便携式灾后救援机器人及其救援方法

1.本发明涉及一种灾后救援机器人及其救援方法。

背景技术：

2.随着时代的发展与科技的进步，人类的生活变得越来越便利，各种智能化产品层出不穷，其中机器人就是一个非常典型的例子。机器人可以替人们完成很多有危险或者人工操作难度很大的事物，可以到达人类不方便到达的地方，从而完成各种困难的任务。比如在发生地震、火灾等灾害后，需要救援人员对伤员进行灾后救援工作，但是灾害现场环境十分恶劣，救援人员极有可能受伤甚至有生命危险，所以利用救援机器人进行灾后救援就显得十分必要。目前主要的几种救援机器人主要有美国vecna robotics公司的救援机器人bear，美国irobot公司的packbot，日本横滨警察署研发设计救援机器人crawler（爬行者），日本东京消防厅研制的一种救援机器人robocue等等。经过学习研究，发现这些机器人普遍重量体积都比较大，不适合进入狭小环境执行救援任务。

技术实现要素：

3.技术问题：本发明的目的是设计一种便携式可背负的可以自主救援伤员的灾后救援机器人。其可以自主进入灾害地区，导航定位，实现远程遥控操作，控制其半自主地完成预定动作，从而替代救援人员完成救援任务，争取抢救时间，提高救援效率。
4.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种便携式灾后救援机器人，包括机器人移动底盘、伤员转运系统以及外卷筒模块。所述机器人移动底盘包括机器人支撑车架、行走轮、电机等。
5.所述的伤员转运系统包括伤员承载平台以及头枕模块；所述的头枕模块包括头枕、机械臂以及拖拽连接器；所述的内卷筒助力系统以及外卷筒模块均为绳驱动机构；所述伤员承载平台通过支撑车架安装在移动底盘上，而头枕则安装在伤员承载平台上并能够沿着伤员承载平台横向移动，拖拽连接器末端连接内卷筒助力系统的连接绳，绳子穿过头枕中间空心圆管区域，当拖拽连接器被内卷筒往后拉时，会连带着头枕向后移动；所述拖拽连接器的端部呈勾状设置，所述内卷筒助力系统的安装在伤员承载平台上；所述机械臂安装底座安装在头枕上，而机械臂的执行端能够牵拉拖拽连接器的勾状端部至目标位置；所述的外卷筒模块的固定部分配装有地脚螺栓，且外卷筒模块的动力输出端与支撑车架联动连接。
6.优选地，所述头枕上方安装有顶部支架；所述顶部支架上布置有机械臂安装架，机械臂的固定端安装在机械臂安装架，机械臂的执行端布置有末端执行器；所述的末端执行器能够牵拉拖拽连接器的勾状端部至目标位置。
7.优选地，所述头枕的底面配装有滑轮，滑轮能够嵌装在伤员承载平台上所铺设的滑轨中并能够沿滑轨移动；拖拽连接器的数量为两个，对称地安装在头枕处于前端的两侧，
且每一个拖拽连接器的一端均通过拖拽连接器固定装置与头枕连接，另一端则呈勾状设置。
8.优选地，所述内卷筒助力系统包括内卷筒总底座、轴承座支架a、轴承座支架b、内卷筒轴、内卷筒小轴承、第一挡圈、内卷筒键、内卷筒固定螺钉、内卷筒大轴承、第一电机、内卷筒、内卷筒大轴承座、内卷筒小轴承座以及内卷筒绳索；其中：所述第一电机为双轴电机，双轴电机的固定部分安装在第一电机架上，而双轴电机的两电机轴均各自依次通过内卷筒大轴承、内卷筒轴、内卷筒小轴承顺序传动连接；内卷筒大轴承座固定支撑在轴承座支架a上，内卷筒小轴承座固定支撑在轴承座支架b上，轴承座支架a、轴承座支架b和第一电机架分别与内卷筒总底座连接，同时电池盒也与内卷筒总底座连接，而内卷筒总底座则安装在伤员承载平台的尾端；所述的内卷筒大轴承安装在内卷筒大轴承座中，内卷筒小轴承安装在内卷筒小轴承座中，内卷筒轴上安装有内卷筒，内卷筒与内卷筒轴之间安装有内卷筒键，并通过内卷筒固定螺钉连接固定，且内卷筒与内卷筒小轴承之间设置有第一挡圈；内卷筒绳索缠绕在内卷筒上，且内卷筒绳索的驱动端与头枕连接。
