履帶式移動機器人結構設計開題報告

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1、畢業(yè)設計（論文）開題報告 題 目 履帶式移動機器人結構設計 系 部 機電系 專 業(yè) 機械工程及自動化 學生姓名 學號 指導教師 職稱 畢設地點 1課題綜述 1.1履帶式移動機器人設計的意義 在世界各地，由于自然災害、恐怖活動和各種突發(fā)事故等原因，災難經常發(fā)生。 在災難救援中，救援人員只有非常短的時間(約48小時)用于在倒塌的廢墟中尋找幸存者，否則發(fā)現(xiàn)幸存者的幾率幾乎為0。 在這種緊急而危險的環(huán)境下，救災機器人可以為救援人員提供幫助。 因此，將具有自主智能的救災機器人

2、用于危險和復雜的災難環(huán)境下“搜索和營救”。它們不但能夠幫助工作人員執(zhí)行救援工作，而且能夠代替工作人員執(zhí)行搜救任務，在災難救援中起著越來越重要的作用。 具體表現(xiàn)為: (1)機器人具有靈活性好、機動性強的特點，有較好的爬坡和越障能力，能適應現(xiàn)場各種各樣的地理環(huán)境。 比如，蛇形救災機器人能適應任何的復雜環(huán)境，在井下能自由運動。 (2)機器人的探測技術發(fā)展迅速，能迅速找到井下遇險礦工的位置。 機器人利用傳感器通過探測井下遇險礦工的呻吟聲、體溫的變化及心臟跳動的頻率的信息能找到他們的位置。 其次，機器人的視頻探測器(CCD攝像頭)具有信息直觀、能實現(xiàn)計算機輔助控制等特點，可以將現(xiàn)場環(huán)境的圖像返回到救災

3、中心，為進1步控制機器人的運動方向，制定下1步救災的方案提供決策依據(jù)。 最后，機器人還能進入井下區(qū)域，監(jiān)測事故現(xiàn)場(如溫度、瓦斯以及有害氣體的濃度)的變化，防止事故的2次發(fā)生。 (3)機器人具有為井下遇險礦工投放小包食品、藥物和通訊裝置等輔助功能，能有效地減少遇險礦工的傷亡人數(shù)。 1.2履帶式移動機器人國內外的現(xiàn)狀 從20 世紀80 年代起，國外就對小型履帶式機器人開展了系統(tǒng)研究。其中影響較大的是美國的NUGV 機器人、URBOT 和Talon 機器人。我國對履帶式機器人的研究也取得了一定成果，如北京航空航天大學研制的可重構履腿機器人、沈陽自動化研究所研制的CLIMBER 機構履腿機器人、

4、沈陽自動化研究所研制的CLIMBER 機器人、北京理工大學研制的四履腿機器人等。 綜合分析國內外所研究的履帶式移動機器人，大致可分為單節(jié)雙履帶式、雙節(jié)四履帶式、多節(jié)多履帶式、多節(jié)輪履復合式以及自重構式移動機器人。 （1）單節(jié)雙履帶式移動機器人 由中國航天科工集團第四研究院探測與控制技術研究所研制的雪豹20 是我國新一代排爆機器人，用于代替人工在危險區(qū)域進行危險物搜索和排除，以減少人員傷亡。該機器人能適應野外惡劣環(huán)境，能夠抓取15kg 重的可疑物，可放置帶線引爆裝置；通過更換專用手抓可實現(xiàn)不同形狀目標的抓取 由美國白特爾公司（Battelle）開發(fā)的ROCOMP 機動平臺主要用于運輸軍用

5、物資，其可上下樓梯和斜坡，能通過窄小房間和過道，采用無線電控制或按計算機預編程路線行駛，行駛中還能自動避開障礙物。 雪豹20 機器人 （2）雙節(jié)雙履帶式移動機器人 Quince 是一款由日本千葉工業(yè)大學開發(fā)的小型機器人。其體積只有玩具車大小，配備有四套滾輪、踏板設備以及6 個電燈馬達。Quince 機器人的機械手靈活到足以抓住門把手而打開門，可以運送食物或其他補給品，尤其是傳感器，它裝備的紅外感應器同時也是二氧化碳探測器，能夠監(jiān)測人體呼吸和體溫狀況。 Quince 機器人 美國iRobot 公司的Warrior（斗士）機器人，其已與日本國產清掃機組合，依靠履帶在建筑物內進行移

