購(gòu)買(mǎi)設(shè)計(jì)請(qǐng)充值后下載，，資源目錄下的文件所見(jiàn)即所得，都可以點(diǎn)開(kāi)預(yù)覽，，資料完整，充值下載可得到資源目錄里的所有文件。。?！咀ⅰ浚篸wg后綴為CAD圖紙，doc,docx為WORD文檔，原稿無(wú)水印，可編輯。。。具體請(qǐng)見(jiàn)文件預(yù)覽，有不明白之處，可咨詢(xún)QQ:12401814
河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院2012屆機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè) 畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告
畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)報(bào)告
----四連桿履帶式搜救機(jī)器人
系 別：機(jī)械與動(dòng)力工程系
班 級(jí)：機(jī)械設(shè)計(jì)08-2班
姓 名： 錢(qián)龍飛
學(xué) 號(hào)： 0828070150
目 錄
1、 搜救機(jī)器人簡(jiǎn)介
1.1搜救機(jī)器人概述
1.2搜救機(jī)器人的用途和發(fā)展概況
1.3搜救機(jī)器人的分類(lèi)
1.4搜救機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)
1.5搜救機(jī)器人不同類(lèi)型的移動(dòng)分析
2、 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目——四連桿履帶式搜救機(jī)器人
2.1 設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想
2.2 四連桿履帶式搜救機(jī)器人設(shè)施設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)中需要注意的幾個(gè)問(wèn)題
2.2.1電動(dòng)機(jī)
2.2.2減速器設(shè)計(jì)
2.2.3機(jī)器人外殼材料選擇
2.2.4四連桿變形履帶機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)
2.2.5機(jī)器人越障原理及性能分析
3、 實(shí)習(xí)總結(jié)
四、參考文獻(xiàn)
一、搜救機(jī)器人簡(jiǎn)介
1.1搜救機(jī)器人概述
一、概述
近年來(lái)，多發(fā)的自然災(zāi)害（如地震、火災(zāi)、洪水）、人為的恐怖活動(dòng)、武力沖突及各種生化病毒、有毒物質(zhì)、輻射等恐怖不斷威脅著人類(lèi)的安全，使得人們普遍關(guān)注對(duì)各種災(zāi)害的應(yīng)急能力、災(zāi)后的快速響應(yīng)處理能力。在突發(fā)恐怖事件、自然災(zāi)害及意外傷害發(fā)生后，巨大的災(zāi)害往往造成大范圍的建筑物坍塌和人員傷亡，現(xiàn)場(chǎng)搜索與救援成為人不最為緊急的工作。然而現(xiàn)場(chǎng)多為坍塌環(huán)境，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不穩(wěn)定，有些狹小空間救援人員和搜救犬根本無(wú)法進(jìn)入，從而使搜救范圍限制在倒塌建筑物表面范圍。救援人員進(jìn)入建筑物也將有巨大的風(fēng)險(xiǎn)，其體重和移動(dòng)可能會(huì)引起建筑物進(jìn)一步倒塌，造成對(duì)救援人員和幸存者的再次傷害。因此，救援隊(duì)員必須在結(jié)構(gòu)工程師進(jìn)行評(píng)估，并對(duì)不穩(wěn)定的倒塌結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐加固后才能進(jìn)入，這個(gè)過(guò)程延誤了搜救受災(zāi)者的時(shí)間。同時(shí)，由于搜尋空間條件惡劣，易導(dǎo)致救援隊(duì)員勞累，從而易對(duì)周?chē)ㄖY(jié)構(gòu)作出錯(cuò)誤判斷，錯(cuò)過(guò)沒(méi)有知覺(jué)受災(zāi)者的概率上升，而且救援人員也存在重大的健康風(fēng)險(xiǎn)和安全風(fēng)險(xiǎn)，影響救援工作的快速展開(kāi)。
將機(jī)器人技術(shù)、營(yíng)救行動(dòng)技術(shù)、災(zāi)害學(xué)等多學(xué)科知識(shí)有機(jī)融合，研制與開(kāi)發(fā)用于搜救與營(yíng)救的救援機(jī)器人，將有效地提高救援的效率和減少救援人員的傷亡。
搜救機(jī)器人是指用在災(zāi)后非結(jié)構(gòu)環(huán)境下執(zhí)行搜索與救援任務(wù)的特種機(jī)器人。機(jī)器人在搜索與救援過(guò)程中明顯具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)。
（1）在發(fā)生倒塌后，機(jī)器人可以立即展開(kāi)對(duì)幸存者的搜索，進(jìn)入結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的建筑物，降低救援隊(duì)員的風(fēng)險(xiǎn)，為搜救工作節(jié)約時(shí)間
（2）可以進(jìn)入狹窄空間，擴(kuò)展搜救專(zhuān)家的工作范圍。建筑物倒塌會(huì)形成各種各樣的空間，這些空間可能就會(huì)有幸存者，但搜救人員難以進(jìn)入，而機(jī)器人卻可以一展身手。
（3）可以攜帶多種傳感器，探測(cè)幸存者空間狀況，在機(jī)器人軟件的幫助下對(duì)搜索區(qū)域?qū)嵭型暾娜S搜索，繪制結(jié)構(gòu)圖，提升工作效率和可靠性。搜救機(jī)器人可以攜帶溫度探測(cè)器、一氧化碳探測(cè)器、爆炸界限探測(cè)器、氧氣、PH探測(cè)器、輻射探測(cè)器和殺傷性武器探測(cè)器，從而測(cè)定空氣讀數(shù)，探測(cè)有害物質(zhì)，分析后向救援人員提出警告。
1.2搜救機(jī)器人的用途和發(fā)展概況
