蛇形搜救機(jī)器人的原理機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

《蛇形搜救機(jī)器人的原理機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《蛇形搜救機(jī)器人的原理機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)（17頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、海量機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)，請(qǐng)聯(lián)系海量機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)，請(qǐng)聯(lián)系 Q99872184Q99872184目 錄摘要摘要.1ABSTRACT.1 引言引言.2一、緒論一、緒論.2 1.1 背景及意義.2 1.1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)及研究狀況 .3二、設(shè)計(jì)方案二、設(shè)計(jì)方案.52.1 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì).52.2 驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì) .62.2 基本尺寸.7三、蛇形機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)分析三、蛇形機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)分析.7 73.1 蛇形機(jī)器人蠕動(dòng)分析.83.2 蛇形機(jī)器人蜿蜒運(yùn)動(dòng).103.3 蛇形機(jī)器人側(cè)向運(yùn)動(dòng).113.4 蛇形機(jī)器人側(cè)向翻滾.12四、蛇形機(jī)器人的齒輪設(shè)計(jì)四、蛇形機(jī)器人的齒輪設(shè)計(jì).124.1.1 確定轉(zhuǎn)速124.1.2 確定齒數(shù)124.

2、1.3 確定齒輪馬達(dá)排量124.1.4 確定齒輪模數(shù)134.1.5 確定齒寬.134.1.6 齒輪參數(shù)表. .134.2 齒面接觸強(qiáng)度校核.154.2.1 使用系數(shù) Ka 的確定.154.2.2 齒輪精度的確定.154.2.3 動(dòng)載系數(shù) Kv 的確定.16 4.2.4 齒向載荷分布系數(shù)的確定.164.2.5 齒間載荷分配系數(shù)的確定.164.2.6 彈性系數(shù) Ze.164.2.7 動(dòng)載系數(shù)K16 4.2.8 齒寬系數(shù).174.2.9 接觸疲勞強(qiáng)度極限. .174.2.10 計(jì)算循環(huán)應(yīng)力次數(shù).174.2.11 接觸疲勞壽命系數(shù).174.2.12 齒輪的輸入功率.164.2.13 齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩.1

3、7 4.2.14 計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度.184.3 齒面彎曲強(qiáng)度校核.184.3.1 彎曲疲勞強(qiáng)度極限.184.3.2 彎曲疲勞壽命系數(shù).184.3.3 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力.194.3.4 載荷系數(shù).194.3.5 齒形系數(shù)及應(yīng)力校正系數(shù).194.3.6 計(jì)算齒根危險(xiǎn)截面彎曲強(qiáng)度.19五、蛇形機(jī)器人電機(jī)的選擇五、蛇形機(jī)器人電機(jī)的選擇.20六、蛇形機(jī)器人的導(dǎo)航分析六、蛇形機(jī)器人的導(dǎo)航分析.21七、工作原理分析七、工作原理分析.21八、主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)八、主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn).22九、應(yīng)用前景分析九、應(yīng)用前景分析.22致謝致謝23參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).24海量機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)，請(qǐng)聯(lián)系海量機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)，請(qǐng)聯(lián)系 Q998721

4、84Q998721841蛇形搜救機(jī)器人的原理機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)蛇形搜救機(jī)器人的原理機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)摘要：本設(shè)計(jì)是一種可攜帶的齒輪式蛇形搜救機(jī)器人，它集成了機(jī)械工程、電子技術(shù)、智能控制、計(jì)算機(jī)科學(xué)等多科領(lǐng)域先進(jìn)研究成果，在救援中可用于環(huán)境勘探、破障、目標(biāo)指示跟蹤，可以為救援人員提供有效的信息以便做出最有效的措施。本論文的研究目的是設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)新穎、具有獨(dú)創(chuàng)性、可攜帶抗沖擊的智能移動(dòng)機(jī)器人。關(guān)鍵詞：蛇形搜救機(jī)器人；三維仿真；輪子移動(dòng)The Principle of Serpentine Search and Rescue Robot Mechanism DesignAbstract: This design is a

5、kind of portable gear type serpentine, search and rescue robot, it integrates mechanical engineering, electronic technology, intelligent control, computer science, and other areas of the multidisciplinary advanced research achievements, can be used in the environment of exploration in the rescue, to

6、 break the barrier, tracking target designation, can provide effective information for rescue workers to make the most effective measures. The research purpose of this paper is to design novel, original, portable resistance to impact of intelligent mobile robot.Key Words: Snake search and rescue rob