6、動清掃作業(yè)，此組合也可用于其他作業(yè)。 Warrior 機器人 （3）多節(jié)多履帶式移動機器人 由中國航天科工集團第四研究院探測與控制技術研究所研制的“排爆奇兵”機器人，其是我國新一代排爆機器人，用于代替人工在危險區(qū)域進行危險物搜索和排除。該機器人能適應野外惡劣環(huán)境，能夠抓取20kg 重的可疑物，可放置帶線引爆裝置，通過更換專用手抓可實現(xiàn)不同形狀目標的抓取。 “靈蜥-B”型遙控移動式作業(yè)機器人是一種具有抓取、銷毀爆炸物等功能的新型機器人。它由本體、控制臺、電動收纜裝置和附件箱四部分組成，體形“矯健” 由電池電力驅動，可維持工作數(shù)小時；三段履帶的設計可以讓機器人平穩(wěn)上下樓梯，跨越0.45

7、m 高的障礙，實現(xiàn)全方位行走，具備較強的地面適應能力。 “排爆奇兵”機器人 （4）多節(jié)輪履復合式移動機器人 輪履復合式一般為3 節(jié)，其中間為輪式，兩端為履帶臂。這種結構形式既可以充分發(fā)揮輪子的快速功能，又可以突出履帶良好的地面適應性。目前國內外正在積極開發(fā)該種機器人。像Y.Maeda 等多功能機器人、Andros 系列機器人以及中科院沈陽自動化所研制的CLIMBER 機器人等。 美國Remotec 公司（諾思羅普-格魯曼集團下屬全資子公司） 生產的MINI Andros II 機器人，其是Andros F6A 機器人的小型化版本，質量54kg，最大越障礙高度0.25m，輪胎可快

8、速拆卸變?yōu)槁膸Ｊ剑勺杂膳逝罉翘?。Andros 系列機器人已經有600 多臺在服役，用戶包括SWAT、美國海軍陸戰(zhàn)隊等。 MINI Andros II 機器人 2001 年研制的Andros F6A 機器人如圖6 所示，其也是美國Remotec 公司的產品，自重160kg，最大抓重25kg；行進速度5.5km/h，連續(xù)可調；爬坡能力45°，可自行上樓梯；機械手底盤可旋轉，輪胎可快速拆卸變?yōu)槁膸Ｊ剑豢煽焖傺b備北約標準12 號散彈槍、催淚彈發(fā)射器、煙幕發(fā)射器、激光或視頻瞄準器等。2003 年開始在伊拉克使用。 Andros F6A 機器人 履帶式移動機器人具有較強的實用

9、性和廣泛的適用性。履帶式機器人的研究與發(fā)展將方便人民日常的生產生活同時也方便了科學探測。 參考文獻 ［1］ Paul J L，NICHOLAS F，TORRIE M R，et al．Chaos an intelligent tracks，and legs［C］. Proceedings of SPIE，2005（5804）：427-438． ［2］ GRUARNIERI M，DEBENEST P，INOH T，et al． Development ofhelios VII: an arm-equipped tracked vehicle foe search an searchand r

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15、C E．Multi -modal locomotion roboticplatform using leg -track -wheel articulations ［J］．AutonomousRobots，2005（18）：137-156． 1. 畢業(yè)設計任務要研究或解決的問題和擬采用的方法： 2.1研究及解決的問題 1、 ?履帶式移動機器人發(fā)動機的選擇 2、 ?履帶式移動機器人傳動系統(tǒng)的設計 3、 ?履帶式移動機器人減震系統(tǒng)的設計 4、 履帶式移動機器人履帶的設計及選擇 5、 繪制履帶式移動機器人裝配圖 2.2 采用的方法 1、根據(jù)所需要的提供功率和扭矩選擇查閱資料選擇發(fā)動機 2、根據(jù)最終要求的移動速度，結合發(fā)動機、履帶輪等機構初步估算傳動比，然后根據(jù)估計得到的傳動比設計減速器 3、參照已有移動機器人上的實例設計減震系統(tǒng) 4、根據(jù)地面情況、車身重量、驅動節(jié)圓半徑等參數(shù)設計選擇履帶 5、運用CAD繪制二維裝配圖級零件圖或者Proe、UG建三維模型，裝配后直接出二維圖 指導教師意見（對課題的深度、廣度及工作量的意見和對畢業(yè)設計（論文）結果的預測）： 指導教師簽字： 年 月 日 上級審查意見： 負責人簽字： 年 月 日