一种可抛掷折展球形机器人

1.本发明属于机器人技术领域，特别是涉及一种可抛掷折展球形机器人。


背景技术：

2.在救灾过程中，为了提高受困者的生存几率，搜救人员需要尽可能在48小时的黄金救援时间内完成搜救。然而，现实中的搜救工作开展的往往相当困难，例如道路中断、受困者被废墟掩埋等情况，都会给搜救工作带来严重阻碍，从而快速消耗本就宝贵的黄金救援时间。
3.为了提高搜救效率，通过机器人辅助搜救人员开展搜救工作，已经越来越多的在现实搜救工作中被应用。
4.但是，对于一些较为特殊搜救场景，搜救人员即使在第一时间来到搜救现场，但可能进入现场的道路已经中断，搜救人员想要进入现场，则需要花费大量的时间，进而造成黄金救援时间的消耗。
5.为了解决搜救人员无法第一时间进入现场开展搜救的问题，目前主要采用基于无人机的飞行式机器人从空中进入现场，但飞行式机器人的搜救存在一定的局限性，其只能在空中进行搜索，无法像地面行进式机器人那样可以深入废墟内进行搜索，而传统的地面行进式机器人也会因为道路中断，无法与搜救人员一同进入现场。


技术实现要素：

6.针对现有技术存在的问题，本发明提供一种可抛掷折展球形机器人，能够以球形初始状态并以抛掷方式越过障碍进入现场，进行现场后可由球形初始状态变为全向平移式构型，之后可以按照地面行进式机器人的工作方式深入废墟狭缝内部进行搜索，充分利用宝贵的黄金救援时间开展受困者的搜寻工作。
7.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种可抛掷折展球形机器人，包括上机体、下机体、折展臂及电动全向轮；所述上机体与下机体之间连接有拉力弹簧，拉力弹簧数量若干，若干拉力弹簧沿上机体和下机体的圆周方向均匀布设；所述折展臂数量若干，若干折展臂沿上机体和下机体的圆周方向均匀布设，折展臂一端与上机体相铰接，折展臂另一端与下机体锁卡连接；所述电动全向轮设置在折展臂的中部内侧；所述可抛掷折展球形机器人的重心位于下机体内部。
8.所述上机体包括上机体外壳、上机体封盖、拉力弹簧收纳管、对开式门板、门板开闭驱动舵机、门板开闭传动组件、控制器及电池；所述拉力弹簧收纳管与拉力弹簧数量相等且位置一一对应，拉力弹簧收纳管固定安装在上机体外壳与上机体封盖之间；所述拉力弹簧一端插入拉力弹簧收纳管内并与上机体外壳固定连接，拉力弹簧另一端穿出上机体封盖并与下机体固定连接；所述对开式门板数量若干，若干对开式门板沿上机体外壳圆周方向均匀布设；所述门板开闭驱动舵机、门板开闭传动组件、控制器及电池均安装在上机体外壳内部；所述门板开闭驱动舵机与控制器进行电连接，门板开闭驱动舵机和控制器由电池进
行供电；所述门板开闭驱动舵机与对开式门板之间通过门板开闭传动组件传动连接。
9.所述门板开闭传动组件包括驱动盘及传动支臂；所述传动支臂与对开式门板数量相等且位置一一对应；所述驱动盘同轴固装在门板开闭驱动舵机的动力输出轴上，所述传动支臂一端与驱动盘相连，传动支臂另一端与对开式门板相连。
10.所述传动支臂包括摆杆、第一关节块、第二关节块、第三关节块、第一连杆、第二连杆、第三连杆及第四连杆；所述摆杆一端与驱动盘相铰接，摆杆另一端与第一关节块一端和第一连杆一端共轴铰接在一起；所述第一关节块中部与上机体外壳相铰接，第一关节块另一端与第二连杆一端相铰接；所述第一连杆另一端与第二关节块中部相铰接，第二关节块一端与上机体外壳相铰接，第二关节块另一端与第三连杆一端相铰接，第三连杆另一端与对开式门板的一侧门板相铰接；所述第二连杆另一端与第三关节块中部相铰接，第三关节块一端与上机体外壳相铰接，第三关节块另一端与第四连杆一端相铰接，第四连杆另一端与对开式门板的另一侧门板相铰接。