7、ot; 3 d simulation; The wheel moving2引言引言蛇形搜救機(jī)器人是一種高冗余度移動(dòng)機(jī)器人，具有多于確定機(jī)器人空間位置和姿態(tài)所需的自由度使得它可以摹仿生物蛇的無(wú)肢運(yùn)動(dòng)。蛇形機(jī)器人可適應(yīng)各種復(fù)雜地形的行走,其性能優(yōu)于傳統(tǒng)的行走機(jī)構(gòu),在許多領(lǐng)域具有非常廣泛的應(yīng)用景。如在有輻射、有粉塵、有毒及戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境執(zhí)行偵察任務(wù);在地震、塌方及火災(zāi)后的廢墟中找尋傷員；在狹小和危險(xiǎn)條件下探測(cè)和疏通管道；為人們?cè)趯?shí)驗(yàn)室里研究數(shù)學(xué)、力學(xué)、控制理論和人工智能等提供實(shí)驗(yàn)平臺(tái)等等。在 21 世紀(jì)的今天，隨著自然災(zāi)害、恐怖活動(dòng)和各種突然事故發(fā)生的越來(lái)越多，在災(zāi)難救援中，救援人員用較短的時(shí)間在廢墟中尋

8、找幸存者的幾率比較小，在這種緊急而危險(xiǎn)的情況下，救援機(jī)器人可以為救援人員提供有效的幫助。因此，將具有自主智能的救援機(jī)器人用于危險(xiǎn)而復(fù)雜的環(huán)境中搜索和營(yíng)救幸存者是非常實(shí)用的。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展煤炭的消耗越來(lái)越大，而我國(guó)的煤炭事業(yè)大多數(shù)為礦工開(kāi)采，所以存在的不安全因素很多，瓦斯煤塵和火災(zāi)等災(zāi)害事故頻繁發(fā)生，災(zāi)害事故嚴(yán)重傷害礦工和造成重大經(jīng)濟(jì)損失。因此開(kāi)發(fā)具有智能的救援機(jī)器人是非常具有現(xiàn)實(shí)意義的。目前，救災(zāi)方式只是根據(jù)事故的類型確定救災(zāi)的方案，一般救護(hù)人員無(wú)法進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域，只能通過(guò)提升絞車(chē)、移動(dòng)式風(fēng)車(chē)等設(shè)備清除垃圾，向井下通風(fēng)，然后再搜救遇險(xiǎn)礦工。 這種方式危險(xiǎn)性大，傷亡人數(shù)多，救災(zāi)周期長(zhǎng)，往往效率

9、低。 隨著科技的發(fā)展，機(jī)器人將被應(yīng)用到煤礦救災(zāi)領(lǐng)域。一、緒論一、緒論11 背景及意義背景及意義隨著科學(xué)的日益進(jìn)步和人們生活水平的不斷提高，機(jī)器人作為 20 世紀(jì)人類的偉大發(fā)明之一，已經(jīng)逐步地進(jìn)入了生產(chǎn)和生活領(lǐng)域：工業(yè)生產(chǎn)中的用力進(jìn)行超精密加工的并聯(lián)機(jī)器人，海洋勘探領(lǐng)域中的水下機(jī)器人，太空探索領(lǐng)域中的行星探測(cè)器如美國(guó)的火星車(chē)，流水線上代替人工的工業(yè)機(jī)器人，類人機(jī)器人和仿生機(jī)器人。這些機(jī)器人的出現(xiàn)并逐步應(yīng)用，使我們能強(qiáng)烈地感受到機(jī)器人應(yīng)用范圍之廣，影響程度之深。 在 21 世紀(jì)的今天，隨著自然災(zāi)害、恐怖活動(dòng)和各種突然事故發(fā)生的越來(lái)越多，在災(zāi)難救援中，救援人員用較短的時(shí)間在廢墟中尋找幸存者的幾率比較

10、小，在這種緊急而危險(xiǎn)的情況下，救援機(jī)器人可以為救援人員提供有效的幫助。因此，將具有自主智能的救援機(jī)器人用于危險(xiǎn)而復(fù)雜的環(huán)境中搜索和營(yíng)救幸存者是非常實(shí)用的。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展煤炭的消耗越來(lái)越大，而我國(guó)的煤炭事業(yè)大多數(shù)為礦工開(kāi)采，所以存在的不安全因素很多，瓦斯煤塵和火災(zāi)等災(zāi)害事故頻繁發(fā)生，災(zāi)害事故嚴(yán)重傷害礦工和造成重大經(jīng)濟(jì)損失。因此開(kāi)發(fā)具有智能的救援機(jī)器人是非常具有現(xiàn)實(shí)意義的。目前，救災(zāi)方式只是根據(jù)事故的類型確定救災(zāi)的方案，一般救護(hù)人員無(wú)法進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域，只能通過(guò)提升絞車(chē)、移動(dòng)式風(fēng)車(chē)等設(shè)備清除垃圾，向井下通風(fēng)，然后再搜救遇險(xiǎn)礦工。 這種方式危險(xiǎn)性大，傷3亡人數(shù)多，救災(zāi)周期長(zhǎng)，往往效率低。 隨著科技的