地震、火災(zāi)、礦難等災(zāi)難發(fā)生后,在廢墟中搜尋幸存者,給予必要的醫(yī)療救助,并盡快救出被困者是救援人員面臨的緊迫任務(wù)。實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明,超過(guò)48小時(shí)后被困在廢墟中的幸存者存活的概率變得越來(lái)越低。由于災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)情況復(fù)雜，在救援人員自身安全得不到保證的情況下是很難進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展救援工作的，此外，廢墟中形成的狹小空間使搜救人員甚至搜救犬也無(wú)法進(jìn)入。災(zāi)難搜救機(jī)器人可以很好地解決上述問(wèn)題。機(jī)器人可以在災(zāi)難發(fā)生后第一時(shí)間進(jìn)入災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)尋找幸存者,對(duì)被困人員提供基本的醫(yī)療救助服務(wù)，進(jìn)入救援人員無(wú)法進(jìn)入的現(xiàn)場(chǎng)搜集有關(guān)信息并反饋給救援指揮中心等。近年來(lái)，為了滿(mǎn)足救援工作的需要，國(guó)內(nèi)外很多研究機(jī)構(gòu)開(kāi)展了大量的研究工作，可在災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)廢墟中狹小空間內(nèi)搜尋的各類(lèi)機(jī)器人如可變形多態(tài)機(jī)器人、蛇形機(jī)器人等相繼被開(kāi)發(fā)出來(lái)。本文在介紹國(guó)內(nèi)外災(zāi)難搜救機(jī)器人最新研究成果及近年來(lái)災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際使用情況的基礎(chǔ)上，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)提出了災(zāi)難救援機(jī)器人需要解決的一些關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，指出了災(zāi)難救援機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)。2001 年“911”事件發(fā)生后，美國(guó)國(guó)內(nèi)主要機(jī)器人生產(chǎn)公司，研究機(jī)構(gòu)都組織參加了紐約世貿(mào)大廈現(xiàn)場(chǎng)的搜救工作，他們是南佛羅里達(dá)大學(xué)機(jī)器人輔助搜尋與救援研究中心，MIT 的iRobot公司，美國(guó)海軍的SPAWAR 研究中心，以及具有五十多年歷史的Foster - Miller公司等。據(jù)時(shí)代周刊報(bào)道:在最初的十天當(dāng)中，救援機(jī)器人在搜救犬、人工無(wú)法抵達(dá)的狹小或危險(xiǎn)區(qū)域找到十余具遇難者的遺體與現(xiàn)場(chǎng)搜救工作人員找到的數(shù)量基本相同，但所花的時(shí)間卻不到現(xiàn)場(chǎng)救援人員花費(fèi)時(shí)間的一半。
搜救機(jī)器人為城市搜救展開(kāi)了新思路，但是也暴露了一些問(wèn)題。綜合考慮機(jī)器人技術(shù)和城市搜救環(huán)境，未來(lái)的搜救機(jī)器人技術(shù)需求應(yīng)包括以下幾個(gè)方面。
1．機(jī)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)
在建筑物搜救中，機(jī)動(dòng)是機(jī)器人首先面臨的問(wèn)題。作為機(jī)器人機(jī)動(dòng)主體的底盤(pán)，需要裝載所有的傳感器?？紤]建筑物倒塌的環(huán)境，底盤(pán)的設(shè)計(jì)應(yīng)該滿(mǎn)足以下需求。
（1）能夠通過(guò)粗糙地形，越過(guò)或繞過(guò)障礙物，能夠爬樓梯，能夠通過(guò)狹窄空間。
（2）能夠耐熱、放水、防火、防腐蝕。
（3）重量輕，能夠在不發(fā)生滑動(dòng)和再次倒塌的情況下對(duì)空間進(jìn)行快速搜索。
2．傳感器
城市搜救的兩個(gè)明確任務(wù)：一是尋找可能的幸存者，二是在最初的結(jié)構(gòu)評(píng)估過(guò)程中對(duì)空間進(jìn)行分類(lèi)。因此，機(jī)器人攜帶的傳感器必須使它們?cè)谝苿?dòng)中探測(cè)受災(zāi)者和收集受災(zāi)者信息。如傳感器的設(shè)計(jì)需要能夠確定受災(zāi)者的生命跡象，并確定幸存者的狀態(tài)；為了判斷出受困者所在的位置和其所在地點(diǎn)的情形，需要綜合GPS、慣性測(cè)量裝置、編譯器、陀螺儀、加速計(jì)、觸摸、移動(dòng)、視覺(jué)和聲學(xué)傳感器獲得的信息等。
3．通信
使用有線通信的機(jī)器人在行動(dòng)中通信系鏈易纏繞，限制了機(jī)器人的移動(dòng)，適合于短距離的搜救行動(dòng)。未來(lái)的發(fā)展是采用無(wú)線通信。在紐約世貿(mào)中心救援中使用的機(jī)器人就是利用無(wú)線以太網(wǎng)（2.4GHz 802.11）、有線通信方式與指揮中心保持通信聯(lián)絡(luò)。無(wú)線以太網(wǎng)由于帶寬的問(wèn)題，易導(dǎo)致通信中斷，因此，需要加強(qiáng)動(dòng)力、抗干擾能力的設(shè)計(jì)。
4．圖像處理
通過(guò)操縱機(jī)器人能夠獲取現(xiàn)場(chǎng)圖像，用于確定墻壁和柱子計(jì)結(jié)構(gòu)的破壞，管道和儲(chǔ)藏庫(kù)的泄漏和破裂等。同時(shí)機(jī)器人能夠通過(guò)獲得的現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)信息繪制出新的結(jié)構(gòu)圖，從而向救援人員報(bào)告受災(zāi)后的精確位置及可能的通路。地圖的繪制可以由一個(gè)機(jī)器人完成，也可以與其他機(jī)器人合作來(lái)完成。
5．導(dǎo)航技術(shù)
提高機(jī)器人搜索效率和范圍，開(kāi)展視覺(jué)導(dǎo)航技術(shù)的相關(guān)研究。視覺(jué)在機(jī)器人路徑規(guī)劃、避障；自動(dòng)爬樓梯過(guò)程中是非常重要的。如NASA噴氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室利用圖像的樓梯邊緣判斷方法，解決了機(jī)器人爬樓梯的自動(dòng)化。
6．人機(jī)交互界面
為了方便使用者在救援行動(dòng)中有效的使用機(jī)器人，便捷的人機(jī)交互是非常必須的。一個(gè)有效的用戶(hù)界面必須能夠向操作員提供足夠的決策參考信息，用于制定機(jī)器人的下一步行動(dòng)。在這樣的界面下，使用者能夠很容易的獲得機(jī)器人的方向、位置和動(dòng)力，操作眾多的設(shè)備，比如攝像機(jī)、燈光和車(chē)載鉗子，準(zhǔn)確的控制機(jī)器人的移動(dòng)，從攝像機(jī)獲得圖像。
7．群體機(jī)器人協(xié)同
在面對(duì)一個(gè)巨大災(zāi)難的時(shí)候，可以考慮由多個(gè)機(jī)器人組成群體，通過(guò)系統(tǒng)協(xié)調(diào)來(lái)完成單機(jī)器人無(wú)法或難以完成的工作。群體機(jī)器人系統(tǒng)具有空間分布、功能分布、時(shí)間分布等特點(diǎn)，所以群體機(jī)器人系統(tǒng)比單機(jī)器人系統(tǒng)具有更強(qiáng)的優(yōu)越性，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