9.优选地，所述外卷筒模块包括地底座、外卷筒底座、电池、第二电机架、大轴承座支撑架、第二电机、外卷筒轴、第二挡圈、外卷筒大轴承座、外卷筒大轴承、外卷筒、外卷筒键、外卷筒小轴承座、外卷筒小轴承、第三挡圈、小轴承座支撑架、地脚螺栓以及外卷筒绳索；其中：地脚螺栓配装在地底座上，以使地底座能够通过地脚螺栓安装在地上；外卷筒底座安装在地底座上，且外卷筒底座内设置有电池仓，电池仓中安装有电池；外卷筒底座上分别安装有第二电机架、大轴承座支撑架以及小轴承座支撑架，第二电机的固定部分通过第二电机架支撑，且第二电机与电池仓中的电池相连接；大轴承座支撑架上安装有外卷筒大轴承座，外卷筒大轴承座内配装有外卷筒大轴承，小轴承座支撑架上安装有外卷筒小轴承座，且外卷筒大轴承的外侧端面与外卷筒大轴承座之间设置有第二挡圈，外卷筒小轴承座内则配装有外卷筒小轴承，且外卷筒小轴承的外侧端面与外卷筒小轴承座之间设置有第三挡圈，外卷筒轴的一端通过外卷筒大轴承支撑，并与所述第二电机的动力输出端连接固定，外卷筒轴的另一端通过外卷筒小轴承定位支撑；外卷筒套接在外卷筒轴外围，且外卷筒与外卷筒轴之间设置有外卷筒键，并通过外卷筒固定螺钉连接成一体；外卷筒绳索缠绕在外卷筒的外围，且外卷筒绳索的驱动端与车体的支撑车架联动连接。
10.优选地，所述的伤员转运系统与立架之间通过平衡机构连接；所述的平衡机构包括推杆连接、推杆支架、推杆螺栓、推杆以及转轴；其中：伤员承载平台通过沿着车体纵向布置的转轴定位安装在支撑车架上；推杆为电动推杆，且推杆的上、下两端均分别依次通过推杆螺栓、推杆支架、推杆连接与伤员承载平台、支撑车架对应连接。
11.优选地，所述的移动底座包括前车轮装配体以及后车轮装配体；所述的前车轮装配体包括前车轮、前轮连接轴、前轮驱动电机以及前轮电机保护
壳；所述的后车轮装配体包括后车轮、后轮连接轴、后轮驱动电机以及后轮电机保护壳；所述的前车轮、后车轮的数量均有两个；每一个后车轮均配装有一根后轮连接轴，所述后轮连接轴与后轮驱动电机的动力输出端连接，后轮驱动电机安装在后轮电机保护壳中；两后车轮对称地分设在后轮电机保护壳的轴向两端；优选地，所述的带轮传动机构包括后轮同步带轮、前同步带轮以及绕行在后轮同步带轮、前同步带轮外围的同步带，后轮同步带轮安装在后轮电机连接轴上，而前同步带轮则安装在前轮连接轴上。
12.优选地，所述支撑车架上安装有导航模块。
13.本发明的另一个技术目的是提供一种灾后救援方法，基于上述的便携式灾后救援机器人而实现，包括如下步骤：步骤一、组装首先将外卷筒模块置于地面安全位置，出绳端朝向伤员所在地，把配套地钉插入地下将模块固定于地面，然后将绳索挂钩与机器人底盘尾端圆环相连接（若地形简单可不使用外卷筒模块）。接着将导航模块的即插即用接头插入机器人底盘相应位置，完成机械与电气的双连接。进一步的，将拖曳辅助模块通过快速航空接头与机器人底盘上的伤员承载平台相连接，同时将头部保护装置沿着其两侧的圆形导轨向前推至前端指定位置。最后，打开机器人底盘以及遥操作人机交互模块的电源开关，等待系统初始化。