11、發(fā)展，機(jī)器人將被應(yīng)用到煤礦救災(zāi)領(lǐng)域。 機(jī)器人的研究領(lǐng)域已經(jīng)從結(jié)構(gòu)環(huán)境下的定點(diǎn)作業(yè)中走出來(lái)，向著非結(jié)構(gòu)環(huán)境下的自主作業(yè)方向發(fā)展。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)不能滿足機(jī)器人在非結(jié)構(gòu)化的、未知環(huán)境下作業(yè)的要求，要解決的主要問(wèn)題之一就是能實(shí)現(xiàn)新的運(yùn)動(dòng)方式。傳統(tǒng)的輪式移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)平滑,效率高,但需要相對(duì)光滑的地面,不能夠適應(yīng)惡劣的環(huán)境。同樣使用履帶，可以改進(jìn)移動(dòng)機(jī)構(gòu)適應(yīng)地面的能力，但它卻無(wú)法充分實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的靈活性。步行機(jī)器人有著諸如運(yùn)動(dòng)的速度慢和穩(wěn)定性差等弊端，這就促使人們?nèi)ミM(jìn)一步尋找靈活的運(yùn)動(dòng)模式。而自然界的蛇的運(yùn)動(dòng)是一種“無(wú)肢運(yùn)動(dòng)”,它不需要輪子和腿。蛇由于在結(jié)構(gòu)上無(wú)肢，可以爬樹(shù)、游水、鉆洞、繞過(guò)障礙物、穿

12、越沙漠，在平坦的地面爬行更是能達(dá)到行動(dòng)如飛。蛇的身體，雖然只不過(guò)象一條繩子，但具有多種運(yùn)動(dòng)變化方式，功能強(qiáng)大：在前行的時(shí)候可以當(dāng)“腿腳” ，在攀爬的時(shí)候可以當(dāng)“手臂” ，而在攫取東西的時(shí)候又可以當(dāng)“手指” 。 蛇形機(jī)器人模擬自然界蛇的無(wú)肢結(jié)構(gòu)，具有多關(guān)節(jié)、多自由度，多冗余自由度的特點(diǎn)，可以有多種運(yùn)動(dòng)模式，良好的地面適應(yīng)性和運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性，在許多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景：如在有輻射、有毒等危險(xiǎn)環(huán)境下的偵察和搜索；在地震、塌方及火災(zāi)后的廢墟中搜尋災(zāi)難幸存者；在狹小和危險(xiǎn)條件下探測(cè)和疏通管道；在航空航天領(lǐng)域可用其作為行星表面探測(cè)器，軌道衛(wèi)星的柔性手臂。蛇形機(jī)器人具有穩(wěn)定性好、橫截面小、柔性等特點(diǎn)，能在各種

13、粗糙、陡峭、崎嶇的復(fù)雜地形上行走，并可攀爬障礙物，這是以輪子或腿作為行走工具的機(jī)器人難以做到的。由于其環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，因此，在廢墟搜索救援工作中，具有廣闊的應(yīng)用前景。1.21.2 國(guó)內(nèi)外的發(fā)展趨勢(shì)和研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外的發(fā)展趨勢(shì)和研究現(xiàn)狀在救援機(jī)器人的研究方面，美國(guó)走在了世界前列，他具有獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)性無(wú)人作業(yè)，加上近年來(lái)災(zāi)難事故的不斷增多，小型智能履帶機(jī)器人的研究工作越來(lái)越受到現(xiàn)在人的高度重視。日本大阪大學(xué)研制出蛇形機(jī)器人，能在高低不平的模擬廢墟上前進(jìn)，其頂端帶有 1 部小型監(jiān)視器，身體部位安裝傳感器，可以在地震后的廢墟里尋找幸存者。 當(dāng)今美國(guó)研究的智能機(jī)器人，能適應(yīng)崎嶇不平的地形環(huán)境、爬樓梯，它主要

