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河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文
摘 要
煤礦災(zāi)害尤其是瓦斯煤塵爆炸事故發(fā)生后,礦井環(huán)境十分復(fù)雜,井下因?yàn)?zāi)受傷人員面臨極其危險(xiǎn)的狀況,需盡快地轉(zhuǎn)移與救護(hù)；而救援工作異常困難和危險(xiǎn),往往在救援工作中造成救護(hù)人員的傷亡。研發(fā)代替或部分代替救護(hù)人員及時(shí)、快速深入礦井災(zāi)區(qū)進(jìn)行環(huán)境探測(cè)和搜救工作的救災(zāi)機(jī)器人具有極其重要的意義。
本論文研究工作的目的是設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)新穎、具有獨(dú)創(chuàng)性的可攜帶、抗一定沖擊的履帶移動(dòng)機(jī)器人，以能夠適應(yīng)在惡劣環(huán)境和復(fù)雜路況下工作。通過在移動(dòng)系統(tǒng)上加載不同的模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)搜救機(jī)器人不同的使用功能，本研究意義在于為后續(xù)設(shè)計(jì)的搜救機(jī)器人提供一個(gè)基礎(chǔ)的動(dòng)力平臺(tái)，以便于能夠開發(fā)出更多使用功能的搜救機(jī)器人。
本研究所設(shè)計(jì)的搜救機(jī)器人移動(dòng)方案是履帶式驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。該方案采用模塊化設(shè)計(jì)，便于拆卸維修，可以分段自適應(yīng)復(fù)雜路面，并可主動(dòng)控制兩側(cè)翼板模塊的轉(zhuǎn)動(dòng)來調(diào)節(jié)機(jī)器人姿態(tài)變化，輔助爬坡、越障和跨溝；機(jī)器人經(jīng)過合理的結(jié)構(gòu)布局和設(shè)計(jì)后具有良好的環(huán)境適應(yīng)能力、機(jī)動(dòng)能力并能抵抗一定高度的掉落沖擊。所設(shè)計(jì)的機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由四部分組成：主動(dòng)輪減速驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、翼板轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、自適應(yīng)路面執(zhí)行機(jī)構(gòu)、履帶及履帶輪運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，本論文對(duì)上述各部分方案分別進(jìn)行論證、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算、3D建模，并設(shè)計(jì)了搜救機(jī)器人虛擬樣機(jī)。
關(guān)鍵字：搜救機(jī)器人；復(fù)合移動(dòng)機(jī)構(gòu)；模塊化設(shè)計(jì)；
Abstract
Coal mine disasters,especially gas and coal dust explosion, mine environment is very complex and wounded tolls mine face extremely dangerous conditions,be transferred as soon as possible and rescue.and rescue work extremely difficult and dangerous, often resulting in the rescue work in the ambulance casualties.R & D to replace or partially replace the ambulance personnel in a timely manner, quick in-depth environmental exploration and mine disaster relief robot search and rescue work is extremely important
The purpose of this thesis is to design novel structure, its unique portable,shock intelligently tracked mobile robot, in order to be able to adapt to the harsh environment and the complicated road to work.Mobile systems loaded by different modules, search and rescue robots can be achieved using different functions, this study is important because other people's search and rescue robot designed to provide a basis for the dynamic platform to facilitate greater use of features can developsearch and rescue robots.
This resoarch is moving search and rescue robot crawler.The program is modular in design, easy disassembly maintenance, can be complex adaptive sub-surface, active control can turn on both sides of flange module to adjust the robot pose changes, supporting climbing,obstacle and cross-channel.The design of the robot moving mechanism mainly consists of four components. Active wheel reducer drive mechanism, flange rotation institutions, adaptive road implementing agencies, sports organizations track and track wheels, part of the paper on the above programs were carried out feasibility studies, structural designcalculation, 3D modeling , and design a rescue robot prototype.
