电液两驱双臂排爆机器人的制作方法

1.本发明属于排爆机器人技术领域，具体涉及一种电液两驱双臂排爆机器人。


背景技术：

2.排爆机器人是可代替排爆人员对爆炸装置或武器实施侦察、转移、拆解和销毁的自动化装置，常见的排爆机器人从行走方式上划分有履带式和轮动式，从机械臂的驱动方式上划分有电动式和液压驱动式。
3.目前，多数排爆机器人为单臂作业，在排爆作业时首先通过机械臂拆除爆炸装置，然后再夹持转移爆炸装置，由于爆炸装置的布设方式多种多样，尤其对于一些结构复杂又不固定的爆炸装置而言，采用单臂进行拆爆作业时由于爆炸装置无法固定，因此拆除成功率会大大折扣，容易触发误操作而导致爆炸装置提前爆炸，即使成功拆除，也需要再进行夹持操作后才能转移爆炸装置，这种方式严重制约了排爆效率，无法适应紧急排爆任务的时效性要求。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供一种电液两驱双臂排爆机器人，旨在降低排爆机器人的排爆作业用时，提高排爆效率。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种电液两驱双臂排爆机器人，包括：
6.机体，设有中空腔，两侧分别水平间隔分布有三个行走轮，中空腔内设有两组电驱机构、液压泵站和蓄电池组，机体的顶壁上设有液压转台和电动转台，其中，液压转台与液压泵站连接，两组电驱机构的输出端分别与位于机体两侧的至少一个行走轮连接，电驱机构和电动转台均与蓄电池组电连接；
7.主机械臂，固定连接于液压转台的输出端，包括依次铰接的多个第一关节臂、连接于末端的第一关节臂上的液压抓手，以及分别用于驱动各个第一关节臂和液压抓手动作的多个液压驱动件，各个液压驱动件分别与液压泵站连接；
8.辅助机械臂，设于电动转台的输出端，包括依次铰接的多节第二关节臂、连接于末端的第二关节臂上的电动抓手，及分别用于驱动各个第二关节臂动作的多个电驱动件，各个电驱动件分别与蓄电池组电连接；
9.控制系统，设于机体上，与蓄电池组、电驱机构、液压泵站、电动转台、各个电驱动件及电动抓手分别电连接。
10.在一种可能的实现方式中，主机械臂包括：
11.第一摆臂，一端用于固定连接在液压转台的输出端，另一端向上延伸；
12.第一悬臂，一端与第一摆臂的延伸端水平铰接，另一端向远离第一摆臂的方向延伸；
13.第二悬臂，一端与第一悬臂的延伸端水平铰接，另一端向远离第一悬臂的方向延
伸并向下弯折；
14.第三悬臂，一端与第二悬臂的弯折端转动连接，另一端向下延伸；
15.第四悬臂，一端与第三悬臂的延伸端转动连接，另一端设有液压抓手，第四悬臂的旋转轴向与第三悬臂的旋转轴向垂直；
16.其中，第一摆臂、第一悬臂、第二悬臂于同一竖直平面内摆动，第三悬臂也在竖直平面内转动；用于驱动第一摆臂、第一悬臂、第二悬臂摆动的液压驱动件为伸缩油缸，用于驱动第三悬臂和第四悬臂旋转的液压驱动件为摆动油缸。
17.一些实施例中，液压抓手包括：
18.抓手本体，沿第四悬臂的轴向转动连接于第四悬臂的端部，具有用于驱动其进行张合的连杆机构；
19.抓手油缸，设于第四悬臂的内部，输出端与连杆机构连接；
20.液压马达，设于第四悬臂的内部，且位于抓手油缸的侧方，液压马达的输出端与抓手本体连接。
21.示例性的，辅助机械臂包括：
22.第二摆臂，一端转动连接于电动转台的输出端，且转动轴的轴向水平，另一端向斜上方延伸；
23.第三摆臂，一端转动连接于第二摆臂的延伸端，且与第二摆臂的转动轴的轴向一致，另一端向斜下方延伸；
24.悬座，转动连接于第三摆臂的延伸端，且与第三摆臂的转动轴的轴向一致，悬座上设有电动抓手；
25.其中，用于驱动第二摆臂、第三摆臂、悬座的电驱动件均为蜗轮蜗杆减速电机。