（1）群體機(jī)器人系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)單機(jī)器人系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜任務(wù)。
（2）設(shè)計(jì)和制造多個(gè)簡(jiǎn)單機(jī)器人比單個(gè)復(fù)雜機(jī)器人更容易、成本更低。
（3）使用群體機(jī)器人系統(tǒng)可以大大節(jié)約時(shí)間、提高效率。
（4）群體機(jī)器人系統(tǒng)的平行性和冗余性可以提高系統(tǒng)的柔性和彈性。
1.3搜救機(jī)器人的分類(lèi)
1.履帶式搜救機(jī)器人
履帶式機(jī)器人是為了滿(mǎn)足軍事偵察、拆除危險(xiǎn)物等作業(yè)的需要,在傳統(tǒng)的輪式移動(dòng)機(jī)器人的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。圖1 給出了目前國(guó)際上幾家著名機(jī)器人公司的典型產(chǎn)品,他們主要是為了滿(mǎn)足軍事需要而開(kāi)發(fā)的,體積普遍偏大,不太適合在倒塌的建筑物廢墟中狹小空間內(nèi)搜尋幸存者。
圖1
2.可變形(多態(tài)) 搜救機(jī)器人
為了能進(jìn)入狹小空間展開(kāi)搜救工作，要求機(jī)器人的體積要盡可能小，但體積小了搜索視野就會(huì)受到限制，為了解決這一矛盾，近年來(lái)在傳統(tǒng)牽引式搜救機(jī)器人平臺(tái)基礎(chǔ)上，研制出了形態(tài)可變的履帶式多態(tài)搜救機(jī)器人。圖2為美國(guó)iRobot公司生產(chǎn)的PackBot系列機(jī)器人, PackBot機(jī)器人有一對(duì)鰭形前肢，這對(duì)鰭形前肢可以幫助在崎嶇的地
面上導(dǎo)航,也可以升高感知平臺(tái)以便更好地觀察。圖3為加拿Inuktun 公司MicroVGTV多態(tài)搜救機(jī)器人，他可以根據(jù)搜索通道的大小及搜尋范圍的遠(yuǎn)近靈活地調(diào)整形狀和尺寸。
圖2
圖3
3.仿生搜救機(jī)器人
雖然履帶式可變形多態(tài)機(jī)器人可根據(jù)搜索空間的大小改變其形狀和尺寸，但受驅(qū)動(dòng)方式的限制，其體積不可能做得很小。為了滿(mǎn)足對(duì)更狹小空間搜索的需要，人們根據(jù)生態(tài)學(xué)原理研制出了各種體積更小的仿生機(jī)器人,其中蛇形機(jī)器人就是其中很重要的一類(lèi)。圖4 (a) 為CMU 研制的安裝在移動(dòng)平臺(tái)上的蛇形機(jī)器人，圖4 (b) 為日本大阪大學(xué)研制的蛇形機(jī)器人。我國(guó)中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所，國(guó)防科技大學(xué)，北京航空航天大學(xué)等單位也都相繼研制出了類(lèi)似的蛇形機(jī)器人系統(tǒng)。圖4 (c)為美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校研制的身高不足3 cm 的蒼蠅搜救機(jī)器人。隨著技術(shù)的不斷成熟,相信蛇形、蠅形等仿生機(jī)器人會(huì)在災(zāi)難搜救工作中發(fā)揮越來(lái)越大的不可替代的特殊作用。
圖4
1.4搜救機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)
一．硬 件
1. 1 移動(dòng)性/ 機(jī)械機(jī)構(gòu)
移動(dòng)性是搜救機(jī)器人完成搜救工作的決定因素,“911”事件后紐約世貿(mào)大廈現(xiàn)場(chǎng)的搜救工作以及西弗吉尼亞Sago 煤礦的礦難救援工作都很好地證明了這一點(diǎn)。機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)應(yīng)該能夠在惡劣廢墟環(huán)境中靈活地穿梭于狹小的空間之中,能夠翻越障礙,爬樓梯,穿越泥濘的道路等,且機(jī)器人的移動(dòng)不應(yīng)對(duì)周?chē)环€(wěn)定結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，以免發(fā)生二次坍塌或爆炸等。此外,機(jī)器人還應(yīng)該具備適應(yīng)惡劣環(huán)境的能力,具有防水、耐高溫等能力。早期為軍用目的而設(shè)計(jì)的輪履式機(jī)器人由于體積偏大而不太適合搜救工作。目前,各種履帶式多態(tài)可變形小型機(jī)器人已經(jīng)研制出來(lái), 并已商業(yè)化。近年來(lái), 特別是2000 年以來(lái)以蛇形機(jī)器人為代表的仿生機(jī)器人正在成為新的研究熱點(diǎn),且已經(jīng)取得不少突破性研究成果。
1. 2 傳感檢測(cè)裝置
搜救機(jī)器人的主要工作就是通過(guò)傳感器實(shí)現(xiàn)自身的導(dǎo)航、環(huán)境信息的獲取以及幸存人員的搜尋。由于災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的復(fù)雜性及不確定性,傳統(tǒng)在室內(nèi)結(jié)構(gòu)化環(huán)境中已較成熟的導(dǎo)航算法無(wú)法滿(mǎn)足救援工作的要求。傳統(tǒng)的聲納、激光測(cè)距儀等在充滿(mǎn)煙霧和灰塵的環(huán)境中也很難取得理想的效果。目前搜救機(jī)器人主要采用人工控制方式來(lái)發(fā)現(xiàn)被困人員后需要迅速判斷其是否還活著。生命體征檢測(cè)裝置的研制近年來(lái)成為了研究的熱點(diǎn)。南佛羅里達(dá)大學(xué)Murphy教授領(lǐng)導(dǎo)的機(jī)器人團(tuán)隊(duì)已開(kāi)發(fā)出了多個(gè)非介入式生命體征檢測(cè)傳感器,用于判斷被困人員的生存狀況。
1. 3 人機(jī)通訊方式
目前機(jī)器人與操作者之間常用的通信方式有無(wú)線和電纜兩種方式。電纜方式可以通過(guò)線纜方便地為機(jī)器人提供能量,穩(wěn)定可靠地實(shí)現(xiàn)機(jī)器人和操作者之間的信息傳送且，當(dāng)機(jī)器人遇阻時(shí)通過(guò)拖拽使機(jī)器人重新投入工作。但電纜方式也存在一定的問(wèn)題，隨著機(jī)器人搜尋范圍的深入,線纜很容易發(fā)生纏繞而影響機(jī)器人的移動(dòng)性，研制收放靈活的電纜卷繞裝置是解決目前有線通信方式機(jī)器人通訊問(wèn)題的關(guān) 鍵。無(wú)線通訊方式的穩(wěn)定性較難保證,即使在穿透性能最佳的頻段也會(huì)由于帶寬及各種干擾的影響使得通訊無(wú)法正常進(jìn)行。“911”事件的救援工作證明,無(wú)線方式的機(jī)器人大約有25 %以上的時(shí)間無(wú)法正常通訊。穩(wěn)定可靠的通訊方式是當(dāng)前救援機(jī)器人領(lǐng)域需要很好解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。