14、執(zhí)行偵察、尋找幸存者、勘探化學(xué)品泄漏等任務(wù)。1995 年日本神戶-大阪地震及其后發(fā)生在美國(guó)俄克拉荷馬州的阿爾弗德聯(lián)邦大樓爆炸案，揭開(kāi)了救援機(jī)器人技術(shù)研究的序幕。2001 年美國(guó)的 911 事件，美國(guó)機(jī)器人輔助救援中心和其他一些單位的救援機(jī)器人參與了救援活動(dòng)。例如 Foster-Miller 公司的系統(tǒng)（圖 1） 、Tolon 系統(tǒng)（圖 2）以及 Inuktun 公司的 Vgtv 系統(tǒng)（圖 3、圖 4） ，如下圖所示：4圖 1Foster-Miller 公司的系統(tǒng)圖 2 Tolon 系統(tǒng)日本的 Hirose 教授首先提出蛇形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，并研制出了第一個(gè)蛇形機(jī)器人（如圖 3 顯示）圖 4 為蛛

15、型機(jī)器人“星標(biāo)” 。圖 3 蛇形機(jī)器人5圖 4 星標(biāo)隨著對(duì)救援機(jī)器人的不斷深入研究，越小而效率高的履帶式救援機(jī)器人深受大家的喜愛(ài)。在目前的救援工作中，往往釋放許多的機(jī)器人，以擴(kuò)大搜索范圍，提高工作效率，并且多個(gè)機(jī)器人協(xié)同合作，可以提高信息的可靠性和準(zhǔn)確性。各個(gè)機(jī)器人之間相互交流可以解決諸如定位、全覆蓋、翻越障礙等單個(gè)機(jī)器人難以處理的問(wèn)題。履帶式的機(jī)器人撐地面積大、摩擦大能更好的翻越障礙，所以現(xiàn)在是主流。而國(guó)內(nèi)現(xiàn)在針對(duì)救援機(jī)器人的研究相對(duì)分散，主要集中在警用、民用的便攜式履帶機(jī)器人。雖然我國(guó)救援機(jī)器人的研究才剛剛起步但進(jìn)展很快。例如清華大學(xué)精密系及其自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室的微小型機(jī)器人可以很好的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)、

16、視覺(jué)信息的分析處理。二、設(shè)計(jì)方案二、設(shè)計(jì)方案蛇形機(jī)器人是將蛇的結(jié)構(gòu)加以簡(jiǎn)化，提出了連桿鉸鏈機(jī)構(gòu),分析了自然界蛇的典型運(yùn)動(dòng)方式。本設(shè)計(jì)包括對(duì)蛇形機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)運(yùn)動(dòng)形式進(jìn)行分析，確定蛇形機(jī)器人的控制方案以及選擇的傳感器，使機(jī)器人在復(fù)雜的地面上工作，實(shí)現(xiàn)救災(zāi)功能。2.12.1 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)從仿生的角度對(duì)蛇形機(jī)器人的機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并對(duì)其運(yùn)動(dòng)機(jī)理進(jìn)行了研究，提出一種新型的可重構(gòu)蛇形機(jī)器人機(jī)構(gòu)，如圖 1 所示。智能控制單元是由一個(gè)控制板和一個(gè)舵機(jī)組成，舵機(jī)是和舵機(jī)架相連接，舵機(jī)架和轉(zhuǎn)動(dòng)框架相互連接。工作時(shí)，舵機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)連接的圓形舵帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)框架轉(zhuǎn)動(dòng)。舵機(jī)的輸出由活動(dòng)板傳遞給下一單元。同時(shí)，連

17、接板上的連接孔均勻地分布在同一直徑的圓周上，可保證兩模塊按軸線平行或垂直方式連接，實(shí)現(xiàn)了模塊間連接的通用性，達(dá)到機(jī)構(gòu)可重構(gòu)的設(shè)計(jì)目的。6圖 1 蛇形機(jī)器人的連接結(jié)構(gòu)蛇形機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)單元主要有兩種組合形式，方案一是單元間的舵機(jī)架與轉(zhuǎn)動(dòng)框架平行連接，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)單元的轉(zhuǎn)動(dòng)軸為平行關(guān)系，如圖 2 所示，單元組可進(jìn)行二維空間的運(yùn)動(dòng)。圖 2 蛇形機(jī)器人的連接方式一 2.2 驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì) 蛇形機(jī)器人采用的齒輪式驅(qū)動(dòng)裝置，每個(gè)關(guān)節(jié)安裝 3 個(gè)齒輪，通過(guò)伺服電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)圓錐齒輪可以使其運(yùn)行 ，如下圖設(shè)計(jì)72.32.3 基本尺寸基本尺寸蛇形機(jī)器人總長(zhǎng)度為 70 cm，重約 2.5kg -5kg，機(jī)構(gòu)的主體材料是