14.步骤二、去程在系统初始化完成后，救援人员使用遥操作手柄控制机器人前往指定地点救援伤员，同时控制外卷筒模块电机释放绳索，两者速度尽量保持一致。此时，救援人员通过机械臂上的摄像头和导航模块的摄像头激光雷达等传感器获取前进路线上的信息。当机器人行进至伤员附近时，救援人员需要调整机器人位姿使机器人朝向与伤员身体朝向一致；步骤三、救援当机器人到达指定地点后，电动推杆伸长，将伤员承载平台往下推至平台前端与地面接触后停止动作。接着，操作人员运行人机连接模块的示教动作将拖拽连接器从运动模块上抽出，然后通过视觉辅助，使用力反馈手柄远程遥控人机连接模块将拖拽连接器放置在伤员腋下。两只拖拽连接器放置完成后，救援人员使用遥操作手柄控制拖曳辅助模块卷筒收绳，将伤员拉上支撑平台。卷筒持续收绳，直至头枕保护模块被卷筒前端的距离传感器检测到后，卷筒停止转动，此时伤员从头部至臀部均处于支撑平台上。最后，电动推杆回收将伤员承载平台由倾斜状态转变为水平状态，伤员转运完成。
15.步骤四、回程伤员转运至机器人本体上后，人机连接模块调转方向，使摄像头朝向动力辅助模块的方向。此时机器人车体朝向不变，运动模块驱动电机反转，机器人搭载着伤员返回安全地点。此处可根据现场救援环境选择是否需要动力辅助模块提供额外牵引力——若现场道路环境较为平整，则不需动力辅助模块作用；若现场道路环境较为复杂，有较大斜坡或障碍，则可以使用外置卷筒驱动模块辅助模块帮助机器人本体突破复杂环境完成救援任务。
16.本发明的有益效果：本发明设计了一款负载拖曳能力强且可以自主救援伤员的拖拽型机器人，这种机器人可以取代救援人员进入施救，争取黄金抢救时间，提高救援效率。该机器人可背负性强、质量轻、尺寸小，其可替代医护人员进入狭小空间执行救援任务。并且该机器人对伤员的保护性很高，保证了伤员的安全性，避免伤员受到二次伤害。该机器人的组装、拆卸时间很短，很大程度上提高了伤者的存活概率。该救援机器人的越障能力出，可以翻越较大角度的斜坡，适应各种恶劣的地形环境。
附图说明
17.图1 为救援机器人的三维模型；图2 为救援机器人的主视图；图3 为救援机器人的后车轮装配体的立体结构示意图；图4 为救援机器人的内卷筒助力系统的结构示意图；图5 为救援机器人的外卷筒模块的结构示意图；图6 本发明所述的救援机器人的流程图；图1-图5：1、平衡机构（电动推杆）；2、头枕模块；3、导航模块；4、末端执行器；5、机械臂；6、电器收纳箱；7、移动底盘；8、内卷筒助力系统；9、电池；10、外卷筒模块；11、天线模块；12、收纳箱安装架；1-1、推杆连接件；1-2、推杆支架；1-3、推杆螺栓；1-4、电动推杆；2-1头枕；2-2、拖拽连接器；2-3、滑轮；3-1、传感器支架接头固定端；3-2、传感器支架接头移动端；3-3、深度摄像头；3-4、惯性导航传感器；3-5、传感器支架；3-6、激光雷达；7-1、拖拽连接器安装架；7-2、支撑车架上端连接件；7-3、支撑车架铝合金方管；7-4、轴承座；7-5、铜套；7-6、前同步带轮；7-7、车轮；7-8、支撑车架中部连接件；7-9、轴承座；7-10、轴承；7-11、后轮同步带轮；7-12、后轮电机连接轴；7-13、后轮；7-14、支撑车架铝合金管；7-15、底盘电机安装板；7-16、底盘电机安装架；7-17、底盘电机；7-18、底盘电机保护壳；8-1、内卷筒总底座；8-2，8-3、轴承座支架；8-4、内卷筒轴；8-5、内卷筒小轴承；8-6、第一挡圈；8-7、内卷筒键；8-8、内卷筒固定螺钉；8-9、内卷筒大轴承；8-10、第一电机；8-11、内卷筒；8-12、内卷筒大轴承座；8-13、内卷筒小轴承座；10-1、地底座；10-2、外卷筒底座；10-3、电池；10-4、第二电机架；10-5、大轴承座支撑架；10-6、第二电机；10-7、外卷筒轴；10-8、第二挡圈；10-9、外卷筒大轴承座；10-10、外卷筒大轴承；10-11、外卷筒；10-12、外卷筒键；10-13、外卷筒小轴承座；10-14、外卷筒小轴承；10-15、第三挡圈；10-16、小轴承座支撑架。