二．軟件
2. 1 人機(jī)交互和用戶(hù)界面
在災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng),搜救機(jī)器人的操作者精神高度緊張且需要長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)高負(fù)荷工作,因此良好的人機(jī)交互系統(tǒng)是提高搜救效率、減輕救援人員工作強(qiáng)度的保證。人機(jī)交互是通過(guò)良好的用戶(hù)接口來(lái)實(shí)現(xiàn)的,因此，該接口必須為操作者提供豐富的信息，從而使操作者能夠做出最佳判斷來(lái)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行控制，通過(guò)該人機(jī)接口，操作者能很容易地判斷機(jī)器人的位置、狀態(tài)等，能夠靈活地對(duì)機(jī)器人本身以及其所攜帶的有關(guān)裝置如攝像頭、照明裝置等進(jìn)行控制。為了設(shè)計(jì)出友好的人機(jī)交互接口，設(shè)計(jì)人員必須對(duì)搜救過(guò)程中救援人員對(duì)機(jī)器人的使用情況進(jìn)行充分的了解。南佛羅里達(dá)大學(xué)Murphy教授領(lǐng)導(dǎo)的機(jī)器人團(tuán)隊(duì)在此方面已做了大量的調(diào)研工作。
2. 2 傳感器融合
由于救援現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的復(fù)雜性，對(duì)傳統(tǒng)的室內(nèi)結(jié)構(gòu)化環(huán)境下傳感器數(shù)據(jù)的處理算法不能滿(mǎn)足搜救工作的需要。如通過(guò)視頻圖像對(duì)幸存者的檢測(cè)，由于灰塵、煙霧等的影響使得識(shí)別變得非常困難，通過(guò)檢測(cè)到聲音的方向辨別幸存者的方位，也由于現(xiàn)場(chǎng)噪音的影響而變得很困難。因此，為了完成搜索并發(fā)現(xiàn)幸存者，必須通過(guò)多種傳感器數(shù)據(jù)的融合,研究更加有效的識(shí)別算法。
2. 3 機(jī)器人搜救隊(duì)
由于災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的復(fù)雜性，需要各種不同的搜救機(jī)器人參與救援工作，如MCU研制的圖4 (a)所示的通過(guò)具有較強(qiáng)越障能力的輪式機(jī)器人攜帶蛇行機(jī)器人來(lái)完成救援工作的機(jī)器人。為了縮減搜索遍歷時(shí)間，組建機(jī)器人搜救隊(duì)是行之有效的辦法，各機(jī)器人之間相互協(xié)調(diào)來(lái)快速完成搜索工作。目前有不少研究機(jī)構(gòu)在開(kāi)展多機(jī)器人未知環(huán)境探索算法的研究工作，并已經(jīng)有基于結(jié)構(gòu)化未知環(huán)境搜索的系統(tǒng)問(wèn)世，但要真正用于實(shí)際救援環(huán)境還有很多工作要做。
2. 4 傳統(tǒng)移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的局限性
移動(dòng)機(jī)器人在室內(nèi)結(jié)構(gòu)化環(huán)境下的導(dǎo)航、定位、路徑規(guī)劃、地圖建立以及未知環(huán)境探索等技術(shù)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究已經(jīng)基本成熟，但要用 于災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)的非結(jié)構(gòu)化復(fù)雜未知環(huán)境的探索還需要進(jìn)行更深入的研究。目前搜救機(jī)器人的控制方式主要以手工操作為主，不追求機(jī)器人的完全自治。但為了提高救援水平，縮短搜索時(shí)間，完全自主的搜
救機(jī)器人，尤其是自主機(jī)器人搜救隊(duì)將是發(fā)展的方向。
1.5搜救機(jī)器人不同類(lèi)型的移動(dòng)分析
現(xiàn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，別是電子信息技術(shù)的突飛猛進(jìn)，器人作為人類(lèi)的新型生產(chǎn)工具，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，高生產(chǎn)率，變?nèi)说纳a(chǎn)模式，人從危險(xiǎn)、惡劣、繁重的工作環(huán)境中解放出來(lái)等方面，示出了極大的優(yōu)越性。器人在地面的移動(dòng)方式有多種：式、履帶式、輪履結(jié)合式和步行式等。行移動(dòng)方式模仿人類(lèi)或動(dòng)物的行走機(jī)理，腿腳走路，環(huán)境的適應(yīng)性好，能程度相對(duì)也較高。是步行移動(dòng)方式的結(jié)構(gòu)和控制比較復(fù)雜，對(duì)于比賽用機(jī)器人來(lái)說(shuō)速度慢，以一般不選用。亞太大學(xué)生機(jī)器人大賽中出現(xiàn)的比較多的是輪式和履帶式。面對(duì)車(chē)輪式、履帶式和輪履結(jié)合式三種移動(dòng)方式做一些說(shuō)明。
一、輪式結(jié)構(gòu)的分析
利用車(chē)輪移動(dòng)是最常見(jiàn)的一種地面行進(jìn)方式。輪式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)移動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)是：高速穩(wěn)定，能量利用率高，機(jī)構(gòu)和控制簡(jiǎn)單，而且現(xiàn)有技術(shù)比較成熟。它的缺點(diǎn)是：對(duì)路面要求較高，適用于平整的硬質(zhì)道路，不能很好的適應(yīng)場(chǎng)地。輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)可以達(dá)到較高的運(yùn)動(dòng)速度，在相對(duì)平坦的地面上，輪式移動(dòng)具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)，控制也相對(duì)簡(jiǎn)單。輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)由于應(yīng)用廣泛，是目前研究最為透徹的移動(dòng)機(jī)構(gòu)之一。傳統(tǒng)的輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)有三輪、四輪、六輪的結(jié)構(gòu)形式，日本還曾研究出五輪移動(dòng)機(jī)構(gòu)。但輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)也是很明顯的。