消防機器人設計
消防機器人設計,消防,機器人,設計
附件4-4:任務書 畢 業(yè) 設 計 (論文) 任 務 書 茲發(fā)給 班學生 畢業(yè)設計(論文)任務書,內容如下: 1.畢業(yè)設計(論文)題目: 消防機器人設計(機械部分設計) 該設計要求機器人按照一定的軌跡行走,當達到目標物時,抓住目標并放置到小車(機器人)上,然后繼續(xù)向前運行,并完成90拐彎,達到第二個目標物,再次抓取放進車內。2.應完成的項目: (1)完成機器人的機械部分的結構設計;提出詳細的結構設計方案,并進行相關的理論分析和設計計算; (2)完成機器人本體的裝配圖和零件圖,裝配圖,零件圖標注、公差等要求符合機械制圖的國家標準,線型粗細分明、規(guī)范; (3)2014年3月10日-3月14日(第3周)完成開題報告;(4)2014年4月7日-4月11日(第7周)中期檢查(檢查任務書、開題報告、外文翻譯(字數(shù)3000),中期考核表等完成情況);(5)撰寫畢業(yè)設計說明書,要求符合“畢業(yè)設計(論文)格式規(guī)范”;(6)準備PowerPoint,2014年5月26日-5月30日完成答辯。 3.參考資料以及說明:(1)、參考相關的機器人的設計方法和原理;(2)、參考有關機械設計、機械制圖方面的資料,結合所學過的機械知識;(3)、參考第六屆中南地區(qū)及港澳地區(qū)大學生機械設計制造創(chuàng)新大賽消防機器人比賽有關規(guī)則。 4.本畢業(yè)設計(論文)任務書于2013年12 月23 日發(fā)出,應于 2014 年 5 月 16 日前完成,然后提交畢業(yè)設計(論文)答辯委員會進行答辯。 指導教師(導師組負責人) 簽發(fā), 年 月 日教研室負責人 審核, 年 月 日1.選題的背景和意義 近年來,我國石化等基礎工業(yè)有了飛速的發(fā)展,在生產過程中的易燃易爆和劇毒化學制品急劇增長,導致化學危險品和放射性物質泄漏、燃燒爆炸的事故增多。目前由于人們的防火意識比較差,生活中火災頻發(fā),消防戰(zhàn)士在滅火中犧牲寶貴生命的事件不在少數(shù),迫切要求機器代替人去執(zhí)行滅火任務。消防機器人屬于特種機器人范疇,它作為特種消防設備可以替代消防隊員接近火災現(xiàn)場實施有效的滅火救援作業(yè),開展各項火場偵察任務,尤其是在危險性大或者消防隊員不易接近的場合,消防機器人的應用將大大提高消防部門撲滅惡性火災的能力,對減少國家財產損失和滅火救援人員的傷亡具有重要的作用。一旦事故發(fā)生,假如沒有有效的方法、裝備及設施,救援人員將無法進入事故現(xiàn)場,而要冒然采取行動,往往只會造成無辜生命的犧牲,付出慘重代價,在我國消防部門配備消防機器人的問題非常迫切了。消防機器人的應用將大大提高消防部門撲滅惡性火災的能力 針對這個問題,前人已經做了很多的研究,有基于人為地控制機器人的活動和滅火,這樣使得不得不靠人來控制,浪費人力資源,不能很好的實現(xiàn)滅火的效果。 2.研究目標和內容 2.1 在消防小車上完成以下設計目標及內容: 1)個體功能: 要求機器人按照如圖所示的軌跡行走,當達到目標物時,抓住目標并放置到小車(機器人)上,然后繼續(xù)向前運行,并完成90拐彎,達到第二個目標物,再次抓取放進車內。 2)機械臂結構。機械臂機械結構形式的選型和設計,是根據(jù)實際需要進行的。在機械臂機構方面,結合機器人在各個領域及各種場合的應用,研究人員開展了豐富而富有創(chuàng)造性的工作。 3)運動控制技術。穩(wěn)健的運動控制技術是移動機器人整體性能的基礎,由于消防機器人機械臂本身是一個非完整約束系統(tǒng),是一個欠驅動的零漂移的動力學系統(tǒng),因此,該系統(tǒng)不能通過連續(xù)可微的時不變的狀態(tài)反饋加以鎮(zhèn)定。為此,通過時變、不連續(xù)控制以及混合策略,根據(jù)動力學模型和運動學模型,建立合理的反饋控制律,實現(xiàn)速度和轉向的自動控制,以及不同工作狀態(tài)之間的平穩(wěn)過渡,是該項技術的核心內容。2.2擬解決關鍵問題 2.2.1 消防機器人的機械手臂的結構設計 當移動平臺需要搭載如移動機械臂這樣的多自由度移動機構的時候,僅僅保留第一自由度即方向機,在方向機上加載移動機械臂,方向機的繞垂直方向360 度的旋轉也作為移動機械臂的自由度之一。 