11.在所述对开式门板的两侧门板与下机体之间均设置有折展臂；在所述上机体外壳与下机体之间也设置有折展臂，且所述电动全向轮设置在位于上机体外壳与下机体之间的折展臂上。
12.所述折展臂采用多节式组合结构，包括臂体单元节、推力弹簧及弹性拉筋；所述臂体单元节数量若干，若干臂体单元节串联铰接在一起，臂体单元节采用具有弹性的柔性材料制作；所述臂体单元节采用梯形结构，相邻臂体单元节的长底边端点设为铰接点，所述推力弹簧设置在相邻臂体单元节的短底边之间；所述弹性拉筋一端固连在折展臂最远端的臂体单元节上，弹性拉筋另一端依次穿过折展臂上其余臂体单元节、上机体外壳、拉力弹簧收纳管及拉力弹簧后与下机体固定连接。
13.所述折展臂具有两种结构形态，包括圆弧状形态和平直状形态；当所述折展臂处于圆弧状形态时，所述推力弹簧处于压缩状态，压缩状态下的推力弹簧内嵌隐藏在臂体单元节内部孔槽中，相邻臂体单元节的斜边无缝接靠在一起，所述弹性拉筋处于伸长绷紧状态；当所述折展臂处于平直状形态时，所述推力弹簧处于伸长状态，折展臂上的所有臂体单元节呈直线排列，相邻臂体单元节的斜边脱离接触，所述弹性拉筋处于回缩绷紧状态。
14.所述下机体包括下机体外壳、下机体封盖及电磁锁具；所述电磁锁具数量若干，若干电磁锁具在下机体外壳内部沿圆周方向均匀布设，电磁锁具固定安装在下机体外壳和下机体封盖之间，电磁锁具的伸缩式锁杆穿过下机体外壳与折展臂最远端的臂体单元节进行锁卡配合；所述电磁锁具与控制器进行电连接，电磁锁具由电池进行供电。
15.所述电动全向轮包括车轮、轮架、驱动电机、转接盘及转接板；所述转接板与折展臂中段的臂体单元节固定连接，所述轮架固定安装在转接板上，所述驱动电机固定安装在轮架上，所述车轮通过转接盘与驱动电机的电机轴同轴固连；所述驱动电机与控制器进行电连接，驱动电机由电池进行供电。
16.本发明的有益效果：
17.本发明的可抛掷折展球形机器人，能够以球形初始状态并以抛掷方式越过障碍进入现场，进行现场后可由球形初始状态变为全向平移式构型，之后可以按照地面行进式机器人的工作方式深入废墟狭缝内部进行搜索，充分利用宝贵的黄金救援时间开展受困者的搜寻工作。
附图说明
18.图1为本发明的一种可抛掷折展球形机器人(球形初始状态)的结构示意图(视角一)；
19.图2为本发明的一种可抛掷折展球形机器人(球形初始状态)的结构示意图(视角二)；
20.图3为本发明的一种可抛掷折展球形机器人(球形初始状态)的结构示意图(视角三)；
21.图4为本发明的一种可抛掷折展球形机器人(全向平移状态)的结构示意图(视角一)；
22.图5为本发明的一种可抛掷折展球形机器人(全向平移状态)的结构示意图(视角二)；
23.图6为本发明的一种可抛掷折展球形机器人(全向平移状态)的结构示意图(视角三)；
24.图7为本发明的一种可抛掷折展球形机器人(球形初始状态、折展臂及电动全向轮未示出)的结构示意图；
25.图8为本发明的上机体(分解状态)的结构示意图(视角一)；
26.图9为本发明的上机体(上机体封盖未示出)的结构示意图(视角二)；