26.举例说明，电动抓手包括：
27.四连杆手抓，沿悬座的转动轴的径向转动连接于悬座上；
28.第一驱动件，设于悬座内部，输出端与四连杆手抓的转动轴连接；
29.第二驱动件，设于悬座内部，输出端与四连杆手抓连接，用于驱动四连杆手抓张合。
30.在一种可能的实现方式中，四连杆手抓包括：
31.转座，转动连接于悬座上，转座上设有沿其轴向贯穿的穿孔，转座上转动连接有与穿孔轴向对齐的第一蜗杆；
32.两个内摆杆，对称分布于第一蜗杆的两侧，内摆杆的一端与转座铰接，且设有与其铰接轴同轴、并与第一蜗杆啮合连接的第一蜗轮，内摆杆的另一端沿第一蜗杆的轴向延伸；
33.两个外摆杆，对称分布于第一蜗杆的两侧，且位于两个内摆杆的外侧，外摆杆的一端与转座铰接，另一端沿第一蜗杆的轴向延伸；
34.两个夹板，对称分布于第一蜗杆的两侧，夹板分别与位于第一蜗杆同一侧的内摆杆和外摆杆的延伸端铰接；
35.其中，转座上沿穿孔的轴向套设有第二蜗轮，悬座上转动连接有第二蜗杆，第二蜗杆上套设有第一斜齿轮，第一驱动件和第二驱动件均为电机，其中，第一驱动件的输出端套设有与第一斜齿轮啮合连接的第二斜齿轮；第二驱动件的输出端与第一蜗杆连接。
36.一些实施例中，行走轮包括：
37.轴座，固定连接于机体的侧壁上；
38.轮轴，穿设于轴座内并与轴座转动连接，轮轴远离机体的一端设有法兰盘；
39.轮毂，固定连接于法兰盘上，轮毂上套设有轮胎；
40.其中，位于机体同侧的至少一个行走轮的轮轴伸入中空腔内，且伸入端与电驱机构的输出端连接。
41.示例性的，电驱机构包括：
42.减速电机，固定连接于中空腔内，输出端与位于机体一侧的其中一个轮轴的伸入端连接；
43.第一传动轮，套设固定于与减速电机连接的轮轴上；
44.第二传动轮，套设固定于与第一传动轮相邻的其中一个轮轴上；
45.传动件，两端分别环套于第一传动轮和第二传动轮上，用于带动第二传动轮随第一传动轮转动。
46.举例说明，每个轮毂上均同轴连接有履带轮，履带轮的直径小于轮胎的直径，位于机体同侧的各个履带轮上一并套装有双面齿履带，其中，前后两个履带轮为齿形轮，中间的履带轮为光滑支撑轮，双面齿履带的内带齿与两个齿形轮啮合连接。
47.一些实施例中，液压泵站包括变量泵，以及与变量泵连接的负载敏感阀，负载敏感阀与液压转台、各个液压驱动件、液压抓手分别连接。
48.本发明提供的电液两驱双臂排爆机器人的有益效果在于：与现有技术相比，本发明电液两驱双臂排爆机器人，采用轮动式行进方式，能够提高行进速度，且机体两侧分别设置三个行走轮能够减小轮间距，从而适应复杂路况，能够提升越障能力，减少行进时长；主机械臂采用液压驱动，负载能力强，能够使其末端的液压抓手对爆炸装置进行稳定夹持，辅助机械臂为电驱动，配合电动抓手灵敏度高，能够对液压抓手夹持的爆炸装置进行拆除，能够在主机械臂负责重载操作、辅助机械臂负责精细化轻载操作的双臂配合作业模式下完成复杂的排爆动作，提高排爆效率和排爆能力，同时爆炸装置拆除后能够在液压抓手的夹持下直接向安全地点转移，从而能够进一步降低排爆作业时长，提高排爆效率，尤其适用于时效性要求极高的紧急排爆任务。
附图说明
49.图1为本发明实施例提供的电液两驱双臂排爆机器人的立体结构示意图；
50.图2为本发明实施例提供的电液两驱双臂排爆机器人的机体(顶壁拆开)的俯视结构示意图；
51.图3为本发明实施例提供的电液两驱双臂排爆机器人的主机械臂(侧壁拆除后)的侧视结构示意图；
52.图4为本发明实施例所采用的液压抓手的结构示意图；
53.图5为本发明实施例所采用的电动抓手的立体结构示意图；
54.图6为图5中a处的局部放大结构示意图；