作為一款多功能移動機器人,為完成如排爆等任務,抓取危險品移動至安全排爆地點,移動機械臂必須具有足夠的自由度,能夠靈活的移動指定目標位置來抓取目標物,為此自由度至少應該在5 個以上。如何準確的夾持危險品,并順利的回收到車上。這也是該設計項目的一個重點。 1)手部結構。機械手手部(末端執(zhí)行器)結構形式多樣,但總的設計都有如下幾點基本要求:應具有適當?shù)膴A緊力和驅動力,手指握力(夾緊力)大小要適宜,力量過大則動力消耗多,結構龐大,不經濟,甚至會損壞抓取物體;力量過小則夾持不住或產生松動、脫落。在確定握力時,除考慮抓取物體重量外,還應考慮傳送或操作過程中所產生的慣性力和振動,以保證夾持安全可靠;手指應具有一定的開閉范圍,手指應具有一定的開閉角度(手指從張開到閉合繞支點所轉過的角度)或開閉范圍(對平移型手指從張開到閉合的直線移動距離),以便于抓取或退出物體;應保證抓取物體在手指內的夾持精度,應保證每個被抓取的物體,在手指內都有準確的相對位置;要求結構緊湊、重量輕、效率高,在保證自身剛度、強度的前提下,盡可能使結構緊湊、重量輕,以利于減輕手臂的負載。 2)臂部結構。手臂部件是機械手的主要部件。它的作用是支手部,并帶動它做橫向的空間運動。臂部運動的目的:把手部送到空間運動范圍內的任意一點。因此,臂部具有兩個自由度能滿足基本要求,即手臂的伸縮、左右升降(或俯仰)運動。 臂部運動速度要高,慣性要小。在一般情況下,手臂的移動和回轉、俯仰均要求勻速運動,但在手臂的啟動和終止瞬間,運動是變化的,為了減少沖擊,要求啟動時間的加速度和終止前減速度不能太大,否則引起沖擊和振動。手臂動作應靈活。為減少手臂運動件之間的摩擦阻力,盡可能用滾動摩擦代替滑動摩擦。位置精度要高。3.研究方法及技術路線 機器人的機械部分的結構設計;提出詳細的結構設計方案,并進行相關自由度和力矩分析和設計計算。 對每個機構上的連接進行自由度限制,并計算齒輪之間的配合公差。通過齒輪傳動來帶動左右兩個手的張開及收縮。多自由度機器人控制難度起來難度大,靈活度低,因而我們設計以四輪小車為載體的機器人,前輪為二輪導向輪,由一個伺服舵機驅動,實現(xiàn)轉彎及走直線的校正功能。機械手連接平行四邊形機構,可實現(xiàn)機械手整體平行移動,配合左右兩個傳感器,能夠準確識別危險品并將信號傳達至控制器,從而控制機械手實施救。4.研究工作基礎1、機械手的整體結構方案;2、機械手的運動分析;3、確定主要工作參數(shù);4、機械手手部、手腕、手臂各機構的設計和計算;5、車身的結構大小方案重點解決的問題是手爪夾緊的受力分析與計算,設計和計算機械手各部分結構,機械手機構圖、裝配圖與主要零件圖的繪制。5.實施計劃2014-3-11至2014-4-06: 完成機器人的機械部分的結構設計;提出詳細的結構設計方案,并進行相關的理論分析和設計計算;完成機器人本體的裝配圖和零件圖,裝配圖。2014-4-07至2014-4-11:中期檢查2014-5-13前:完成畢業(yè)設計的初稿。2014-5-31前:整理畢業(yè)設計的全部資料,修改不合格的部分,合格后全部資料裝訂成冊。2014-5-31前:通過畢業(yè)答辯的資格審查,準備畢業(yè)答辯。2014-6.1至6-10:進行畢業(yè)答辯。2014-6-17:上交所有的畢業(yè)設計資料6.論文提綱格式摘要目錄第一章 緒論第二章 結構設計與選擇論證第三章 機械手設計分析第四章 機器人本體的設計分析第五章 結論總結與體會參考文獻和注釋致謝參 考 文 獻 1 李新春等.移動機械手結構設計J. 機器人,2004(11):103106. 2龔振邦等.機器人機械設計.北京:電子工業(yè)出版社,19953 朱世強,王宣銀.機器人技術及其應用M. 杭州:浙江大學出版社,2001. 4 張毅等. 移動機器人技術及其應用M. 北京:電子工業(yè)出版社,2007. 5 劉極峰. 機器人技術基礎M. 北京:高等教育出版社,2006.6王天然.機器人.北京:化學工業(yè)出版社,2002蔣新松. 7 機器人學導論M. 沈陽:遼寧科學技術出版社,1994.8謝存禧.張鐵.機械人技術及其應用.北京:機械工業(yè)出版社,20059聶小軍. 工業(yè)機器人控制系統(tǒng)及其在玻璃加工設備的應用研究D.華南理工大學,201210李建昌,宮興,簡曉慧,盧紅星. 基于AT89C52單片機的消防救援機器人J. 消防科學與技術,2011,12:1163-1166
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