18、鋁合金，在下表面是摩擦系數(shù)比較大的附加材料，主要是為了增加機(jī)構(gòu)和地面之間的摩擦力。機(jī)構(gòu)的各部分的參數(shù)如下表所示。舵機(jī)扭力 3.5kg.cm重量 36g工作電流280mA速度 0.5 sec/60 degree工作電壓 4.86.0V尺寸 40.8*20.1*36.5電池 1品牌 GE POWER重量71g標(biāo)稱電壓 11.1V標(biāo)稱容量860mah放大倍率持續(xù)20C尺寸 56*31*22mm電池 2品牌 GE POWER重量33g標(biāo)稱電壓:7.4V標(biāo)稱容量:500mAh放電倍率:持續(xù)20C尺寸 55*31*11mm舵機(jī)架材料 鋁合金重量 20.83g尺寸 56*50*66mm轉(zhuǎn)動(dòng)框架材料 鋁合金重

19、量 48.21g尺寸 64*25*42mm蛇形機(jī)器人總共有 10 個(gè)關(guān)節(jié)，其中包括一個(gè)頭和一個(gè)尾。在頭部安裝了兩只眼睛,利用螺釘連接。眼睛不只為裝飾,將其做成兩個(gè)部件的裝配結(jié)構(gòu),眼球內(nèi)裝有傳感器,實(shí)現(xiàn)智能控制。尾部是整個(gè)機(jī)器人的供電中心,需要安裝一塊 6V 的電池,為了使其在運(yùn)動(dòng)中穩(wěn)定且不發(fā)生松動(dòng)或滑落現(xiàn)象,采用雙側(cè)卡槽的安裝方式,底部加上限位螺釘。三、蛇形機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)分析三、蛇形機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)分析此處刪減 NNNNNNNNNNNNNNNN 字 8需要整套設(shè)計(jì)請(qǐng)聯(lián)系 q：99872184。徑向力 t12T2 100000F2469.1Nd81 （式 2-12）因?yàn)辇X數(shù)比 u=1 = 872.3M

20、Pa （式 2-13）u1ubdKF2.5Z1tEH H所以齒輪的劫持疲勞強(qiáng)度滿足要求。4.34.3 齒面彎曲強(qiáng)度校核齒面彎曲強(qiáng)度校核4.3.14.3.1 彎曲疲勞強(qiáng)度極限彎曲疲勞強(qiáng)度極限由機(jī)械設(shè)計(jì)圖 10-20c 查得齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 。630MPaFE4.3.24.3.2 彎曲疲勞壽命系數(shù)彎曲疲勞壽命系數(shù)由機(jī)械設(shè)計(jì)圖 10-18 取彎曲疲勞壽命系數(shù):0.85KFN 如下圖：圖 2-4 彎曲疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù)FNK4.3.34.3.3 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.3 則： 9 （式 2-14） MPa1241.36300.85SKFEFNF4.3.

21、44.3.4 載荷系數(shù)載荷系數(shù) 1.35 1.1 1.3 11.9305AVFFKK K KK 4.3.54.3.5 齒形系數(shù)及應(yīng)力校正系數(shù)齒形系數(shù)及應(yīng)力校正系數(shù)由機(jī)械設(shè)計(jì)表 105 查取齒形系數(shù)FaY2.91 應(yīng)力校正系數(shù)SaY1.53。4.3.64.3.6 計(jì)算齒根危險(xiǎn)截面彎曲強(qiáng)度計(jì)算齒根危險(xiǎn)截面彎曲強(qiáng)度 tSaFaFFKFY Y1.9305 2469.1 2.91 1.53157.2MPabm30 4.5 （式 2-15）所以，按齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核，所選齒輪參數(shù)符合要求，按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核亦符合。此齒輪的設(shè)計(jì)符合強(qiáng)度要求。電機(jī)選型五、蛇形機(jī)器人電機(jī)的選擇五、蛇形機(jī)器人電機(jī)的選擇1

22、1、電機(jī)類型選擇、電機(jī)類型選擇多功能爬樓梯裝置的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)電機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，它在一定程度上決定了裝置使用的安全性、可靠性。平地驅(qū)動(dòng)采用兩個(gè)小功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)，爬樓動(dòng)作由另兩個(gè)大功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)。整個(gè)系統(tǒng)以蓄電池作為供電能源，可供選擇的電機(jī)有步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)和無(wú)刷直流電機(jī)14。(l)(l)步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)具有轉(zhuǎn)矩大、慣性小、響應(yīng)頻率高等優(yōu)點(diǎn)，能夠快速起動(dòng)與停止。它通常不需要反饋就能對(duì)位移或速度進(jìn)行精確控制，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便。但是步進(jìn)電機(jī)能耗太大，速度也不高，且存在一個(gè)固有缺點(diǎn)，即在低速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)振動(dòng)和噪聲大，不利于整個(gè)裝置的穩(wěn)定。(2)(2)直流電機(jī)直流電機(jī)直流電機(jī)具有良好的起動(dòng)、制動(dòng)