55.图7为本发明实施例所采用的行走轮的剖视结构示意图；
56.图8为本发明实施例所采用的电驱机构(前进时)的传动结构示意图；
57.图9为本发明实施例所采用的电驱机构(后退时)的传动结构示意图；
58.图10为本发明实施例所采用的液压原理图。
59.图中：1、机体；10、中空腔；11、行走轮；111、轴座；112、轮轴；113、轮毂；114、轮胎；115、履带轮；116、双面齿履带；12、电驱机构；121、减速电机；122、第一传动轮；123、第二传动轮；124、传动件；125、张紧件；1251、第一张紧轮；1252、第二张紧轮；13、液压泵站；131、变量泵；132、负载敏感阀；14、蓄电池组；15、液压转台；16、电动转台；2、主机械臂；20、液压抓手；201、抓手本体；202、抓手油缸；203、液压马达；21、第一摆臂；22、第一悬臂；23、第二悬臂；24、第三悬臂；25、第四悬臂；26、伸缩油缸；27、摆动油缸；3、辅助机械臂；30、电动抓手；301、四连杆手抓；3011、转座；3012、内摆杆；3013、外摆杆；3014、夹板；3015、第一蜗杆；3016、第一蜗轮；3017、第二蜗杆；3018、第一斜齿轮；302、第一驱动件；303、第二驱动件；31、第二摆臂；32、第三摆臂；33、悬座；34、电驱动件；4、控制系统。
具体实施方式
60.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
61.请一并参阅图1至图3，现对本发明提供的电液两驱双臂排爆机器人进行说明。所述电液两驱双臂排爆机器人，包括机体1、主机械臂2、辅助机械臂3，以及控制系统4；其中，机体1设有中空腔10，两侧分别水平间隔分布有三个行走轮11，中空腔10内设有两组电驱机构12、液压泵站13和蓄电池组14，机体1的顶壁上设有液压转台15和电动转台16，其中，液压转台15与液压泵站13连接，两组电驱机构12的输出端分别与位于机体1两侧的至少一个行走轮11连接，电驱机构12和电动转台16均与蓄电池组14电连接；主机械臂2固定连接于液压转台15的输出端，包括依次铰接的多个第一关节臂、连接于末端的第一关节臂上的液压抓手20，以及分别用于驱动各个第一关节臂和液压抓手20动作的多个液压驱动件，各个液压驱动件分别与液压泵站13连接；辅助机械臂3设于电动转台16的输出端，包括依次铰接的多节第二关节臂、连接于末端的第二关节臂上的电动抓手30，及分别用于驱动各个第二关节臂动作的多个电驱动件34，各个电驱动件34分别与蓄电池组14电连接；控制系统4设于机体1上，与蓄电池组14、电驱机构12、液压泵站13、电动转台16、各个电驱动件34及电动抓手30分别电连接。
62.应当说明的是，本实施例中控制系统4包括定位装置、摄像装置、微处理器、无线遥控及信号传输模块，各个旋转和摆动位置上均设置有角度传感器，各个电驱动件34均采用伺服元件，也就是说，机器人的行进路线、机械臂和抓手的动作均受控于控制系统4，这些电控原理均为现有技术手段，在此不过多详述。
63.本实施例提供的电液两驱双臂排爆机器人，与现有技术相比，采用轮动式行进方式，能够提高行进速度，且机体1两侧分别设置三个行走轮11能够减小轮间距，从而适应复杂路况，能够提升越障能力，减少行进时长；主机械臂2采用液压驱动，负载能力强，能够使其末端的液压抓手20对爆炸装置进行稳定夹持，辅助机械臂3为电驱动，配合电动抓手30灵敏度高，能够对液压抓手20夹持的爆炸装置进行拆除，能够在主机械臂2负责重载操作、辅助机械臂3负责精细化轻载操作的双臂配合作业模式下完成复杂的排爆动作，提高排爆效率和排爆能力，同时爆炸装置拆除后能够在液压抓手20的夹持下直接向安全地点转移，从