具体实施方式
18.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对
8；所述中间连接铝合金方管7-8沿着车体7纵向设置并处于车体前端。
23.所述的伤员承载平台在车体的前端位置处，处于纵向的两侧对称设置有收纳箱安装架，收纳箱安装架的内侧设置有所述的电器收纳箱6。所述电器收纳箱里面装有的电气元件包括电动推杆驱动器、底盘电机驱动器、单片机控制器、工控机、电压转换模块。
24.所述头枕顶部支架上布置有机械臂安装架，机械臂底座安装在机械臂安装架上，通过控制机械臂的位姿，抓取拖拽连接器放置在伤员腋下，然后内卷筒助力系统8工作，将伤员拉上伤员转运平台。
25.所述内卷筒助力系统8，安装在伤员承载平台上，且内卷筒助力系统8的内卷筒驱动绳的输出端与头枕2-1（附图中的右侧端部）连接。具体地，如图4所示，所述内卷筒助力系统8包括内卷筒总底座、轴承座支架a、轴承座支架b、内卷筒轴、内卷筒小轴承、第一挡圈、内卷筒键、内卷筒固定螺钉、内卷筒大轴承、第一电机、内卷筒、内卷筒大轴承座、内卷筒小轴承座。所述第一电机为双轴电机，双轴电机的固定部分安装在第一电机架上，而双轴电机的两电机轴均各自依次通过内卷筒大轴承、内卷筒轴、内卷筒小轴承顺序传动连接，所述的内卷筒大轴承安装在内卷筒大轴承座中，内卷筒小轴承安装在内卷筒小轴承座中，内卷筒轴上安装有内卷筒，内卷筒与内卷筒轴之间安装有内卷筒键，并通过内卷筒固定螺钉连接固定，且内卷筒与内卷筒小轴承之间设置有第一挡圈。内卷筒大轴承座用螺栓与轴承座支架a连接，内卷筒小轴承座用螺栓与轴承座支架b连接，轴承座支架a、轴承座支架b和第一电机架与内卷筒总底座连接，同时电池盒也与内卷筒总底座连接。而内卷筒总底座则安装在伤员承载平台的尾端（附图1中的右侧端部）。由此可见，在内卷筒助力系统8的动力作动下，本发明所述的头枕2-1具有两个极限位置，具体地，内卷筒助力系统8的内卷筒进行放线操作，直至头枕2-1处于第一极限位置（头枕2-1处于图1所示伤员承载平台的左侧）时，为伤员的转移做准备，当伤员的头部枕到头枕2-1上后，内卷筒助力系统8的内卷筒进行收线操作，直至头枕2-1处于第二极限位置（头枕2-1处于图1所示伤员承载平台的右侧），此时伤员在机器人本体上转移到位。
26.如图5所示，所述外卷筒模块通过地脚螺栓安装在地上，且外卷筒模块的外卷筒绳索的输出端与车体的支撑车架连接，包括地底座、外卷筒底座、电池、第二电机架、大轴承座支撑架、第二电机、外卷筒轴、第二挡圈、外卷筒大轴承座、外卷筒大轴承、外卷筒、外卷筒键、外卷筒小轴承座、外卷筒小轴承、第三挡圈、小轴承座支撑架。地底座用于通过螺栓将外卷筒模块安装在地面。外卷筒底座安装在地底座上，并通过螺栓相连。外卷筒底座内设置有电池仓，用于安装电池。外卷筒底座上分别安装有第二电机架、大轴承座支撑架以及小轴承座支撑架，第二电机的固定部分通过第二电机架支撑，两者通过螺栓相连。大轴承座支撑架上安装有外卷筒大轴承座，外卷筒大轴承座内配装有外卷筒大轴承，小轴承座支撑架上安装有外卷筒小轴承座，且外卷筒大轴承的外侧端面与外卷筒大轴承座之间设置有第二挡圈，外卷筒小轴承座内则配装有外卷筒小轴承，且外卷筒小轴承的外侧端面与外卷筒小轴承座之间设置有第三挡圈，外卷筒轴的一端通过外卷筒大轴承支撑，并与所述第二电机的动力输出端连接固定，外卷筒轴的另一端通过外卷筒小轴承定位支撑。外卷筒套接在外卷筒轴外围，且外卷筒与外卷筒轴之间设置有外卷筒键，并通过外卷筒固定螺钉连接成一体。第二电机采用电池供电模式。
27.所述的伤员转运系统与支撑车架之间通过平衡机构1连接，目的在于可以使得伤