23、和調(diào)速特性，具有很寬的調(diào)速范圍，且易于平滑調(diào)節(jié)。它具有控制特性好、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，滿足裝置對(duì)突發(fā)情況做出反應(yīng)的靈敏性要求；而且低速時(shí)平穩(wěn)性好，滿足了裝置在爬樓運(yùn)動(dòng)時(shí)低速穩(wěn)定性的要求;起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、過(guò)載能力強(qiáng)，可以滿足裝置爬坡、翻越臺(tái)階的性能要求。但是傳統(tǒng)的直流電機(jī)均采用換相器和電刷以機(jī)械10方法進(jìn)行換相，因而存在相對(duì)的機(jī)械摩擦，由此帶來(lái)噪聲、火花、無(wú)線電干擾以及壽命短等問(wèn)題，需要經(jīng)常維護(hù)。(3)(3)無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)刷直流電機(jī)針對(duì)傳統(tǒng)直流電機(jī)的上述弊病，無(wú)刷直流電機(jī)采用電子換相電路取代了機(jī)械換相裝置，不僅繼承了直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，且具有無(wú)噪音、免維護(hù)、可靠性高的優(yōu)越特性。因此我們選用無(wú)刷直流電機(jī)作為

24、裝置的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，前輪驅(qū)動(dòng)和后輪轉(zhuǎn)向各采用兩個(gè)普通的無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。2 2、電機(jī)型號(hào)選擇、電機(jī)型號(hào)選擇由上可知，本設(shè)計(jì)采用普通無(wú)刷直流電機(jī)作為動(dòng)力源,機(jī)器人最大載重為 20KG，平地最大速度為 1.5km/h，車(chē)體及電池重量大約為 15KG。（1 1） 驅(qū)動(dòng)電機(jī)選型驅(qū)動(dòng)電機(jī)選型功率計(jì)算： 1220159.8 0.42/144.06PFmmgkgm sW根據(jù)以上計(jì)算及各個(gè)參數(shù)，本設(shè)計(jì)選擇濟(jì)南科亞電子科技有限公司生產(chǎn)的 ZW57BL90-230 型直流無(wú)刷電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，ZW57BL90-230 型直流無(wú)刷電機(jī)參數(shù)如表 3.3 所示。表 3.3 ZW57BL90-230 型直流無(wú)刷電機(jī)參數(shù)型號(hào)額

25、定功率額定電壓最大轉(zhuǎn)矩ZW57BL90-230180W24V2Nm（2 2） 轉(zhuǎn)向電機(jī)選型轉(zhuǎn)向電機(jī)選型 轉(zhuǎn)向電機(jī)只負(fù)責(zé)車(chē)體轉(zhuǎn)向故不需太大的功率，因此本設(shè)計(jì)選擇濟(jì)南科亞電子科技有限公司生產(chǎn)的 ZW57BL52-225 型直流無(wú)刷電機(jī)作為轉(zhuǎn)向電機(jī)，ZW57BL52-225 型直流無(wú)刷電機(jī)參數(shù)如表 3.4 所示。表 3.4 ZW57BL52-225 型直流無(wú)刷電機(jī)參數(shù)型號(hào)額定功率額定電壓最大轉(zhuǎn)矩ZW57BL52-22545W24V0.5Nm六、蛇形機(jī)器人的導(dǎo)航分析六、蛇形機(jī)器人的導(dǎo)航分析機(jī)器人導(dǎo)航相關(guān)技術(shù)包括機(jī)器人定位與地圖構(gòu)建機(jī)器人路徑規(guī)劃?rùn)C(jī)器人體系結(jié)構(gòu)傳感器數(shù)據(jù)融合傳感器的導(dǎo)航方式是移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)