而能够降低排爆作业时长，提高排爆效率，尤其适用于时效性要求极高的紧急排爆任务。
64.在一些实施例中，参见图3，主机械臂2包括第一摆臂21、第一悬臂22、第二悬臂23、第三悬臂24和第四悬臂25；第一摆臂21的一端用于固定连接在液压转台15的输出端，另一端向上延伸；第一悬臂22的一端与第一摆臂21的延伸端水平铰接，另一端向远离第一摆臂21的方向延伸；第二悬臂23的一端与第一悬臂22的延伸端水平铰接，另一端向远离第一悬臂22的方向延伸并向下弯折；第三悬臂24的一端与第二悬臂23的弯折端转动连接，另一端向下延伸；第四悬臂25的一端与第三悬臂24的延伸端转动连接，另一端设有液压抓手20，第四悬臂25的旋转轴向与第三悬臂24的旋转轴向垂直；其中，第一摆臂21、第一悬臂22、第二悬臂23于同一竖直平面内摆动，第三悬臂24也在竖直平面内转动；用于驱动第一摆臂21、第一悬臂22、第二悬臂23摆动的液压驱动件为伸缩油缸26，用于驱动第三悬臂24和第四悬臂25旋转的液压驱动件为摆动油缸27。
65.第一摆臂21和各个悬臂分别作为主机械臂2的各个第一关节臂，对于常规的排爆机器人而言，其机械臂多采用三段式结构，而本实施例中相当于五段式结构，关节点的增加在于提升灵活性和跨越障碍物的能力，当然，对于第一摆臂21、第一悬臂22、第二悬臂23而言，其除去负载物的重量之外，还有自身的重量以及第三悬臂24、第四悬臂25和液压抓手20的自重，因此需要负载能力更强，在此选择采用伸缩气缸提供摆动动力，而第三悬臂24、第四悬臂25由于自重较小，只需考虑液压抓手20和负载物的重量，因此对于负载能力的要求较低，在此选用摆动油缸27提供动力，能够利用摆动油缸27自身的结构作为各自的转动连接基础，如第三悬臂24与第二悬臂23的连接，可以将摆动油缸27的缸筒与第二悬臂23固定连接，转轴与第三悬臂24固定连接，从而能够提高结构紧凑度，由于无需采用额外的连接件(轴)，因此能够利于减重，并降低材料成本。
66.作为上述液压抓手20的一种具体实施方式，请参阅图4，液压抓手20包括抓手本体201、抓手油缸202，以及液压马达203；其中，抓手本体201沿第四悬臂25的轴向转动连接于第四悬臂25的端部，具有用于驱动其进行张合的连杆机构；抓手油缸202设于第四悬臂25的内部，输出端与连杆机构连接；液压马达203设于第四悬臂25的内部，且位于抓手油缸202的侧方，液压马达203的输出端与抓手本体201连接。
67.需要说明的是，抓手本体201可采用常规的机械手抓结构，基于连杆机构执行张合夹持动作，在本实施例中，通过抓手油缸202推拉连杆机构能够实现抓手本体201的张合，液压马达203能够带动抓手本体201旋转，从而调整抓手本体201的抓取角度，相较于常用的电驱动方式，在此选择液压驱动能够在同等体积小输出更高的负载，从而满足小型化、高负载的需求。
68.在一些实施例中，参见图1，辅助机械臂3包括第二摆臂31、第三摆臂32及悬座33；第二摆臂31的一端转动连接于电动转台16的输出端，且转动轴的轴向水平，另一端向斜上方延伸；第三摆臂32的一端转动连接于第二摆臂31的延伸端，且与第二摆臂31的转动轴的轴向一致，另一端向斜下方延伸；悬座33转动连接于第三摆臂32的延伸端，且与第三摆臂32的转动轴的轴向一致，悬座33上设有电动抓手30；其中，用于驱动第二摆臂31、第三摆臂32、悬座33的电驱动件34均为蜗轮蜗杆减速电机。
69.采用蜗轮蜗杆减速电机能够利用蜗杆的自锁性能提高第二摆臂31、第三摆臂32、悬座33的状态保持稳定性，进而提升电动抓手30的动作稳定性，减少抖动以提升作业稳定
性。