27.图10为本发明的驱动盘、传动支臂及对开式门板的组合体结构示意图；
28.图11为本发明的折展臂(圆弧状形态)的结构示意图；
29.图12为本发明的折展臂(平直状形态、分解状态)的结构示意图；
30.图13为本发明的下机体(分解状态)、拉力弹簧(伸长状态)及弹性拉筋的组合体结构示意图；
31.图14为本发明的电动全向轮(分解状态)的结构示意图；
32.图中，1—上机体，2—下机体，3—折展臂，4—电动全向轮，5—拉力弹簧，6—上机体外壳，7—上机体封盖，8—拉力弹簧收纳管，9—对开式门板，10—门板开闭驱动舵机，11—门板开闭传动组件，12—控制器，13—电池，14—驱动盘，15—传动支臂，16—摆杆，17—第一关节块，18—第二关节块，19—第三关节块，20—第一连杆，21—第二连杆，22—第三连杆，23—第四连杆，24—臂体单元节，25—推力弹簧，26—弹性拉筋，27—下机体外壳，28—下机体封盖，29—电磁锁具，30—车轮，31—轮架，32—驱动电机，33—转接盘，34—转接板。
具体实施方式
33.下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
34.如图1～14所示，一种可抛掷折展球形机器人，包括上机体1、下机体2、折展臂3及电动全向轮4；所述上机体1与下机体2之间连接有拉力弹簧5，拉力弹簧5数量若干，若干拉力弹簧5沿上机体1和下机体2的圆周方向均匀布设；所述折展臂3数量若干，若干折展臂3沿上机体1和下机体2的圆周方向均匀布设，折展臂3一端与上机体1相铰接，折展臂3另一端与下机体2锁卡连接；所述电动全向轮5设置在折展臂3的中部内侧；所述可抛掷折展球形机器人的重心位于下机体2内部。
35.所述上机体1包括上机体外壳6、上机体封盖7、拉力弹簧收纳管8、对开式门板9、门板开闭驱动舵机10、门板开闭传动组件11、控制器12及电池13；所述拉力弹簧收纳管8与拉力弹簧5数量相等且位置一一对应，拉力弹簧收纳管8固定安装在上机体外壳6与上机体封盖7之间；所述拉力弹簧5一端插入拉力弹簧收纳管8内并与上机体外壳5固定连接，拉力弹簧5另一端穿出上机体封盖7并与下机体2固定连接；所述对开式门板9数量若干，若干对开式门板9沿上机体外壳6圆周方向均匀布设；所述门板开闭驱动舵机10、门板开闭传动组件11、控制器12及电池13均安装在上机体外壳6内部；所述门板开闭驱动舵机10与控制器12进行电连接，门板开闭驱动舵机10和控制器12由电池13进行供电；所述门板开闭驱动舵机10与对开式门板9之间通过门板开闭传动组件11传动连接。
36.所述门板开闭传动组件11包括驱动盘14及传动支臂15；所述传动支臂15与对开式门板9数量相等且位置一一对应；所述驱动盘14同轴固装在门板开闭驱动舵机10的动力输出轴上，所述传动支臂15一端与驱动盘14相连，传动支臂15另一端与对开式门板9相连。
37.所述传动支臂15包括摆杆16、第一关节块17、第二关节块18、第三关节块19、第一连杆20、第二连杆21、第三连杆22及第四连杆23；所述摆杆16一端与驱动盘14相铰接，摆杆16另一端与第一关节块17一端和第一连杆20一端共轴铰接在一起；所述第一关节块17中部与上机体外壳6相铰接，第一关节块17另一端与第二连杆21一端相铰接；所述第一连杆20另一端与第二关节块18中部相铰接，第二关节块18一端与上机体外壳6相铰接，第二关节块18另一端与第三连杆22一端相铰接，第三连杆22另一端与对开式门板9的一侧门板相铰接；所述第二连杆21另一端与第三关节块19中部相铰接，第三关节块19一端与上机体外壳6相铰接，第三关节块19另一端与第四连杆23一端相铰接，第四连杆23另一端与对开式门板9的另一侧门板相铰接。
