王玲 楊彥宏 謝藏鋒 李達(dá)

摘要：一款針對(duì)戶外環(huán)境復(fù)雜，需要攝像取景，或地震等災(zāi)難紅外線探測(cè)的多足行走產(chǎn)品。人們對(duì)野生戶外環(huán)境比較感興趣，經(jīng)常去探險(xiǎn)或拍攝景象，地震等災(zāi)難發(fā)生，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，人們需要了解情況，探測(cè)生命跡象。這款產(chǎn)品旨在提供一種智能的戶外紅外線攝像和探測(cè)觀察裝置，幫助人們對(duì)戶外復(fù)雜環(huán)境和黑暗環(huán)境，需要攝像景象，或地震等災(zāi)難發(fā)生后，紅外線探測(cè)查找生命的裝置。

關(guān)鍵詞：多足行走裝置;紅外線攝像;探測(cè)觀察;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1技術(shù)背景

中國(guó)是世界上自然災(zāi)害最嚴(yán)重的少數(shù)幾個(gè)國(guó)家之一。害種類多，發(fā)生頻率高，災(zāi)情嚴(yán)重。中國(guó)位于歐亞、太平洋及印度洋三大板塊交匯地帶，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活躍，地震活動(dòng)十分頻繁，大陸地震占全球陸地破壞性地震的1/3，是世界上大陸地震最多的國(guó)家。

高原區(qū)域因地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，滑坡、泥石流、山體崩塌等地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生，比如四川省位于地球的地震帶，經(jīng)常發(fā)生地震，居民的房屋倒塌，財(cái)產(chǎn)損失，生命受到威脅。2010年4月14日，青海省玉樹(shù)藏族自治州玉樹(shù)市發(fā)生6次地震最高震級(jí)7.1級(jí)，地震造成2698人遇難。2015年8月12日22時(shí)51分，位于天津市濱海新區(qū)天津巷的瑞海國(guó)際物流有限公司危險(xiǎn)品倉(cāng)庫(kù)發(fā)生火災(zāi)爆炸事故。造成165人遇難（其中參與救援處置的公安現(xiàn)役消防人員24人、天津港消防人員75人、公安民警11人。2017年8月8日四川省北部阿壩州九寨溝縣發(fā)生7.0級(jí)地震，地震造成25人死亡（其中24名遇難者身份已確認(rèn)），525人受傷，6人失聯(lián)，176492人（含游客）受災(zāi)，73671間房屋不同程度受損（其中倒塌76間）。

各種災(zāi)難發(fā)生后，搖搖欲墜的房屋，某些工業(yè)廠房倒塌，輻射物泄露等等。于是，各種救援探測(cè)機(jī)器人紛紛誕生，如，日本的蛇型機(jī)器人，美國(guó)的履帶機(jī)器人，都是為適應(yīng)各種惡劣環(huán)境而設(shè)計(jì)。一款針對(duì)戶外環(huán)境復(fù)雜，需要攝像取景，或地震等災(zāi)難紅外線探測(cè)的產(chǎn)品，是仿生海膽救援探測(cè)機(jī)器通過(guò)伸縮部分關(guān)節(jié)，跨過(guò)障礙物，或是穿越狹小空間，深入到救援人員難以進(jìn)入的廢墟下進(jìn)行生命探測(cè)，分析有無(wú)傷亡人員存在。無(wú)線球形高清防暴攝像頭，適應(yīng)各種惡劣環(huán)境，適應(yīng)于具有II A.II B.II C類可燃性氣體引燃溫度組別為 T1-T6組的1區(qū).2區(qū).可燃性氣體或蒸汽與空氣形成的爆炸性混合物的場(chǎng)所，也適用于引燃溫度組別為T1-I6組的20區(qū).21區(qū).22區(qū).含有可燃性粉塵混合物的場(chǎng)所例如：石油、化工、軍事基地、醫(yī)藥、科研、鉆井平臺(tái)、糧食加工儲(chǔ)存.......

2多足行走裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

多足行走裝置，是一種戶外紅外線攝像和探測(cè)觀察的裝置，有效克服現(xiàn)有的戶外攝像和災(zāi)難紅外線探測(cè)裝置的品種少，移動(dòng)受限，形態(tài)難以適應(yīng)復(fù)雜和惡劣的環(huán)境，使用不方便。

（1）多足行走裝置所采用的技術(shù)方案：提供一種智能的戶外惡劣環(huán)境高清攝像，幫助人們?cè)趹敉鈴?fù)雜環(huán)境，需要攝像或取景;或地震等災(zāi)難發(fā)生后，復(fù)雜惡劣的環(huán)境中紅外線探測(cè)查找生命跡象的裝置。

（2）功能與材質(zhì)：針對(duì)戶外環(huán)境復(fù)雜，需要攝像取景，或地震等災(zāi)難紅外線探測(cè)查找的產(chǎn)品，一種戶外紅外線攝像和探測(cè)觀察多足行走裝置，分為如下四個(gè)部分：一套越障驅(qū)動(dòng)滾動(dòng)行走機(jī)構(gòu)，即帶可伸縮刺足的多足行走裝置;透明材質(zhì)的環(huán)體，承載電機(jī)、控制器和高清微型安防紅外線夜視攝像頭等內(nèi)部結(jié)構(gòu);一套平地行走機(jī)構(gòu)，以及一個(gè)遙控裝置。多足行走裝置，環(huán)氧樹(shù)脂材料，透明，呈兩個(gè)半圓形態(tài)，上面規(guī)律地排布著多組可伸縮刺足;通過(guò)兩個(gè)深溝球軸承，與帶刺足透明材質(zhì)的環(huán)體螺栓連接為一個(gè)整體，呈仿生海膽形態(tài);透明環(huán)氧樹(shù)脂材質(zhì)的環(huán)體，承載電機(jī)、控制器和高清微型安防紅外線夜視攝像頭等內(nèi)部結(jié)構(gòu);一套平地行走機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重力偏心，由于重力作用，正常狀態(tài)下，可以保證裝置的朝向與位置，紅外感應(yīng)及萬(wàn)向輪控制，可以行走和改變方向;一套雙驅(qū)動(dòng)與多足行走器連接，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜地形的滾動(dòng)行走，足頂吸盤設(shè)計(jì)，防跌落，近似點(diǎn)接觸，越過(guò)障礙，實(shí)現(xiàn)戶外惡劣環(huán)境攝像取景或?yàn)?zāi)難發(fā)生后，惡劣環(huán)境紅外線探測(cè)生命的目的。