70.作为上述电动抓手30的一种具体实施方式，请参阅图5及图6，电动抓手30包括四连杆手抓301、第一驱动件302，以及第二驱动件303；其中，四连杆手抓301沿悬座33的转动轴的径向转动连接于悬座33上；第一驱动件302设于悬座33内部，输出端与四连杆手抓301的转动轴连接；第二驱动件303设于悬座33内部，输出端与四连杆手抓301连接，用于驱动四连杆手抓301张合。
71.应理解的是，对于四连杆手抓301而言，能够通过其连杆的摆动而实现手抓的张合动作，在此通过第一驱动件302驱动四连杆手抓301转动，第二驱动机构驱动四连杆手抓301张合，从而能够实现在竖向三百六十度范围内以任意角度对目标物进行夹持，满足各种复杂拆除动作要求。
72.具体的，在本实施例中，四连杆手抓301包括转座3011、两个内摆杆3012、两个外摆杆3013，以及两个夹板3014；转座3011转动连接于悬座33上，转座3011上设有沿其轴向贯穿的穿孔，转座3011上转动连接有与穿孔轴向对齐的第一蜗杆3015；两个内摆杆3012对称分布于第一蜗杆3015的两侧，内摆杆3012的一端与转座3011铰接，且设有与其铰接轴同轴、并与第一蜗杆3015啮合连接的第一蜗轮3016，内摆杆3012的另一端沿第一蜗杆3015的轴向延伸；两个外摆杆3013对称分布于第一蜗杆3015的两侧，且位于两个内摆杆3012的外侧，外摆杆3013的一端与转座3011铰接，另一端沿第一蜗杆3015的轴向延伸；两个夹板3014对称分布于第一蜗杆3015的两侧，夹板3014分别与位于第一蜗杆3015同一侧的内摆杆3012和外摆杆3013的延伸端铰接；其中，转座3011上沿穿孔的轴向套设有第二蜗轮，悬座33上转动连接有第二蜗杆3017，第二蜗杆3017上套设有第一斜齿轮3018，第一驱动件302和第二驱动件303均为电机，其中，第一驱动件302的输出端套设有与第一斜齿轮3018啮合连接的第二斜齿轮；第二驱动件303的输出端与第一蜗杆3015连接。
73.需要说明的是，第一驱动件302和第二驱动件303均采用伺服电机，内摆杆3012和外摆杆3013的长度相等，位于第一蜗杆3015同一侧的内摆杆3012、外摆杆3013及其各自两端的铰接点连线组成一个平行四边形结构，即第一蜗杆3015两侧分别形成为一个平行四边形结构，在第一蜗杆3015旋转带动两个第一蜗轮3016反向转动时，两个内摆杆3012反向摆动而实现两个夹板3014的张合动作，在此利用蜗轮蜗杆传动的自锁性能，能够确保两个夹板3014的动作稳定性，提高拆除作业成功率，同时利用两个斜齿轮的啮合、第二蜗轮和第二蜗杆3017的啮合，一方面能够使第二驱动件303与第一驱动件302沿同一个方向布置，从而提高结构紧凑型，有利于减小悬座33的体积，另一方面能够确保在四连杆手抓301旋转至目标角度后保持稳定的状态，提高拆除成功率，进而减少拆除作业用时。
74.一些可能的实现方式中，请参见图2，行走轮11包括轴座111、轮轴112，以及轮毂113；轴座111固定连接于机体1的侧壁上；轮轴112穿设于轴座111内并与轴座111转动连接，轮轴112远离机体1的一端设有法兰盘；轮毂113固定连接于法兰盘上，轮毂113上套设有轮胎114；其中，位于机体1同侧的至少一个行走轮11的轮轴112伸入中空腔10内，且伸入端与电驱机构12的输出端连接。
75.应理解，本实施例中电驱机构12的输出端连接一个行走轮11的轮轴112，则该行走轮11作为主动轮，同侧的另外两个行走轮11作为被动轮，相当于两驱行走机构，若电驱机构12的输出端连接两个行走轮11的轮轴112，则相当于四驱行走机构，同理，若电驱机构12的