由于與地面接觸面積小，在爬坡時(shí)容易出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。要想解決打滑需要加裝減速箱或用動(dòng)力制動(dòng)的方法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)整過(guò)程。但其通過(guò)性和越障能力受到限制，在攀爬樓梯時(shí)一般要求前輪半徑要大于樓梯高度，底盤(pán)最低點(diǎn)距地面高度限制了地面通過(guò)性。為適應(yīng)復(fù)雜地形甚至于爬樓梯的要求，必須加大輪子直徑，導(dǎo)致底盤(pán)結(jié)構(gòu)體積龐大，重量增加。從理論上講，三點(diǎn)決定一個(gè)平面，因此車(chē)輪式移動(dòng)載體的平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)最少需要3個(gè)輪子支撐。現(xiàn)在大多數(shù)機(jī)器人用的是3輪或4輪移動(dòng)方式，在某些特殊情況下也有用5輪以上的，但這種情況下機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和控制會(huì)更加的復(fù)雜，這對(duì)我們技術(shù)有限的大學(xué)生機(jī)器人隊(duì)伍來(lái)數(shù)是不太適用的。因此我們會(huì)選擇3輪或4輪的移動(dòng)方式，下面對(duì)此進(jìn)行討論。
（1）3輪移動(dòng)配置和操舵方式
典型3輪移動(dòng)機(jī)器人通常采用1個(gè)中心前輪和2個(gè)后輪的車(chē)輪布置。3個(gè)車(chē)輪配置與功能的不同組合有可以將3輪機(jī)器人分為如圖1所示的若干類(lèi)型
圖1（a）所示的組合是前輪1為萬(wàn)向腳輪或球形輪，后輪2和后輪3為獨(dú)立驅(qū)動(dòng)輪，利用它們的轉(zhuǎn)速差實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。這種組合的特點(diǎn)是機(jī)構(gòu)組合容易，而且當(dāng)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪以相同速度、相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)車(chē)體能繞兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪連線的中點(diǎn)自轉(zhuǎn)，但自傳中心與車(chē)體中心不一致。
圖1（b）所示的組合是操縱舵機(jī)機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)集中在前輪1上，兩個(gè)后輪之起支撐從動(dòng)作用。與圖1（c）相比，該機(jī)構(gòu)也能繞兩后輪連線的中點(diǎn)自轉(zhuǎn)，但其前輪驅(qū)動(dòng)集中，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。
圖1（c）所示的組合是前輪1為操舵輪，后輪2和后輪3中的一個(gè)為驅(qū)動(dòng)輪，另一個(gè)為從動(dòng)輪。這種車(chē)輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，組成容易，但單邊驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)性差，穩(wěn)定性不好，不能自傳。
圖1（d）的車(chē)輪組合將圖1（c）的單輪驅(qū)動(dòng)該為雙后輪差動(dòng)驅(qū)動(dòng)，提高了驅(qū)動(dòng)性，但加了一個(gè)差動(dòng)齒輪裝置，結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，也增加了質(zhì)量。
(a) (b) (c) (d)
圖1 3輪式移動(dòng)配置方式
二、履帶式結(jié)構(gòu)的分析
履帶式結(jié)構(gòu)實(shí)際上是一種自己為自己鋪路的輪式結(jié)構(gòu)。是將環(huán)狀的循環(huán)軌道履帶卷繞在若干滾輪外，車(chē)輪不直接與地面接觸。常見(jiàn)的履帶移動(dòng)車(chē)是在車(chē)體的兩側(cè)各設(shè)有一對(duì)履帶驅(qū)動(dòng)裝置的雙履帶結(jié)構(gòu)。有為了適應(yīng)復(fù)雜的路況而采用多履帶的。賽中由于路面不是很復(fù)雜，以制作起來(lái)比較簡(jiǎn)單，將履帶卷繞在兩個(gè)以上的車(chē)輪上，個(gè)車(chē)輪用來(lái)做驅(qū)動(dòng)輪，的車(chē)輪作張緊輪或?qū)蜉?。?dòng)輪通?？孔陨淼凝X與履帶內(nèi)側(cè)的齒形嚙合來(lái)驅(qū)動(dòng)。型的履帶移動(dòng)機(jī)構(gòu)由驅(qū)動(dòng)輪、導(dǎo)向輪、托帶輪、履帶、履帶架等部分組成。動(dòng)機(jī)構(gòu)適合在復(fù)雜路面上行駛，是輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)的拓展，帶本身起著給車(chē)輪連續(xù)鋪路的作用。帶的優(yōu)點(diǎn)是著地面積比車(chē)輪式大，以著地壓強(qiáng)??；另外與地面粘著力較強(qiáng)，吸收較小的凹凸不平，能力強(qiáng)，于有突變的地面，原地旋轉(zhuǎn)，低。此，履帶式適合于各種場(chǎng)地。帶車(chē)輛和輪式車(chē)輛的特性有所不同。要的不同在轉(zhuǎn)向特性上。帶車(chē)輛的轉(zhuǎn)向通過(guò)兩側(cè)履帶的差速進(jìn)行轉(zhuǎn)向。帶式轉(zhuǎn)彎不如車(chē)輪式靈活。要改變方向時(shí)、要將某一側(cè)的履帶驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)減速或制動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎，者反向驅(qū)動(dòng)車(chē)體的原地自傳。都會(huì)使履帶與地面產(chǎn)生相對(duì)橫向滑動(dòng)，大了機(jī)器人電機(jī)的能耗。負(fù)重大的情況下可使電機(jī)溫度迅速升高影響電機(jī)的使用和壽命。帶車(chē)的受力比較復(fù)雜，用力可能是靜態(tài)的也有可能是動(dòng)態(tài)的。輛以常速運(yùn)動(dòng)時(shí)，靜態(tài)力作用。加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，受動(dòng)態(tài)力作用。車(chē)輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，將產(chǎn)生離心力，推動(dòng)車(chē)輛橫向移動(dòng)，動(dòng)態(tài)力總是作用在車(chē)輛質(zhì)心處。
