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河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告
題目名稱(chēng)
四連桿履帶式搜救機(jī)器人
學(xué)生姓名
錢(qián)龍飛
專(zhuān)業(yè)班級(jí)
08機(jī)設(shè)2班
學(xué)號(hào)
0828070150
一、 選題的目的和意義：
目的：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)。
意義：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。
四連桿變形履帶式搜救機(jī)器人是指用于公安、武警在災(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。圖為機(jī)器人給幸存者測(cè)量脈搏的示意圖。
二、 國(guó)內(nèi)外研究綜述：
近十年來(lái),尤其是“911”事件之后,美國(guó)、日本等西方發(fā)達(dá)國(guó)家在地震、火災(zāi)等救機(jī)器人的研究方面做了大量的工作,研究出了各種可用于災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)救援的機(jī)器人。以牽引和運(yùn)動(dòng)方式的不同搜救機(jī)器人主要可分為以下幾類(lèi):
2. 1 履帶式搜救機(jī)器人
履帶式機(jī)器人是為了滿足軍事偵察、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
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。
2. 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。
三、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）所用的主要技術(shù)與方法：
四連桿變形履帶式機(jī)器人結(jié)構(gòu)布局, 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。
方法：
1．在圖書(shū)館借閱相關(guān)書(shū)籍
2．在學(xué)校數(shù)據(jù)庫(kù)查找相關(guān)資料
3．通過(guò)老師的指導(dǎo)
4．通過(guò)瀏覽因特網(wǎng)上的相關(guān)資料
5．對(duì)相關(guān)資料和數(shù)據(jù)進(jìn)行理論計(jì)算和分析
6. 設(shè)計(jì)參考有關(guān)設(shè)計(jì)樣板，完善設(shè)計(jì)方法，進(jìn)一步完善設(shè)計(jì)結(jié)果
7 通過(guò)與同學(xué)探討得出有關(guān)結(jié)論
8 自己總結(jié)資料得出結(jié)論
四、 主要參考文獻(xiàn)與資料獲得情況：
[ 1 ]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, 24( 4 ) :
[ 2 ] 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). 2006, 30 ( 4) [ 3 ] 蔡自興. 機(jī)器人學(xué)[M ] . 北京:清華大學(xué)出版社, 2000.
[ 4 ] 孫恒,陳作模. 機(jī)械原理[M ] . 北京:高等教育出版社, 2000.
五、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排（按周說(shuō)明）
第5～7周 畢業(yè)實(shí)習(xí)，完成實(shí)習(xí)報(bào)告，收集資料，完成開(kāi)題報(bào)告。
第8～10周 總體方案設(shè)計(jì)，初步完成設(shè)計(jì)計(jì)算，外文翻譯。
第11～13周 完成總裝圖和零件圖的繪制和設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。
第14～15周 修改和完善，準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。
六、 指導(dǎo)教師審批意見(jiàn)：
指導(dǎo)教師： （簽名）
年 月 日
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