员转运系统相对于支撑车架倾斜，让伤员更容易转运至救援机器人上。具体地，所述的平衡机构1包括推杆连接1-1、推杆支架1-2、推杆螺栓1-3、推杆1-4以及转轴；伤员承载平台通过沿着车体纵向布置的无油衬套固定安装在支撑车架上；推杆1-4为电动推杆；推杆支架1-2有两个，对应为第一、第二推杆支架；推杆螺栓1-3有两组，对应为第一、第二组推杆螺栓；推杆连接1-1为铰接，数量有两个，对应为第一、第二推杆连接。电动推杆的上端通过第一组推杆螺栓与第一推杆支架的一端连接，第一推杆支架的另一端通过第一推杆连接与顶部支架的支撑车架上端连接件7-2铰接；电动推杆的下端通过第二组推杆螺栓与与第二推杆支架的一端连接，第二推杆支架的另一端通过第二推杆连接与支撑车架的中间连接铝合金方管7-8铰接。由此可见，本发明所述的伤员转运系统以转轴所在位置处为支点，平衡机构1的电动推杆向下推出时，伤员转运系统的前端（附图1中的左侧端部）向下，而伤员转运系统的后端（附图1中的右侧端部）向上，使得伤员转运系统整体倾斜，伤员更容易躺到救援机器人上。
28.所述后车轮装配体如图3所示，包括轴承座b7-9、轴承7-10、后轮同步带轮7-11、后轮电机连接轴7-12、后轮7-13、铝合金管7-14、连接板7-15、底盘电机安装架7-16、后轮电机7-17、后轮电机保护壳7-18，移动机器人对于底盘的要求很高，对于轮子的要求也很高，需要可以在复杂恶劣的灾后环境来去自如，同时对车轮的控制系统也要稳定可靠。具体地，所述后车轮装配体中，后轮电机保护壳7-18的两端各自与一个底盘电机安装架7-16连接成一体，每一个底盘电机安装架7-16的外侧均与一根铝合金管7-14连接固定。在每一根铝合金管7-14的外侧，各自配设一个后轮7-13。每一个后轮7-13的内侧均安装有一根后轮电机连接轴7-12，并通过一个后轮驱动机构进行驱动，所述的后轮驱动机构包括上述的后轮电机7-17，后轮电机7-17的机体部分置于所述的后轮电机保护壳7-18中，并通过所述的底盘电机安装架7-16进行安装固定。铝合金管7-14的管内安装有轴承座7-9，轴承座7-9中配装有轴承7-10，后轮电机7-17的电机轴通过所述轴承7-10与所述的后轮电机连接轴7-12联动连接，同时所述后轮电机连接轴7-12通过带轮传动机构与所述前轮连接轴联动。所述的带轮传动机构包括后轮同步带轮7-11、前同步带轮7-6以及绕行在后轮同步带轮7-11、前同步带轮7-6外围的同步带，后轮同步带轮7-11安装在后轮电机连接轴7-12上，而前同步带轮7-6则安装在前轮连接轴上。
29.如图2所示，所述前车轮装配体包括轴承座a7-4、铜套7-5、前同步带轮7-6、前车轮7-7、前轮连接轴等，其结构与后车轮装配体结构基本一致，在此不再赘述。
30.所述导航模块3包括传感器支架接头固定端3-1、传感器支架接头移动端3-2、深度摄像头3-3、惯性导航传感器3-4、传感器支架3-5、激光雷达3-6，该导航模块用来检测外界环境，感知环境，收集灾后环境中的信息，方便制订下一步的行动策略；其中：传感器支架接头移动端3-2安装在传感器支架接头固定端3-1上，深度摄像头3-3、惯性导航传感器3-4和激光雷达3-6均通过所述的传感器支架3-5承载。
31.整车的安装顺序为：第一步：安装头枕，将头枕模块沿着滑轨向前推进到底，在前方限位处停止，方便后续模块安装；第二步：安装内卷筒助力系统，先将内卷筒与联轴器电机，电机座安装，固定在电机架上，之后将电机座和支撑架安装在总底座上；