26、航發(fā)展的必然趨勢(shì)這種多傳感器的信息融合。對(duì)于救災(zāi)的蛇形機(jī)器人的研究領(lǐng)域已經(jīng)從結(jié)構(gòu)環(huán)境下的定點(diǎn)作業(yè)中走出來(lái)向著非結(jié)構(gòu)環(huán)境下的自主作業(yè)，未知環(huán)境中的蛇形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃面臨兩個(gè)主要問(wèn)題蛇形機(jī)器人的導(dǎo)航和路徑規(guī)劃解決辦法是采用傳感器和空間構(gòu)形法在蛇形機(jī)器人都安裝了一些非視覺(jué)傳感器如超聲傳感器紅外傳感器接觸傳感器等 ，利用這些傳感器可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人導(dǎo)航。超聲數(shù)據(jù)與圖像數(shù)據(jù)結(jié)合通過(guò)事先訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)障礙物的可能位置從而11使得機(jī)器人能夠在動(dòng)態(tài)非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航，技術(shù)充分利用了多個(gè)傳感器的資源通過(guò)對(duì)這些傳感器及其觀測(cè)信息的合理支配和利用把多個(gè)傳感器在空間或時(shí)間上的冗余或互補(bǔ)信息根據(jù)一定的準(zhǔn)則進(jìn)行

27、組合從而獲得對(duì)被測(cè)對(duì)象的一致性解釋或描述因此它不但能夠提高導(dǎo)航精度同時(shí)也使整個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)具有了較高的魯棒性。七、工作原理分析七、工作原理分析蛇形機(jī)器人的工作原理是靠機(jī)器人與地面之間的摩擦來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。我們所設(shè)計(jì)的機(jī)器人不僅可以在廢墟中尋找生命，還可以用于星球探測(cè)等地形很復(fù)雜的場(chǎng)所。這里所設(shè)計(jì)的機(jī)器人具有自我分析的能力，根據(jù)傳感器獲得的地面信息能夠進(jìn)行自我分析，然后采用最適合的運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，所以蛇形機(jī)器人可以在非結(jié)構(gòu)環(huán)境中進(jìn)行工作。八、主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)八、主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)（1）本作品中所設(shè)計(jì)的機(jī)器人是按照自然界中蛇的行走方式進(jìn)行的設(shè)計(jì)，所以是一個(gè)仿生機(jī)器人。（2）蛇行機(jī)器人的每個(gè)運(yùn)動(dòng)單元可以實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)

28、的重組。（3）所制造的蛇形機(jī)器人的每個(gè)單元均為一個(gè)萬(wàn)向鉸，而一個(gè)整體的蛇形機(jī)器人是由 4個(gè)這樣的單元體組成，所以蛇行機(jī)器人的每個(gè)關(guān)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)在空間的三維運(yùn)動(dòng)。 （4）多種爬行方式，仿照自然界中的蛇形機(jī)器人，可以實(shí)現(xiàn)蛇的四種動(dòng)作。在有模才的地面實(shí)現(xiàn)波形運(yùn)動(dòng)，在沒(méi)有摩擦的地面實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)，這樣既可以節(jié)省動(dòng)力還可以提高機(jī)器人的行走速度在非機(jī)構(gòu)環(huán)境下運(yùn)動(dòng)（5）現(xiàn)在制作出的很多機(jī)器人都是在結(jié)構(gòu)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)，這樣的機(jī)器人不需要有模式識(shí)別和分析系統(tǒng)，我們所制造的蛇形機(jī)器人因?yàn)橹饕玫綇U墟中尋找活得生命，所以要求機(jī)器人對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力特別強(qiáng)，我們所設(shè)計(jì)的機(jī)器人主要就是注重這方面的研究，可以實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜環(huán)境下的工作

29、。九、九、應(yīng)用前景分析應(yīng)用前景分析蛇形機(jī)器人具有運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性好、適應(yīng)地形能力強(qiáng)、可靠性和維護(hù)性高等特點(diǎn)CAN總線的高度實(shí)時(shí)性、可靠性、擴(kuò)充性和多主工作方式，為蛇形機(jī)器人的分布式控制提供了硬件條件，基于CAN總線的蛇形機(jī)器人控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)蛇形機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)的有效控制，實(shí)現(xiàn)了蛇形機(jī)器人的各種運(yùn)動(dòng)，提高了蛇形機(jī)器人控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性，具有重要科研意義和實(shí)用價(jià)值。12致謝致謝 隨著畢業(yè)日子的逼近，畢業(yè)設(shè)計(jì)也接近尾聲。在指導(dǎo)老師的帶領(lǐng)下，經(jīng)過(guò)幾周的奮戰(zhàn)我終于順利完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。在沒(méi)有做畢業(yè)設(shè)計(jì)以前覺(jué)得畢業(yè)設(shè)計(jì)只是對(duì)這幾年所學(xué)知識(shí)的單純總結(jié)，但是通過(guò)這次做畢業(yè)設(shè)計(jì)我發(fā)現(xiàn)自己的看法有點(diǎn)太片面。畢業(yè)