（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：本戶外攝像和災(zāi)難紅外線探測(cè)多足行走裝置，遙控器近程和遠(yuǎn)程控制（如圖1），其結(jié)構(gòu)包括：多足行走裝置，幾組可伸縮刺足，透明環(huán)體，深溝球軸承，兩組驅(qū)動(dòng)電機(jī)，聯(lián)軸器，高清微型安防紅外線夜視攝像頭，控制器，萬(wàn)向輪、驅(qū)動(dòng)輪胎、螺栓和彈簧等組成（如圖2）。各部件的連接方式，內(nèi)部各個(gè)結(jié)構(gòu)，螺栓連接;多組刺足根部，粘接固定在半圓面體和透明環(huán)形體外側(cè);刺足為薄壁套筒結(jié)構(gòu)，內(nèi)部彈簧兩端固定連接，實(shí)現(xiàn)刺足的伸縮調(diào)整，足頂與橡膠材質(zhì)吸盤粘接。深溝球軸承型號(hào)6815-2RS61815RS，滾動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)為12V直流正反轉(zhuǎn)電機(jī)，行走機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)輪組型號(hào)為TAB-QT330B。高清微型安防紅外線夜視攝像頭7.1，自帶電池，與手機(jī)端下載的APP關(guān)聯(lián)，自帶熱點(diǎn)，不需要網(wǎng)絡(luò)，可錄像可錄音可夜視。用STC89C52RC芯片連接藍(lán)牙通訊模塊，兩個(gè)紅外模塊連接到芯片上。一個(gè)L298HN電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)兩個(gè)平地行走電機(jī)。用一個(gè)L298HN驅(qū)動(dòng)兩個(gè)滾動(dòng)越障電機(jī)。

3多足行走裝置的使用方法

遙控器近程或遠(yuǎn)程控制，一套平地行走機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)平地行走和控制方向;在復(fù)雜地形，一套多組刺足翻滾運(yùn)動(dòng)裝置，若干支撐點(diǎn)接觸越過(guò)障礙，實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)行走，實(shí)現(xiàn)戶外惡劣環(huán)境攝像取景。

多足行走器1.1和1.2，環(huán)氧樹(shù)脂材料，呈兩個(gè)半圓面形態(tài)，上面規(guī)律地排布著多組可伸縮刺足，可伸縮刺足，其結(jié)構(gòu)包括：支撐腿2.1＼2.2＼2.3---2.55，伸縮腿3.1＼3.2＼3.3＼---3.55，彈簧4.1＼4.2＼4.3＼----4.55，橡膠墊5.1＼5.2＼5.3＼---5.55，;通過(guò)兩個(gè)深溝球軸承6.3和6.4，與透明材質(zhì)的環(huán)體6.1連接為一個(gè)整體，整體呈仿生海膽形態(tài);透明材質(zhì)的環(huán)體6.1，外面有規(guī)律排布的刺足，內(nèi)部固定承載一套翻滾驅(qū)動(dòng)電機(jī)7和7.8、控制器7.2和高清微型安防紅外線夜視攝像頭7.1等內(nèi)部結(jié)構(gòu);一套平地行走機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重力偏心，重力大端下垂，實(shí)現(xiàn)平地行走部分包括：紅外感應(yīng)7.3，萬(wàn)向輪9，驅(qū)動(dòng)電機(jī)9.7和9.8，輪胎9.1和9.2。一套翻滾驅(qū)動(dòng)與多足行走器1.1和1.2連接，實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)行走。點(diǎn)接觸滾動(dòng)行走越過(guò)障礙，實(shí)現(xiàn)戶外惡劣環(huán)境攝像取景或?yàn)?zāi)難發(fā)生后，惡劣環(huán)境紅外線探測(cè)生命的目的。

4多足行走裝置的有益效果

一種戶外紅外線攝像和探測(cè)觀察多足行走裝置，靈感來(lái)自海膽的仿生設(shè)計(jì)，野生戶外攝像與取景，災(zāi)難發(fā)生后的生命觀察與尋找，多足行走機(jī)構(gòu)通過(guò)伸縮部分關(guān)節(jié)，驅(qū)動(dòng)力的作用，翻滾跨越高低不平的障礙物，整體形態(tài)較小，可以穿越狹小空間，深入到救援人員難以進(jìn)入的黑暗廢墟下進(jìn)行生命探測(cè)，通過(guò)手機(jī)APP觀察有無(wú)傷亡人員存在，可以攝像和取景，實(shí)現(xiàn)探測(cè)救援的目的，達(dá)到人無(wú)法達(dá)到的工作效力。

備注：課題來(lái)源于2020年遼寧科技大學(xué)《產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》一流本科課程建設(shè)項(xiàng)目階段成果。