第三步：安装外卷筒助力系统，外卷筒和电机座连接，固定轴承座上，整体固定在外卷筒底座上，下方放置电池，外壳体最后安装保护整个机构；第四步：安装导航模块，将雷达安装在传感器支架上，然后将摄像头安装在底座上靠外一点，同时还将惯导放置在传感器支架上，之后使用航空插头将导航模块固定在车身上；第五步：安装遥操作机械臂；第六步：遥控操作机械臂模块升高，导航模块升高；第七步：拖拽连接器抽出并倾斜，整车安装完毕。
32.救援机器人开展伤员救援任务主要包括如下四个阶段，如图6所示。
33.1、组装：救援人员在安全地点完成机器人辅助装置和机器人本体快速装配首先将外卷筒模块置于地面安全位置，出绳端朝向伤员所在地，把配套地钉插入地下将模块固定于地面，然后将绳索挂钩与机器人底盘尾端圆环相连接（若地形简单可不使用外卷筒模块）。接着将导航模块的即插即用接头插入机器人底盘相应位置，完成机械与电气的双连接。进一步的，将拖曳辅助模块通过快速航空接头与机器人底盘上的伤员承载平台相连接，同时将头部保护装置沿着其两侧的圆形导轨向前推至前端指定位置。最后，打开机器人底盘以及遥操作人机交互模块的电源开关，等待系统初始化。
34.2、去程：救援人员在安全地点释放机器人并操控机器人前往伤员救援地点在系统初始化完成后，救援人员使用遥操作手柄控制机器人前往指定地点救援伤员，同时控制外卷筒模块电机释放绳索，两者速度尽量保持一致。此时，救援人员通过机械臂上的摄像头和导航模块的摄像头激光雷达等传感器获取前进路线上的信息。当机器人行进至伤员附近时，救援人员需要调整机器人位姿使机器人朝向与伤员身体朝向一致；3、救援：救援人员利用所述车载牵引辅助装置将伤员上半身拖拽到机器人上当机器人到达指定地点后，电动推杆伸长，将伤员承载平台往下推至平台前端与地面接触后停止动作。接着，操作人员运行人机连接模块的示教动作将拖拽连接器从运动模块上抽出，然后通过视觉辅助，使用力反馈手柄远程遥控人机连接模块将拖拽连接器放置在伤员腋下。两只拖拽连接器放置完成后，救援人员使用遥操作手柄控制拖曳辅助模块卷筒收绳，将伤员拉上支撑平台。卷筒持续收绳，直至头枕保护模块被卷筒前端的距离传感器检测到后，卷筒停止转动，此时伤员从头部至臀部均处于支撑平台上。最后，电动推杆回收将伤员承载平台由倾斜状态转变为水平状态，伤员转运完成。
35.4、回程：机器人拖拽伤员返回安全地点伤员转运至机器人本体上后，人机连接模块调转方向，使摄像头朝向动力辅助模块的方向。此时机器人车体朝向不变，运动模块驱动电机反转，机器人搭载着伤员返回安全地点。此处可根据现场救援环境选择是否需要动力辅助模块提供额外牵引力——若现场道路环境较为平整，则不需动力辅助模块作用；若现场道路环境较为复杂，有较大斜坡或障碍，则可以使用外置卷筒驱动模块辅助模块帮助机器人本体突破复杂环境完成救援任务。

技术特征：

1.一种便携式灾后救援机器人，包括机器人本体、内卷筒助力系统以及外卷筒模块，机器人本体包括机器人移动底盘以及伤员转运系统，移动底盘包括支撑车架以及行走轮和电机；其中：所述的伤员转运系统包括伤员承载平台以及头枕模块；所述的头枕模块包括头枕、机械臂以及拖拽连接器；所述的内卷筒助力系统以及外卷筒模块均为绳驱动机构；所述伤员承载平台通过支撑车架安装在移动底盘上，而头枕则安装在伤员承载平台上并能够沿着伤员承载平台的横向移动，且头枕的一端与内卷筒助力系统的动力输出端联动连接，头枕的另一端安装有所述的拖拽连接器；所述拖拽连接器的端部呈勾状设置，所述内卷筒助力系统的固定部分安装在伤员承载平台上；所述顶部支架上布置有机械臂安装架，机械臂底座安装在机械臂安装架上；所述的末端执行器能够牵拉拖拽连接器的勾状端部至目标位置；所述的外卷筒模块的固定部分配装有地脚螺栓，且外卷筒模块的动力输出端与支撑车架联动连接。