30、設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種提高。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我明白了原來(lái)只是還比較欠缺，自己要學(xué)的東西還很多。以前老是覺(jué)得自己什么都會(huì)，什么都懂，有點(diǎn)眼高手低。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我才明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)程，在以后的工作和生活中都應(yīng)該不斷地學(xué)習(xí)，努力提高自己的知識(shí)和綜合素質(zhì)。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中也使我們同學(xué)間的關(guān)系更進(jìn)一步，同學(xué)之間互相幫助，互相學(xué)習(xí)。 我的心得也就這么多了，總之，不管學(xué)會(huì)的還是學(xué)不會(huì)的的確覺(jué)得困難比較多，真是萬(wàn)事開(kāi)頭難，不知道如何入手。最后終于做完了有種如釋重負(fù)的感覺(jué)。此外，還得出一個(gè)結(jié)論：知識(shí)必須通過(guò)應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值！有些東西以為學(xué)會(huì)了，但真正

31、到用的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認(rèn)為只有到真正會(huì)用的時(shí)候才是真的學(xué)會(huì)了。 在此要感謝我的指導(dǎo)老師李明富對(duì)我悉心的指導(dǎo)，感謝老師給我的幫助。其次要非常13感謝我的輔導(dǎo)老師，在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間給了我大力的幫助和支持，對(duì)很多問(wèn)題給與了細(xì)心的講解，并幫助我梳理思路，使設(shè)計(jì)能夠如此順利地進(jìn)行下來(lái)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我通過(guò)查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，并向老師請(qǐng)教等方式，使自己學(xué)到了不少知識(shí)，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個(gè)設(shè)計(jì)中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹(shù)立了對(duì)自己工作能力的信心，相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。由于水平有限，本設(shè)計(jì)存在一些不成熟和欠妥之處。懇請(qǐng)各

32、位老師、同學(xué)批評(píng)指正，以便走上工作崗位后進(jìn)一步改正、提高自己。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1 吳奇峰,劉冬雪,任家權(quán). 遙控起動(dòng)在叉車(chē)上的應(yīng)用J. 叉車(chē)技術(shù), 2010,(02) .2 尹曉霞,楊欣. 紅外線遙控電冰箱故障實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)J. 裝備制造技術(shù), 2010,(01) .3 祁亨年，基于雙目立體視覺(jué)的排爆機(jī)器人自動(dòng)目標(biāo)抓取J. 廣西師范大學(xué)學(xué)報(bào), 2008,(03) .4 安定，移動(dòng) X 線機(jī)遙控曝光系統(tǒng)的設(shè)計(jì)J. 黑龍江科技信息, 2008,(34) .5 上官望義，輪式移動(dòng)機(jī)器人移動(dòng)性能研究及樣機(jī)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)D. 西安理工大學(xué), 2009 . 6喬風(fēng)斌，楊汝清.六輪移動(dòng)機(jī)器人爬樓梯能力分析.機(jī)器人，

33、2004，26(4)：301305.7蘇和平，王人成. 爬樓梯輪椅的研究進(jìn)展.中國(guó)康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志，2005，20(5)：366367.8王德新，王付銳，董二寶，等.自主越障機(jī)器人在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下的越障控制研究.制造業(yè)自動(dòng)化，2005，27(7)：3135.9王挺，王越超，趙憶文.多機(jī)構(gòu)復(fù)合智能移動(dòng)機(jī)器人的研制.機(jī)器人，2004，26(4)：289294.10蔡改貧，吳光華，歐陽(yáng)田.越障機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析與仿真.江西有色金屬，142008，22（1）：4347.11李貽斌，劉明，周風(fēng)余.移動(dòng)機(jī)器人多超聲傳感器信息融合方法.系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，19992，1(9)：5557.12方昆凡，公差與配合實(shí)用

34、手冊(cè)M，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005 年.13徐國(guó)華，譚民.移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀及其趨勢(shì).機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，200l，23(3)：7l4.14李磊，葉濤，譚民，等.移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)研究現(xiàn)狀與未來(lái).機(jī)器人，2002，24(5)：475480.15陸豐勤.多功能爬樓梯裝置的研究及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：碩士學(xué)位論文.南京：南京理工大學(xué)，2008.16李天慶.基于多傳感器融合的機(jī)器人自主爬樓梯研究：碩士學(xué)位論文.合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2008.17胡人喜等，Pro/Engineer 標(biāo)準(zhǔn)實(shí)例教程，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009 年.18白琨.履帶式移動(dòng)機(jī)器人越障能力的研究：碩士學(xué)位論文.內(nèi)蒙古：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)，2007.