地震救援机器人设计及制作

机器人———抗灾救援一、作品简介本设计是一种在规定尺寸范围内既能在平地顺利转弯、行进此作品是根据抗灾救援中出现人被困于交通中断、封闭空间中的复杂地形中，救援人员无法到达那些复杂地区而导致延误救援时间，所以我们设计了抗灾救援机器人，我们设计的机器人适用于各种复杂地形，并且可以通过准确的人为控制解救被困于被重物形成封闭空间中的人。

由于我们的设计的机器人的移动是由4个可以360度转动的轮子组成，所以可以在复杂环境中自由移动，受环境的约束小；遇到过不去的沟或河道时，我们可以通过控制机器人架桥来障碍，达到救援现场；当有重物阻挡道路或者被重物困住时，我们通过控制机械手臂来移除和搬运重物。

二、研制背景及意义2.1这些机器人的参与，在救灾方面可以起到事半功倍的效果。

随着救灾机器人的完善，所需的人力也就会减少很多，从而使得跟少的人从事救灾这样危险的工作，更有效的起到了保护人民安全的作用。

所以我们要从学生时代抓起，充分利用年轻人的聪明才智，也为国家发掘人才，做出贡献。

，同时也可以调动年轻一带对科学的热爱与认知。

积极参加这类活动，可以是我们的聪明才智的到更好的发挥，同时也相当于对国家关于抗震救灾做出自己小小的贡献。

2.2随着科学技术和经济的不断发展，先进制造技术和数控技术、最优化设计的广泛应用，使得生产进一步智能化、自动化、经济化。

创新设计得到越来越重视也并得到广泛的发展，也变得智能化，很多问题可以通过计算机实现，减轻了设计的强度，缩短了设计周期，结合优化设计，创新设计变得异常简单，市场上的商品由此变得纷繁多样。