2.根据权利要求1所述的便携式灾后救援机器人，其特征在于，所述头枕上方安装有顶部支架；所述顶部支架上布置有机械臂安装架，机械臂的固定端安装在机械臂安装架，机械臂的执行端布置有末端执行器；所述的末端执行器能够牵拉拖拽连接器的勾状端部至目标位置。3.根据权利要求2所述的便携式灾后救援机器人，其特征在于，所述头枕的底面配装有滑轮，滑轮能够嵌装在伤员承载平台上所铺设的滑轨中并能够沿滑轨移动；拖拽连接器的数量为两个，对称地安装在头枕处于前端的两侧，且每一个拖拽连接器的一端均通过拖拽连接器固定装置与头枕连接，另一端则呈勾状设置。4.根据权利要求3所述的便携式灾后救援机器人，其特征在于，所述内卷筒助力系统包括内卷筒总底座、轴承座支架a、轴承座支架b、内卷筒轴、内卷筒小轴承、第一挡圈、内卷筒键、内卷筒固定螺钉、内卷筒大轴承、第一电机、内卷筒、内卷筒大轴承座、内卷筒小轴承座以及内卷筒绳索；其中：所述第一电机为双轴电机，双轴电机的固定部分安装在第一电机架上，而双轴电机的两电机轴均各自依次通过内卷筒大轴承、内卷筒轴、内卷筒小轴承顺序传动连接；内卷筒大轴承座固定支撑在轴承座支架a上，内卷筒小轴承座固定支撑在轴承座支架b上，轴承座支架a、轴承座支架b和第一电机架分别与内卷筒总底座连接，同时电池盒也与内卷筒总底座连接，而内卷筒总底座则安装在伤员承载平台的尾端；所述的内卷筒大轴承安装在内卷筒大轴承座中，内卷筒小轴承安装在内卷筒小轴承座中，内卷筒轴上安装有内卷筒，内卷筒与内卷筒轴之间安装有内卷筒键，并通过内卷筒固定螺钉连接固定，且内卷筒与内卷筒小轴承之间设置有第一挡圈；内卷筒绳索缠绕在内卷筒上，且内卷筒绳索的驱动端与头枕连接。5.根据权利要求4所述的便携式灾后救援机器人，其特征在于，所述外卷筒模块包括地底座、外卷筒底座、电池、第二电机架、大轴承座支撑架、第二电机、外卷筒轴、第二挡圈、外卷筒大轴承座、外卷筒大轴承、外卷筒、外卷筒键、外卷筒小轴承座、外卷筒小轴承、第三挡圈、小轴承座支撑架、地脚螺栓以及外卷筒绳索；其中：
地脚螺栓配装在地底座上，以使地底座能够通过地脚螺栓安装在地上；外卷筒底座安装在地底座上，且外卷筒底座内设置有电池仓，电池仓中安装有电池；外卷筒底座上分别安装有第二电机架、大轴承座支撑架以及小轴承座支撑架，第二电机的固定部分通过第二电机架支撑，且第二电机与电池仓中的电池电性连接；大轴承座支撑架上安装有外卷筒大轴承座，外卷筒大轴承座内配装有外卷筒大轴承，小轴承座支撑架上安装有外卷筒小轴承座，且外卷筒大轴承的外侧端面与外卷筒大轴承座之间设置有第二挡圈，外卷筒小轴承座内则配装有外卷筒小轴承，且外卷筒小轴承的外侧端面与外卷筒小轴承座之间设置有第三挡圈，外卷筒轴的一端通过外卷筒大轴承支撑，并与所述第二电机的动力输出端连接固定，外卷筒轴的另一端通过外卷筒小轴承定位支撑；外卷筒套接在外卷筒轴外围，且外卷筒与外卷筒轴之间设置有外卷筒键，并通过外卷筒固定螺钉连接成一体；外卷筒绳索缠绕在外卷筒的外围，且外卷筒绳索的驱动端与车体的支撑车架联动连接。6.根据权利要求5所述的便携式灾后救援机器人，其特征在于，所述的伤员转运系统与立架之间通过平衡机构连接；所述的平衡机构包括推杆连接、推杆支架、推杆螺栓、推杆以及转轴；其中：伤员承载平台通过沿着车体纵向布置的转轴定位安装在支撑车架上；推杆为电动推杆，且推杆的上、下两端均分别依次通过推杆螺栓、推杆支架、推杆连接与伤员承载平台、支撑车架对应连接。7.