，装备此驱动模块的生命搜救装备越障能力强，运动速度较快，能够在狭小空间进行救援作业。采用模块化设计，可以根据现场需要增加或减少模块，并且模块的安装和拆卸简单便捷。
35.在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
36.此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包含的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合同样意味着处于本发明的保护范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的实施例中，本领域技术人员能够根据获知的技术方案和本技术所要解决的技术问题，以组合的方式来使用。
37.以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

技术特征：
1.一种面向受限空间下微小型生命搜救装备的高柔性驱动模块，其特征在于，包括：用于保护内部零件的外壳；安装在所述外壳中的内部驱动结构，其主要由依次传动连接的电机、柔性传动结构和差速结构组成；一对行星履刺车轮，分别安装在差速结构两侧，由所述差速结构对两侧的行星履刺车轮进行传动；安装在所述外壳中的履刺驱动结构，用于与所述行星履刺车轮配合，用于增大行星履刺车轮的爬坡能力。2.根据权利要求1所述的一种面向受限空间下微小型生命搜救装备的高柔性驱动模块，其特征在于：所述外壳包括刚性外壳和柔性外壳；所述刚性外壳与柔性外壳相互间隔安装，使用金属片包裹在柔性外壳与刚性外壳的连接处。3.根据权利要求1所述的一种面向受限空间下微小型生命搜救装备的高柔性驱动模块，其特征在于，所述柔性传动结构包括：直角支架，其一侧板固定在位于电机转轴处的那一轴向端面上；锥齿主动轮，安装在从所述直角支架穿出的电机转轴上，通过电机旋转带动锥齿主动轮转动；锥齿从动轮，其前端头部与所述锥齿主动轮相啮合，且后端杆部穿过所述直角支架的另一个侧板，且两者相向的周面之间装配轴承；异形齿轮，安装在位于直角支架外侧的锥齿从动轮的杆部，通过两个锥齿轮传动带动异形齿轮转动；用于给差速结构提供动力的直齿轮，与所述异形齿轮相啮合。4.根据权利要求3所述的一种面向受限空间下微小型生命搜救装备的高柔性驱动模块，其特征在于，所述柔性传动结构还包括：用于装配所述直齿轮的直齿轮外壳，其与所述直角支架通过销轴铰接，两者之间发生相对转动时，能够保证异形齿轮与直齿轮始终处于啮合状态。5.根据权利要求1所述的一种面向受限空间下微小型生命搜救装备的高柔性驱动模块，其特征在于，所述差速结构包括：差速器外壳，与所述柔性传动结构中的直齿轮外壳相连；内端盖，位于所述差速器外壳中，与所述直齿轮外壳中的直齿轮相连，通过直齿轮旋转带动内端盖转动；内支架，安装在所述差速器外壳中，与所述内端盖相连接，能够跟随内端盖一起旋转；差速器，安装在所述差速器外壳中，一方面与所述内支架相连接，另一方面与所述行星履刺车轮相连接，旋转的内支架能够带动差速器旋转，从而驱动行星履刺车轮。6.根据权利要求5所述的一种面向受限空间下微小型生命搜救装备的高柔性驱动模块，其特征在于，所述差速器包括：一对行星齿轮，其以所述差速器外壳的轴向中心线为基准线对称布置在内支架中，且通过径向的销轴将两个行星齿轮与内支架连接在一起；一对差速器锥齿轮，其以所述差速器外壳的径向线为基准线对称布置在内支架中，且差速器锥齿轮的前端头部均与两个行星齿轮啮合，差速器锥齿轮的后端杆部依次穿过内端
盖、直齿轮、直齿轮外壳后与行星履刺车轮相连。7.根据权利要求1所述的一种面向受限空间下微小型生命搜救装备的高柔性驱动模块，其特征在于，所述行星履刺车轮包括：履刺结构，包括：履刺伸缩架，在其背向履刺驱动结构的那一轴向面上沿着周面均匀相间的开有多个轨迹槽，在其面向履刺驱动结构的那一轴向面上沿着周面均匀相间的开有多个与轨迹槽相连通的通孔槽；履刺，由推动杆和伸缩杆组成，每一个轨迹槽中设置一个伸缩杆，推动杆位于相应的通孔槽中，通过履刺驱动结构带动推动杆运动，实现伸缩杆在轨迹槽中进行伸出和缩回动作；履刺盖板，通过螺钉固定在履刺伸缩架上，与履刺伸缩架一同将履刺包裹，限制履刺伸出和缩回的长度；行星减速车轮，包括：内齿轮，位于所述履刺盖板中，且两者固定在在一起；多个行星轮，转动支撑在所述内齿轮中，且与所述内齿轮啮合；位于内齿轮中心的太阳轮，安装在所述差速结构中的差速器锥齿轮上，与所述多个行星轮啮合。8.根据权利要求7所述的一种面向受限空间下微小型生命搜救装备的高柔性驱动模块，其特征在于，所述履刺驱动结构包括：履刺拨杆，为一个弧形杆，其布置在由一圈履刺构成的圆面内侧，通过转动的履刺拨杆的外弧形面拨动相应的履刺运动；中间传动结构，用于将两侧行星履刺车轮中的履刺拨杆连接在一起，用于同旋转两侧的履刺拨杆；直流电机，通过减速齿轮组与所述中间传动结构相连，通过中间传动结构驱动履刺拨杆旋转到指定位置。9.根据权利要求8所述的一种面向受限空间下微小型生命搜救装备的高柔性驱动模块，其特征在于，所述中间传动结构包括：一对直齿轮传动结构，由一个大直齿轮和一个小直齿轮相啮合组成，所述小直齿轮安装在与直流电机转轴相连的减速齿轮组上；一对锥齿轮传动结构，由一个锥齿主动轮和一个锥齿从动轮相啮合组成，所述锥齿主动轮安装在所述大直齿轮上；履刺拨杆驱动轴，其两端与相应的履刺拨杆相连，中部区域安装有所述锥齿从动轮；电磁制动器，安装在所述履刺拨杆驱动轴上，断电能够制动履刺拨杆驱动轴。10.根据权利要求1所述的一种面向受限空间下微小型生命搜救装备的高柔性驱动模块，其特征在于：所述高柔性驱动模块还安装有红外摄像头和环境监测传感器。

技术总结
本发明公开了一种面向受限空间下微小型生命搜救装备的高柔性驱动模块，包括外壳、内部驱动结构、一对行星履刺车轮和履刺驱动结构；内部驱动结构安装在外壳中，主要由依次传动连接的电机、柔性传动结构和差速结构组成；一对行星履刺车轮分别安装在差速结构两侧，由差速结构对两侧的行星履刺车轮进行传动；履刺驱动结构安装在外壳中，用于与行星履刺车轮配合，用于增大行星履刺车轮的爬坡能力。本发明中的驱动模块具有高柔性和微型化的特点，装备此驱动模块的生命搜救装备越障能力强，运动速度较快，能够在狭小空间进行救援作业。采用模块化设计，可以根据现场需要增加或减少模块，并且模块的安装和拆卸简单便捷。并且模块的安装和拆卸简单便捷。并且模块的安装和拆卸简单便捷。


技术研发人员：唐超权 唐玮 贾路路 李豹 柏德恩 周公博
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：2023.06.21
技术公布日：2023/8/31