38.在所述对开式门板9的两侧门板与下机体2之间均设置有折展臂3；在所述上机体外壳6与下机体2之间也设置有折展臂3，且所述电动全向轮5设置在位于上机体外壳6与下机体2之间的折展臂3上。
39.所述折展臂3采用多节式组合结构，包括臂体单元节24、推力弹簧25及弹性拉筋26；所述臂体单元节24数量若干，若干臂体单元节24串联铰接在一起，臂体单元节24采用具有弹性的柔性材料制作；所述臂体单元节24采用梯形结构，相邻臂体单元节24的长底边端点设为铰接点，所述推力弹簧25设置在相邻臂体单元节24的短底边之间；所述弹性拉筋26一端固连在折展臂3最远端的臂体单元节24上，弹性拉筋26另一端依次穿过折展臂3上其余臂体单元节24、上机体外壳6、拉力弹簧收纳管8及拉力弹簧5后与下机体2固定连接。
40.所述折展臂3具有两种结构形态，包括圆弧状形态和平直状形态；当所述折展臂3处于圆弧状形态时，所述推力弹簧25处于压缩状态，压缩状态下的推力弹簧25内嵌隐藏在臂体单元节24内部孔槽中，相邻臂体单元节24的斜边无缝接靠在一起，所述弹性拉筋26处于伸长绷紧状态；当所述折展臂3处于平直状形态时，所述推力弹簧25处于伸长状态，折展臂3上的所有臂体单元节24呈直线排列，相邻臂体单元节24的斜边脱离接触，所述弹性拉筋26处于回缩绷紧状态。
41.所述下机体2包括下机体外壳27、下机体封盖28及电磁锁具29；所述电磁锁具29数量若干，若干电磁锁具29在下机体外壳27内部沿圆周方向均匀布设，电磁锁具29固定安装在下机体外壳27和下机体封盖28之间，电磁锁具29的伸缩式锁杆穿过下机体外壳27与折展
臂3最远端的臂体单元节24进行锁卡配合；所述电磁锁具29与控制器12进行电连接，电磁锁具29由电池13进行供电。
42.所述电动全向轮4包括车轮30、轮架31、驱动电机32、转接盘33及转接板34；所述转接板34与折展臂3中段的臂体单元节24固定连接，所述轮架31固定安装在转接板34上，所述驱动电机32固定安装在轮架31上，所述车轮30通过转接盘33与驱动电机32的电机轴同轴固连；所述驱动电机32与控制器12进行电连接，驱动电机32由电池13进行供电。
43.下面结合附图说明本发明的一次使用过程：
44.本实施例中，可抛掷折展球形机器人的折展臂3设置四组共16条，每组包含四条折展臂3，每组内的中间两条折展臂3连接在上机体外壳6且与电动全向轮4进行配装，每组内的边部两条折展臂3连接在对开式门板9上。
45.在初始状态时，可抛掷折展球形机器人处于球形状态，所有折展臂3均处于圆弧状形态，折展臂3最远端的臂体单元节24与电磁锁具29的伸缩式锁杆处于锁卡状态，上机体1与下机体2距离最大，拉力弹簧5处于最大伸长状态，用于搜索的各种功能载荷安装在可抛掷折展球形机器人的上机体1内。
46.在救灾过程中，当进入现场的道路中段时，可将处于球形初始状态的机器人以抛掷方式越过障碍并投送至现场，由于机器人的重心位于下机体2内部，因此在机器人抛落到现场地面后，会具有“不倒翁”的特性，可自动实现机体姿态的扶正，使上机体1处于朝上的姿态。