根据权利要求6所述的便携式灾后救援机器人，其特征在于，所述的移动底座包括前车轮装配体以及后车轮装配体；所述的前车轮装配体包括前车轮、前轮连接轴；所述的后车轮装配体包括后车轮、后轮连接轴、后轮驱动电机以及后轮电机保护壳；所述的前车轮、后车轮的数量均有两个；每一个后车轮均配装有一根后轮连接轴，所述后轮连接轴与后轮驱动电机的动力输出端连接，后轮驱动电机安装在后轮电机保护壳中；两后车轮对称地分设在后轮电机保护壳的轴向两端；前轮连接轴、后轮连接轴之间通过带轮传动机构联动连接。8.根据权利要求7所述的便携式灾后救援机器人，其特征在于，所述的带轮传动机构包括后轮同步带轮、前同步带轮以及绕行在后轮同步带轮、前同步带轮外围的同步带，后轮同步带轮安装在后轮电机连接轴上，而前同步带轮则安装在前轮连接轴上。9.根据权利要求8所述的便携式灾后救援机器人，其特征在于，所述支撑车架上安装有导航模块。10.一种灾后救援方法，基于权利要求1所述的便携式灾后救援机器人而实现，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、组装首先将外卷筒模块置于地面安全位置，出绳端朝向伤员所在地，把配套地钉插入地下将模块固定于地面，然后将绳索挂钩与机器人底盘尾端圆环相连接；接着将导航模块的即插即用接头插入机器人底盘相应位置，完成机械与电气的双连接；而后，将拖曳辅助模块通过快速航空接头与机器人底盘上的伤员承载平台相连接，同时将头部保护装置沿着其两侧
的圆形导轨向前推至前端指定位置；最后，打开机器人底盘以及遥操作人机交互模块的电源开关，等待系统初始化；步骤二、去程在系统初始化完成后，救援人员使用遥操作手柄控制机器人前往指定地点救援伤员，同时控制外卷筒模块电机释放绳索，两者速度尽量保持一致；此时，救援人员通过机械臂上的摄像头和导航模块的摄像头激光雷达等传感器获取前进路线上的信息；当机器人行进至伤员附近时，救援人员需要调整机器人位姿使机器人朝向与伤员身体朝向一致；步骤三、救援当机器人到达指定地点后，电动推杆伸长，将伤员承载平台往下推至平台前端与地面接触后停止动作；接着，操作人员运行人机连接模块的示教动作将拖拽连接器从运动模块上抽出，然后通过视觉辅助，使用力反馈手柄远程遥控人机连接模块将拖拽连接器放置在伤员腋下；两只拖拽连接器放置完成后，救援人员使用遥操作手柄控制拖曳辅助模块卷筒收绳，将伤员拉上支撑平台；卷筒持续收绳，直至头枕保护模块被卷筒前端的距离传感器检测到后，卷筒停止转动，此时伤员从头部至臀部均处于支撑平台上；最后，电动推杆回收将伤员承载平台由倾斜状态转变为水平状态，伤员转运完成；步骤四、回程伤员转运至机器人本体上后，人机连接模块调转方向，使摄像头朝向动力辅助模块的方向；此时机器人车体朝向不变，运动模块驱动电机反转，机器人搭载着伤员返回安全地点；此处可根据现场救援环境选择是否需要动力辅助模块提供额外牵引力——若现场道路环境较为平整，则不需动力辅助模块作用；若现场道路环境较为复杂，有较大斜坡或障碍，则可以使用外置卷筒驱动模块辅助模块帮助机器人本体突破复杂环境完成救援任务。

技术总结

本发明公开了一种便携式灾后救援机器人及其救援方法。灾后救援机器人包括机器人本体、内卷筒助力系统以及外卷筒模块，机器人本体包括机器人移动底盘以及伤员转运系统，移动底盘包括支撑车架以及行走轮和电机；伤员转运系统包括伤员承载平台以及头枕模块；头枕模块包括头枕、机械臂以及拖拽连接器。内卷筒助力系统以及外卷筒模块均为绳驱动机构。本发明采用机械臂牵引拖拽连接器钩拉伤员腋下，并配合内卷筒助力系统牵引头枕模块在伤员承载平台上往复移动，实现伤员在机器人本体上的转移，并采用外卷筒模块牵引机器人本体在救灾现场的安全位点与救助位点之间往返。由此可知，本发明能够替代救援人员完成救援任务，争取抢救时间，提高救援效率。提高救援效率。提高救援效率。