履帶式結(jié)構(gòu)
三、輪履結(jié)合式的分析
機(jī)器人行走系統(tǒng)是完成移動(dòng)動(dòng)作的直接保證，設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接影響機(jī)器人性能發(fā)揮，其對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)可靠性有很大要求。服普通履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)，要通過(guò)改變履帶的形狀和結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，特比勒（Catepillar）式、形狀可變履帶、位置可變履帶、履帶式加裝前后擺等結(jié)構(gòu)形式相繼出現(xiàn)，并應(yīng)用于各種機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)。近年來(lái)各種增強(qiáng)的非金屬?gòu)?fù)合材料應(yīng)用于履帶，大大減輕了履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)笨重的缺點(diǎn)，改善了其整體性能，對(duì)復(fù)雜環(huán)境，履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)具有較強(qiáng)的地形適應(yīng)性。本文將介紹一種輪履結(jié)合式的結(jié)構(gòu)。出于對(duì)重量和經(jīng)濟(jì)性的考慮，選用標(biāo)準(zhǔn)同步帶代替履帶作為行走系統(tǒng)的主要部件。同步帶有梯形齒和弧齒兩種齒形，有標(biāo)準(zhǔn)可選。用的是8M圓弧齒同步帶輪作為履帶。
輪履結(jié)合式
二、畢業(yè)設(shè)計(jì)題目——四連桿履帶式搜救機(jī)器人
2.1設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想
科學(xué)性：目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于微小型履帶機(jī)器人的研究主要是針對(duì)機(jī)器人控制技術(shù)的研究，而作為機(jī)器人主體的機(jī)械結(jié)構(gòu)卻大多采用經(jīng)典的履帶結(jié)構(gòu)，雖然相關(guān)的研究成果已經(jīng)在某些領(lǐng)域成功地得到了應(yīng)用，但從機(jī)械設(shè)計(jì)的角度看，明顯缺乏一定的創(chuàng)新和優(yōu)化。四連桿變形履帶式機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)是采用常見(jiàn)的平行四邊形機(jī)構(gòu)作為履帶變形結(jié)構(gòu)，平行四邊形機(jī)構(gòu)有兩個(gè)顯著特性：一是兩曲柄以相同速度同向轉(zhuǎn)動(dòng)；二是連桿作平動(dòng)。當(dāng)...(查看更多)主動(dòng)曲柄以一定速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)曲柄也以同樣的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，而連桿作平動(dòng)，始終與機(jī)架保持平行狀態(tài)。如果在此機(jī)構(gòu)的連桿上搭建工作平臺(tái)，其最大特點(diǎn)就是工作平臺(tái)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)可靠，而且運(yùn)動(dòng)范圍很廣，有利于越障。先進(jìn)性：與目前國(guó)內(nèi)外的微小型履帶式機(jī)器人相比，本作品是一種全新結(jié)構(gòu)的履帶式機(jī)器人，主要著眼于機(jī)器人機(jī)械主體結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)與優(yōu)化，使用的工作平臺(tái)簡(jiǎn)單實(shí)用、控制可靠，并且加工方便、制造成本較低，可推廣應(yīng)用于民用和軍事領(lǐng)域。
研制目的：設(shè)計(jì)一種適應(yīng)復(fù)雜地形環(huán)境的履帶式機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)，其具有很強(qiáng)的越障、爬坡、地面機(jī)動(dòng)能力和行駛平順性，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定、控制可靠，能滿(mǎn)足反恐、排爆、搜索、救援、偵察等任務(wù)對(duì)微小靈巧移動(dòng)機(jī)器人載體的需求?；舅悸罚毫⒆阌诼膸C(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，本作品巧妙利用平行四邊形機(jī)構(gòu)構(gòu)型發(fā)生變化時(shí)其周長(zhǎng)不變的特點(diǎn)，提出一種全新的履帶變形機(jī)構(gòu)，具有以下特點(diǎn)：（1）利用機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)單變...(查看更多)形實(shí)現(xiàn)機(jī)器人越障；（2）機(jī)器人可單側(cè)變形，以適應(yīng)機(jī)器人兩側(cè)地形不同的情況；（3）實(shí)現(xiàn)機(jī)器人抬高底盤(pán)通過(guò)障礙。創(chuàng)新點(diǎn)：1． 提出了一種新型履帶變形機(jī)構(gòu)，巧妙利用平行四邊形機(jī)構(gòu)構(gòu)型發(fā)生變化其周長(zhǎng)不變的特點(diǎn)，使履帶變形的運(yùn)動(dòng)控制變得非常簡(jiǎn)單。 2 . 基于新型履帶變形機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)了一種新型機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)，該平臺(tái)可抬高底盤(pán)越過(guò)障礙。 3． 采用模塊化、全天候、全地形的設(shè)計(jì)思想，對(duì)機(jī)器人電控系統(tǒng)等關(guān)鍵部件進(jìn)行防水和抗振設(shè)計(jì)，使機(jī)器人具有一定的涉水和抗摔能力。
2.2 四連桿履帶式搜救機(jī)器人設(shè)施設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)中需要注意的幾個(gè)問(wèn)題
2.2.1電動(dòng)機(jī)
該機(jī)器人采用履帶方式行進(jìn)，內(nèi)部裝備有普通直流電機(jī)，下面介紹一下直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)型式