输出端与同侧的三个行走轮11的轮轴112均进行传动连接，则相当于六驱行走机构，驱动数量越高，则越障能力越强。
76.另外，由于两侧的行走轮11分别采用一个电驱机构12进行驱动，因此能够通过控制两个电驱机构12同向或反向运行，从而实现机体1的直线行进或转向。
77.具体地，参见图1、图7至图9，本实施例中电驱机构12的可选结构为，包括减速电机121、第一传动轮122、第二传动轮123，以及传动件124；其中，减速电机121固定连接于中空腔10内，输出端与位于机体1一侧的其中一个轮轴112的伸入端连接；第一传动轮122套设固定于与减速电机121连接的轮轴112上；第二传动轮123套设固定于与第一传动轮122相邻的其中一个轮轴112上；传动件124的两端分别环套于第一传动轮122和第二传动轮123上，用于带动第二传动轮123随第一传动轮122转动。
78.第一传动轮122和第二传动轮123优选采用链轮，传动件124为链条，通过链轮链条进行传动能够提高传动效率，并适于远距离传输，在本实施例中两个传动轮分别将减速电机121的转矩传递至相邻的两个行走轮11，从而实现四驱行走，越障能力强。
79.优选地，在本实施例中，第一传动轮122和第二传动轮123均采用双排链轮，两个双排链轮的两排轮齿上分别套装连接一条链条，两个双排链轮之间设有张紧件125，其中，张紧件125包括向上张紧其中一条链条的第一张紧轮1251，以及向下张紧另一条链条的第二张紧轮1252。
80.利用张紧件125对两条链条进行张紧能够避免行进过程出现脱链现象，由于张紧件125的第一张紧轮1251向上张紧其中一条链条，能够在前进时以该链条作为主要传动件124进行动力传输，同时第二张紧轮1252向下张紧另一链条，能够在后退时以该链条作为主要传动件124进行动力传输，从而能够规避链条传动容易出现的反向失稳现象，提高行进中进行反向的稳定性。
81.进一步的，本实施例中，参见图1及图7，每个轮毂113上均同轴连接有履带轮115，履带轮115的直径小于轮胎114的直径，位于机体1同侧的各个履带轮115上一并套装有双面齿履带116，其中，前后两个所述履带轮115为齿形轮，中间的所述履带轮115为光滑支撑轮，所述双面齿履带116的内带齿与两个所述齿形轮啮合连接。
82.通过在机体1外侧设置与行走轮11同心的履带轮115，并通过双面齿履带116将前后两个履带轮115进行传动连接，从而能够配合链条传动获得四驱的基础上，进而利用履带传动而使六个行走轮11上均能够获得减速电机121的输出转矩，使各个行走轮11均作为主动轮进行行走，在提高行进驱动力的同时还能够进一步提升越障、爬坡能力；另外，对于松软路面，若行走轮11发生凹陷，则能够利用双面齿履带116支撑在路面上，利用双面齿履带116与路面间较大的接触面积，能够避免行走轮11进一步下陷，并利用双面齿履带116的外带齿与路面接触而产生的驱动力而行进，从而提高机器人应对复杂路况尤其是松软路面的能力，并能够进一步提升越障能力，兼具轮式行进速度快和履带式应对复杂路况能力强的优势。
83.需要说明的是，在一些实施例中，参见图2及图10，液压泵站13包括变量泵131，以及与变量泵131连接的负载敏感阀132，负载敏感阀132与液压转台15、各个液压驱动件、液压抓手20分别连接。通过变量泵131与负载敏感阀132的配合，能够确保液压动力输出的平稳性，尤其是对于主机械臂2而言，能够提升其适应负载重量的能力，避免较重的目标物因
夹持力或支撑力不足而掉落导致危险，同时避免对于较轻的目标物因夹持力度过大而发生挤爆现象，从而提高排爆作业的安全性和成功率。
84.以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。