47.当机器人完成姿态扶正后，控制电磁锁具29执行解锁动作，使电磁锁具29的伸缩式锁杆回缩至锁具内，在锁杆与折展臂3最远端的臂体单元节24脱离的瞬间，锁卡状态被解除，在推力弹簧25及弹性拉筋26的作用力下，折展臂3快速从圆弧状形态转换至平直状形态，同时在拉力弹簧5和弹性拉筋26的作用力下，上机体1与下机体2快速合并在一起，回弹后的拉力弹簧5则完全进入拉力弹簧收纳管8中实现隐藏，此时的机器人通过四个电动全向轮5支撑在地面上。
48.当机器人完成形态的初步调整后，继续微调与对开式门板9相连的折展臂3，此时启动门板开闭驱动舵机10，由门板开闭驱动舵机10带动驱动盘14转动，进而通过传动支臂15带动对开式门板9的两侧门板开启，使与之连接的两条折展臂3向着电动全向轮5所在侧偏转，直到四条折展臂3平行分布，此时四组折展臂3在机器人上呈“十字形”分布。
49.当四组折展臂3的姿态全部调整好后，启动电动全向轮5，可控制机器人在地面上进行全向移动，并在第一时间深入废墟狭缝内部进行搜索，充分利用宝贵的黄金救援时间开展受困者的搜寻工作。
50.实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

技术特征：
1.一种可抛掷折展球形机器人，其特征在于：包括上机体、下机体、折展臂及电动全向轮；所述上机体与下机体之间连接有拉力弹簧，拉力弹簧数量若干，若干拉力弹簧沿上机体和下机体的圆周方向均匀布设；所述折展臂数量若干，若干折展臂沿上机体和下机体的圆周方向均匀布设，折展臂一端与上机体相铰接，折展臂另一端与下机体锁卡连接；所述电动全向轮设置在折展臂的中部内侧；所述可抛掷折展球形机器人的重心位于下机体内部。2.根据权利要求1所述的一种可抛掷折展球形机器人，其特征在于：所述上机体包括上机体外壳、上机体封盖、拉力弹簧收纳管、对开式门板、门板开闭驱动舵机、门板开闭传动组件、控制器及电池；所述拉力弹簧收纳管与拉力弹簧数量相等且位置一一对应，拉力弹簧收纳管固定安装在上机体外壳与上机体封盖之间；所述拉力弹簧一端插入拉力弹簧收纳管内并与上机体外壳固定连接，拉力弹簧另一端穿出上机体封盖并与下机体固定连接；所述对开式门板数量若干，若干对开式门板沿上机体外壳圆周方向均匀布设；所述门板开闭驱动舵机、门板开闭传动组件、控制器及电池均安装在上机体外壳内部；所述门板开闭驱动舵机与控制器进行电连接，门板开闭驱动舵机和控制器由电池进行供电；所述门板开闭驱动舵机与对开式门板之间通过门板开闭传动组件传动连接。3.根据权利要求2所述的一种可抛掷折展球形机器人，其特征在于：所述门板开闭传动组件包括驱动盘及传动支臂；所述传动支臂与对开式门板数量相等且位置一一对应；所述驱动盘同轴固装在门板开闭驱动舵机的动力输出轴上，所述传动支臂一端与驱动盘相连，传动支臂另一端与对开式门板相连。4.根据权利要求3所述的一种可抛掷折展球形机器人，其特征在于：所述传动支臂包括摆杆、第一关节块、第二关节块、第三关节块、第一连杆、第二连杆、第三连杆及第四连杆；所述摆杆一端与驱动盘相铰接，摆杆另一端与第一关节块一端和第一连杆一端共轴铰接在一起；所述第一关节块中部与上机体外壳相铰接，第一关节块另一端与第二连杆一端相铰接；所述第一连杆另一端与第二关节块中部相铰接，第二关节块一端与上机体外壳相铰接，第二关节块另一端与第三连杆一端相铰接，第三连杆另一端与对开式门板的一侧门板相铰接；所述第二连杆另一端与第三关节块中部相铰接，第三关节块一端与上机体外壳相铰接，第三关节块另一端与第四连杆一端相铰接，第四连杆另一端与对开式门板的另一侧门板相铰接。