結(jié)構(gòu)型式
代號(hào)
電機(jī)型號(hào)
臥式機(jī)座帶有底腳
B3（D2）
Z2-11~112
臥式機(jī)座帶底腳，端蓋有凸緣
B35（D2/T2）
Z2-11~82
臥式機(jī)座不帶底腳，端蓋有凸緣
B5（T2）
Z2-11~62
立式機(jī)座不帶底腳，端蓋有凸緣（軸伸向下）
V1（L3）
Z2-11~112
立式機(jī)座帶有底腳，端蓋有凸緣（軸伸向下）
V15（L3/D2）
Z2-11~82
2.2.2減速器設(shè)計(jì)
減速器主要由傳動(dòng)零件(齒輪或蝸桿)、軸、軸承、箱體及其附件所組成。四連桿變形履帶式機(jī)器人內(nèi)部減速器主要采用二級(jí)圓柱齒輪減速器，以下是減速器的總體設(shè)計(jì)程序。
一、設(shè)計(jì)的資料和數(shù)據(jù)
1、原動(dòng)機(jī)的類(lèi)型、規(guī)格、轉(zhuǎn)速、功率（或轉(zhuǎn)矩）、啟動(dòng)特性、短時(shí)過(guò)載能力、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等。
2、工作機(jī)械的類(lèi)型、規(guī)格、用途、轉(zhuǎn)速、功率（或轉(zhuǎn)矩）。工作制度：恒定載荷或變載荷，變載荷的載荷圖；啟、制動(dòng)與短時(shí)過(guò)載轉(zhuǎn)矩，啟動(dòng)頻率；沖擊和振動(dòng)程度；旋轉(zhuǎn)方向等。
3、原動(dòng)機(jī) 作機(jī)與減速器的聯(lián)接方式，軸伸是否有徑向力及軸向力。
4、安裝型式（減速器與原動(dòng)機(jī)、工作機(jī)的相對(duì)位置、立式、臥式）。
5、傳動(dòng)比及其允許誤差。
6、對(duì)尺寸及重量的要求。
7、對(duì)使用壽命、安全程度和可靠性的要求。
二、選定減速器的類(lèi)型和安裝型式
三、初定各項(xiàng)工藝方法及參數(shù)
四、確定傳動(dòng)級(jí)數(shù)；按總傳動(dòng)比，確定傳動(dòng)的級(jí)數(shù)和各級(jí)的傳動(dòng)比。
五、初定幾何參數(shù)；初算齒輪傳動(dòng)中心距（或節(jié)圓直徑）、模數(shù)及其他幾何參數(shù)。
六、整體方案設(shè)計(jì)；確定減速器的結(jié)構(gòu)、軸的尺寸、跨距及軸承型號(hào)等。
七、校核；校核齒輪、軸、鍵等負(fù)載件的強(qiáng)度，計(jì)算軸承壽命。
八、潤(rùn)滑冷卻計(jì)算
九、確定減速器的附件
十、繪制施工圖
2.2.3機(jī)器人外殼材料選擇
四連桿變形履帶式機(jī)器人的機(jī)體外殼采用鋁合金材料制作，鋁合金是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一類(lèi)有色金屬結(jié)構(gòu)材料，在航空、航天、汽車(chē)、機(jī)械制造、船舶及化學(xué)工業(yè)中已大量應(yīng)用。純鋁的密度小（ρ=2.7g/cm3），大約是鐵的 1/3，熔點(diǎn)低（660℃），鋁是面心立方結(jié)構(gòu)，故具有很高的塑性（δ:32~40%，ψ:70~90%），易于加工，可制成各種型材、板材?？垢g性能好；但是純鋁的強(qiáng)度很低，退火狀態(tài) σb 值約為8kgf/mm2，故不宜作結(jié)構(gòu)材料。通過(guò)長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)，人們逐漸以加入合金元素及運(yùn)用熱處理等方法來(lái)強(qiáng)化鋁，這就得到了一系列的鋁合金。 添加一定元素形成的合金在保持純鋁質(zhì)輕等優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)還能具有較高的強(qiáng)度，σb 值分別可達(dá) 24～60kgf/mm2。這樣使得其“比強(qiáng)度”（強(qiáng)度與比重的比值 σb/ρ）勝過(guò)很多合金鋼，成為理想的結(jié)構(gòu)材料，廣泛用于機(jī)械制造、運(yùn)輸機(jī)械、動(dòng)力機(jī)械及航空工業(yè)等方面，飛機(jī)的機(jī)身、蒙皮、壓氣機(jī)等常以鋁合金制造，以減輕自重。采用鋁合金代替鋼板材料的焊接，結(jié)構(gòu)重量可減輕50%以上。鋁合金密度低，但強(qiáng)度比較高，接近或超過(guò)優(yōu)質(zhì)剛，塑性好，可加工成各種型材，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和抗蝕性，工業(yè)上廣泛使用，使用僅次于鋼量。
2.2.4四連桿變形履帶機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)
下面提出了一種3 自由度微小型履帶式移動(dòng)機(jī)器人的履帶變形結(jié)構(gòu)。機(jī)器人的主體結(jié)構(gòu)基于平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)，整體采用模塊化設(shè)計(jì)，使得攜帶、拆裝和維修非常方便。通過(guò)理論分析、機(jī)器人虛擬樣機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真和實(shí)物樣機(jī)越障試驗(yàn)證明，設(shè)計(jì)的機(jī)器人不僅在爬坡性能、跨溝性能和地面適應(yīng)性等方面已經(jīng)達(dá)到同類(lèi)機(jī)器人的相當(dāng)水平, 而且在通過(guò)垂直路障時(shí)還具有一定優(yōu)勢(shì)。
四連桿變形履帶式機(jī)器人結(jié)構(gòu)布局如圖1所示, 主要由機(jī)架和兩個(gè)對(duì)稱(chēng)分布的履帶變形模塊組成。位于機(jī)器人中部的機(jī)架作為移動(dòng)平臺(tái)可裝載直流電源及與控制相關(guān)的各種設(shè)備,用于完成各種特定的任務(wù), 在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中一般保持水平。機(jī)架兩側(cè)是基于平行四邊形結(jié)構(gòu)的履帶變形模塊,主要由四連桿變形機(jī)構(gòu)、主驅(qū)動(dòng)輪、被動(dòng)輪及繞在履帶輪上的履帶組成,其中四連桿變形機(jī)構(gòu)由連桿、主動(dòng)曲柄、被動(dòng)曲柄組成,用于提供驅(qū)動(dòng)力,并且可以繞機(jī)架旋轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)履帶變形, 在越障時(shí)給機(jī)器人提供額外的輔助運(yùn)動(dòng)。機(jī)器人共有3個(gè)自由度, 即一個(gè)平動(dòng)自由度和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度。