Key words: search and rescue robots; composite mobile body; modular design
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目 錄
前 言 1
1 緒 論 3
1.1 課題研究背景及意義 3
1.1.1 課題研究背景 3
1.1.2 課題研究意義 3
1.2 國(guó)內(nèi)外的研究概況 5
1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀 5
2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 10
1.2.3 發(fā)展趨勢(shì) 11
2 搜救機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 12
2.1 井下復(fù)雜環(huán)境對(duì)救災(zāi)機(jī)器人的要求 12
2.2 典型移動(dòng)機(jī)構(gòu)方案論證分析 13
2.2.1 輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)特點(diǎn) 13
2.2.2 腿式移動(dòng)機(jī)構(gòu)特點(diǎn) 14
2.2.3 履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)特點(diǎn) 15
2.2.4 履、腿式移動(dòng)機(jī)構(gòu)特點(diǎn) 16
2.2.5 輪、履、腿式移動(dòng)機(jī)構(gòu)性能比較 17
2.3 本研究采用的行走機(jī)構(gòu) 17
2.4 救災(zāi)機(jī)器人性能指標(biāo)與設(shè)計(jì) 18
2.5 本章小結(jié) 19
3礦用搜救機(jī)器人運(yùn)動(dòng)參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算 20
3.1機(jī)器人越障分析 20
3.1.1機(jī)器人跨越臺(tái)階 20
3.1.2跨越溝槽 21
3.2斜坡運(yùn)動(dòng)分析 22
3.3 本章小結(jié) 23
4機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)機(jī)械設(shè)計(jì) 24
4.1驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選則 24
4.1.1基于平地的最大速度的電機(jī)功率計(jì)算 24
4.1.2爬坡最大坡度的驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率計(jì)算 25
4.2 本章小結(jié) 26
5 驅(qū)動(dòng)輪減速器設(shè)計(jì) 27
5.1減速器方案分析 27
5.1.1減速器應(yīng)滿足的要求 27
5.1.2 減速器方案分析 27
5.2 減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算 29
5.2.1減速器的傳動(dòng)方案分析 29
5.2.2配齒計(jì)算 29
5.2.3初步計(jì)算齒輪的主要參數(shù) 30
5.2.4裝配條件的計(jì)算 34
5.2.5高速級(jí)齒輪強(qiáng)度的驗(yàn)算 35
5.2.6 軸的設(shè)計(jì)及校核 44
5.3 本章小結(jié) 46
6移動(dòng)機(jī)構(gòu)履帶及翼板部分設(shè)計(jì) 47
6.1履帶的選擇 47
6.1.1 確定帶的型號(hào)和節(jié)距 48
6.1.2確定主從動(dòng)輪直徑 48
6.1.3確定節(jié)線長(zhǎng)度和帶寬 49
6.2 翼板部分設(shè)計(jì) 51
6.3 本章小結(jié) 51
7機(jī)器人搖臂的設(shè)計(jì) 52
7.1 搖臂作用概述 52
7.2搖臂傳動(dòng)減速器設(shè)計(jì) 53
7.3本章小結(jié) 55
8 總結(jié)與展望 56
致 謝 58
參考文獻(xiàn) 59
前 言
我國(guó)的煤炭資源十分豐富，是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)。在我國(guó)的能源工業(yè)中，煤炭占我國(guó)一次能源生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的70%左右，預(yù)計(jì)到2050年還將占50%以上，因此，在未來相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，煤炭仍然是我國(guó)的主要能源，由于我國(guó)礦井自然條件差，加上技術(shù)和管理等諸多方面不到位，以及近年來國(guó)家對(duì)煤炭資源需求量的不斷增長(zhǎng)，使得我國(guó)煤礦礦井災(zāi)害事故頻繁發(fā)生，人員傷亡十分慘重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2006年我國(guó)礦難死亡1517人，百萬噸死亡率為2.00；2007年全國(guó)礦難死亡1600人，百萬噸死亡率為2.1；2008年全國(guó)煤礦發(fā)生傷亡事故1341 起，死亡1389人，百萬噸死亡率約為1.84，其中一次死亡3～9人的重大事故110起，死亡886人。2009年