5.根据权利要求4所述的一种可抛掷折展球形机器人，其特征在于：在所述对开式门板的两侧门板与下机体之间均设置有折展臂；在所述上机体外壳与下机体之间也设置有折展臂，且所述电动全向轮设置在位于上机体外壳与下机体之间的折展臂上。6.根据权利要求5所述的一种可抛掷折展球形机器人，其特征在于：所述折展臂采用多节式组合结构，包括臂体单元节、推力弹簧及弹性拉筋；所述臂体单元节数量若干，若干臂体单元节串联铰接在一起，臂体单元节采用具有弹性的柔性材料制作；所述臂体单元节采用梯形结构，相邻臂体单元节的长底边端点设为铰接点，所述推力弹簧设置在相邻臂体单元节的短底边之间；所述弹性拉筋一端固连在折展臂最远端的臂体单元节上，弹性拉筋另一端依次穿过折展臂上其余臂体单元节、上机体外壳、拉力弹簧收纳管及拉力弹簧后与下机体固定连接。7.根据权利要求6所述的一种可抛掷折展球形机器人，其特征在于：所述折展臂具有两种结构形态，包括圆弧状形态和平直状形态；当所述折展臂处于圆弧状形态时，所述推力弹
簧处于压缩状态，压缩状态下的推力弹簧内嵌隐藏在臂体单元节内部孔槽中，相邻臂体单元节的斜边无缝接靠在一起，所述弹性拉筋处于伸长绷紧状态；当所述折展臂处于平直状形态时，所述推力弹簧处于伸长状态，折展臂上的所有臂体单元节呈直线排列，相邻臂体单元节的斜边脱离接触，所述弹性拉筋处于回缩绷紧状态。8.根据权利要求7所述的一种可抛掷折展球形机器人，其特征在于：所述下机体包括下机体外壳、下机体封盖及电磁锁具；所述电磁锁具数量若干，若干电磁锁具在下机体外壳内部沿圆周方向均匀布设，电磁锁具固定安装在下机体外壳和下机体封盖之间，电磁锁具的伸缩式锁杆穿过下机体外壳与折展臂最远端的臂体单元节进行锁卡配合；所述电磁锁具与控制器进行电连接，电磁锁具由电池进行供电。9.根据权利要求8所述的一种可抛掷折展球形机器人，其特征在于：所述电动全向轮包括车轮、轮架、驱动电机、转接盘及转接板；所述转接板与折展臂中段的臂体单元节固定连接，所述轮架固定安装在转接板上，所述驱动电机固定安装在轮架上，所述车轮通过转接盘与驱动电机的电机轴同轴固连；所述驱动电机与控制器进行电连接，驱动电机由电池进行供电。

技术总结
一种可抛掷折展球形机器人，包括上机体、下机体、折展臂及电动全向轮；上机体与下机体之间连接有拉力弹簧，拉力弹簧数量若干，若干拉力弹簧沿上机体和下机体的圆周方向均匀布设；折展臂数量若干，若干折展臂沿上机体和下机体的圆周方向均匀布设，折展臂一端与上机体相铰接，折展臂另一端与下机体锁卡连接；电动全向轮设置在折展臂的中部内侧；可抛掷折展球形机器人的重心位于下机体内部。本发明的可抛掷折展球形机器人能够以球形初始状态并以抛掷方式越过障碍进入现场，进行现场后可由球形初始状态变为全向平移式构型，之后可以按照地面行进式机器人的工作方式深入废墟狭缝内部进行搜索，充分利用宝贵的黄金救援时间开展受困者的搜寻工作。困者的搜寻工作。困者的搜寻工作。


技术研发人员：陶广宏 杨涛 岳思博 郑乃夫 赵思涵
受保护的技术使用者：沈阳航空航天大学
技术研发日：2023.07.12
技术公布日：2023/9/9