安裝在機(jī)器人兩個(gè)主驅(qū)動(dòng)輪內(nèi)的電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器傳動(dòng),將主驅(qū)動(dòng)輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)槁膸У钠揭七\(yùn)動(dòng), 實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的直線前進(jìn)、后退和轉(zhuǎn)向。另外一個(gè)電機(jī)安裝在機(jī)架上, 通過(guò)鏈傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)左右兩側(cè)履帶變形模塊中的主動(dòng)曲柄繞位于機(jī)架前方的軸轉(zhuǎn)動(dòng), 從而實(shí)現(xiàn)四連桿機(jī)構(gòu)的變形, 最終使繞在其四周的履帶構(gòu)形發(fā)生變化該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)在于巧妙地利用四連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的行進(jìn)與履帶的變形, 使機(jī)器人具備良好的越障性能和地面適應(yīng)性。
圖1
2.2.5機(jī)器人越障原理及性能分析
2.1 機(jī)器人越障的基本原理
與一般的輪式機(jī)器人等微小型移動(dòng)機(jī)器人相比,履帶式機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)在于其強(qiáng)大的越障能力,尤其是通過(guò)垂直路障的能力。翻越垂直路障的能力,是履帶機(jī)器人越障性能的主要指標(biāo)。這里設(shè)計(jì)的一種四連桿變形履帶式機(jī)器人可以通過(guò)臺(tái)階、溝渠等常見(jiàn)障礙,在此僅著重闡述其通過(guò)垂直路障的基本原理。
圖2是機(jī)器人通過(guò)垂直路障的原理示意圖, 四連桿機(jī)構(gòu)[ 6] 由機(jī)架AD、連桿BC、主動(dòng)曲柄AB、被動(dòng)曲柄CD 組成。
機(jī)器人越障的過(guò)程分析如下:
圖2 機(jī)器人通過(guò)垂直路障原理示意圖
圖2( 1): 在正常地形環(huán)境下, 組成履帶變形機(jī)構(gòu)的四根連桿處于水平位置, 機(jī)器人保持八輪著地的狀態(tài), 直至前面發(fā)現(xiàn)障礙物。
圖2( 2): 發(fā)現(xiàn)障礙物后, 機(jī)器人停止前進(jìn)。通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)履帶變形模塊中的主動(dòng)曲柄AB 繞前軸旋轉(zhuǎn), 從而改變四連桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)形, 最終使履帶構(gòu)形發(fā)生變化。當(dāng)主動(dòng)曲柄AB 旋轉(zhuǎn)到適當(dāng)角度時(shí)即可停止旋轉(zhuǎn)。
圖2( 3): 機(jī)器人繼續(xù)前進(jìn)至障礙物附近, 電機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)曲柄AB 旋轉(zhuǎn)至與機(jī)架成適當(dāng)夾角??, 使得AB 側(cè)的履帶壓在障礙物邊上。此時(shí)機(jī)器人已經(jīng)完成了越障前的準(zhǔn)備工作。
圖2( 4): 當(dāng)機(jī)器人主動(dòng)曲柄AB 側(cè)的履帶壓在障礙物上后, 通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)架后方的兩個(gè)主驅(qū)動(dòng)輪, 機(jī)器人在驅(qū)動(dòng)力和履帶攀附力下可順利通過(guò)障礙物。
三、實(shí)習(xí)總結(jié)
在實(shí)習(xí)過(guò)程中，我從學(xué)到了知識(shí)和技能。感到了生活的充實(shí)，以及獲得知識(shí)的滿(mǎn)足。真正的接觸了社會(huì)，使我消除了走向社會(huì)的恐懼心里，使我對(duì)未來(lái)充滿(mǎn)了信心，以良好的心態(tài)去面對(duì)社會(huì)。同時(shí)，也使我體驗(yàn)到了工作的艱辛，了解了當(dāng)前社會(huì)大學(xué)生所面臨的嚴(yán)峻問(wèn)題，促使自己努力學(xué)習(xí)更多的知識(shí)，為自己今后的工作奠定良好的基礎(chǔ)。同時(shí)在整個(gè)實(shí)習(xí)過(guò)程中，我們小組積極搜集相關(guān)資料，進(jìn)行整理抄寫(xiě)，實(shí)習(xí)指導(dǎo)老師也為我們介紹提示，主要是在關(guān)鍵問(wèn)題上為我們點(diǎn)撥，對(duì)我們的幫助時(shí)很大的。同時(shí)我認(rèn)為四連桿變形履帶式機(jī)器人作為微小型機(jī)器人，具有體積小、攜帶方便、低成本、隱蔽性好、快速反應(yīng)、機(jī)動(dòng)性高、生存能力...(查看更多)強(qiáng)、適應(yīng)水、陸環(huán)境等特點(diǎn)。
非常具有市場(chǎng)前景，經(jīng)濟(jì)效益可觀。
四、參考文獻(xiàn)
[ 1 ] 段星光, 黃強(qiáng), 李京濤. 具有越障功能的小型地面移動(dòng)機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì), 2006
[ 2 ] 陳淑艷, 陳文家. 履帶式移動(dòng)機(jī)器人研究綜述[ J] .機(jī)電工程,
2007
[ 3 ] 汪增福, 關(guān)勝曉, 曹?? 洋. 一種主動(dòng)適形越障機(jī)器人的設(shè)計(jì)與特性分析[ J] . 計(jì)算機(jī)仿真, 2007
[ 4 ] 馮虎田, 歐屹, 高曉燕. 小型地面移動(dòng)機(jī)器人特殊運(yùn)行姿態(tài)動(dòng)力學(xué)建模及分析[ J] . 南京理工大學(xué)學(xué)報(bào).
[ 5 ] 蔡自興. 機(jī)器人學(xué)[M ] . 北京: 清華大學(xué)出版社, 2000.
[ 6 ] 孫恒, 陳作模. 機(jī)械原理[M ] . 北京: . 高等教育出版社, 2000.
[ 7 ] Casper J ,Murphy R R ,Micire M. Issues in Intelligent Ro2
bot s for Search and Rescue[A] . SPIE Ground Vehicle Tech2
nology II ,Orlando ,FL ,2000.
[ 8 ] Binoy Shah , Howie Choset . Survey on Urban Search and
Rescue Robotics [ R] . CMU ,Pitt sburgh ,PA 15213 ,2003.
28
共27頁(yè) 第 頁(yè)