2.3培养大学生的创新意识和创新能力，注重培养大学生的创新设计能力、综合设计能力和协作精神；加强大学生动手能力的培养和工程实践的训练；丰富和活跃校园学术氛围。

三、设计具体要求3.1参赛作品的总体要求（一）机器人重量不限，但应尽可能轻。

（二）机器人造价不限，但应尽可能低。

（三）机器人操控可采用线控或遥控法方式。

摘 要我国是世界上地震灾害频繁发生的国家之一。

地震灾害以其瞬间突发性、破坏性强、严重性强和次生灾害多样性等特点，严重威胁着人类的生命和财产安全。

地震灾害发生后的72小时里，被困人员的存活率随时间的推移逐渐降低。

又因地震废墟环境具有范围广、受灾面积大、伤亡情况不确定和次生灾害频发等特点，所以地震救援具有时间紧急、救援难度大等特点。

随着科学技术的进步与发展，出现了可以用于地震救援的救援机器人。

地震救援机器人因具有可以连续执行救援任务，代替救援人员深入危险环境，可以搭载相应的工具深入废墟环境进行救援得到认可。

但是救援机器人依然存在着受地震废墟环境影响，作业方式与救援需求不匹配，救援效率不理想等问题。

本文主要采用文献资料法、分析法和比较研究法进行研究。

研究目的是解决复杂地震废墟环境影响救援机器人使用，作业方式与救援需求不匹配，救援机器人救援效率不理想等问题。

基于救援机器人的相关技术和研究成果，设计研究新型地震救援机器人。

通过调研与分析，我们提出了地震救援机器人设计的相关要求，主要包括全地形通过、工具多功能、机身轻量化、型号体系化和外观辨别化设计要求。

通过对这些设计要求的深入分析研究，结合地震救援机器人的设计原则，我们可以知道满足这些要求的地震救援机器人能更好地适应废墟环境，也能改善救援效率不理想等问题。

最后，根据设计要求、设计原则和地震救援的相关内容，进行具体解决方案的设计。

关键词地震灾害；救援；废墟环境；被困人员；机器人AbstractChina is one of the countries with frequent earthquake disasters in the world. Earthquake disaster is characterized by its sudden, destructive, serious and secondary disaster diversity, which seriously threatens the safety of human life and property. In the 72 hours after the earthquake disaster, the survival rate of the trapped people gradually decreased with the passage of time. Because of the wide range, large disaster area, uncertain casualties and frequent secondary disasters, earthquake rescue has the characteristics of time emergency and difficulty.With the development of science and technology, there are rescue robots that can be used in earthquake rescue. Because the earthquake rescue robot can carry out the rescue task continuously, instead of the rescue personnel to go deep into the dangerous environment, it can carry the corresponding tools to go deep into the ruins environment for rescue. However, there are still some problems in the rescue robot, such as the impact of the earthquake ruins environment, the operation mode does not match the rescue needs, and the rescue efficiency is not ideal.This paper mainly uses the methods of literature, analysis and comparative research. The purpose of the research is to solve the problems that the complex earthquake ruins environment affects the use of rescue robots, the operation mode does not match the rescue needs, and the rescue efficiency of rescue robots is not ideal. Based on the related technology and research results of rescue robot, a new type of earthquake rescue robot is designed and researched.Through investigation and analysis, we put forward the design requirements of the earthquake rescue robot, including all terrain passing, multi-functional tools, lightweight fuselage, model systematization and appearance discrimination design requirements. Through the in-depth analysis and research of these design requirements, combined with the design principles of the earthquake rescue robot, we can know that the earthquake rescue robot meeting these requirements can better adapt to the ruins environment, and also can improve the rescue efficiency is not ideal. Finally, according to the design requirements, design principles and related contents of earthquake rescue, the specific solution design is carried out.Key words earthquake disaster; rescue; ruins environment; trapped people; robot目 录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 论文的研究背景 (1)1.1.1 研究背景 (1)1.1.2 研究目的及意义 (2)1.2 国内外研究现状 (3)1.2.1 国内研究现状 (4)1.2.2 国外研究现状 (4)1.3 研究内容 (6)1.4 论文框架图 (7)第2章被困人员与废墟环境状况 (9)2.1 被困人员状况 (9)2.1.1 被困人员伤病状况 (9)2.1.2 被困人员心理状况 (11)2.2 废墟环境状况 (11)2.2.1 外部废墟状况 (12)2.2.2 存活空间状况 (15)2.3 本章小结 (17)第3章地震救援机器人设计要求分析 (19)3.1 全地形通过设计要求 (20)3.2 工具多功能设计要求 (22)3.3 机身轻量化设计要求 (25)3.4 型号体系化设计要求 (28)3.5 外观辨别化设计要求 (30)3.6 本章小结 (32)第4章地震救援机器人设计原则 (35)4.1 可靠性设计原则 (35)4.1.1 动力装置的可靠性 (36)4.1.2 行走装置的可靠性 (37)4.2 标准化设计原则 (37)4.2.1 型号的标准化 (38)4.2.2 运输的标准化 (38)4.3 创新性设计原则 (40)4.3.1 工具的创新性 (40)4.3.2 结构的创新性 (41)4.4 本章小结 (42)第5章地震救援机器人设计实践 (43)5.1 行走模块设计 (43)5.2 工具模块设计 (45)5.3 主机模块设计 (47)5.4 机身材料使用 (48)5.5 外观颜色设计 (48)5.6 机器人图解 (50)5.7 设计说明 (51)结论 (55)参考文献 (57)攻读硕士学位期间所发表的论文 (61)致谢 (63)第1章绪论1.1 论文的研究背景1.1.1 研究背景我国是世界上地震灾害频繁发生的国家之一，地处欧亚板块的东南部，因受印度洋板块、太平洋板块的相互作用和影响，所以地震灾害相对活跃[1]。

1 旋翼空中搜索机器人和废墟洞穴可变形机器人在芦山地震救援中国际上的机器人学者从应用环境出发将机器人分为两类：制造环境下的工业机器人和非制造环境下的服务与仿人型机器人。

我国机器人专家基本认同这种分类方法，将机器人分为工业机器人和特种机器人。

特种机器人是除工业机器人之外的、在美国俄克拉荷马州的阿尔弗德联邦大楼爆炸案，揭开了救援机器人技术研究的序幕。

2001年美国９．１１ 事件，美国机器人辅助救援中心和其他一些单位的救援机器人第一次配合救援人员参与了救援行动，有几十个救援机器人替代救援人员进入世贸大楼搜索幸存者被轰然倒塌的废墟压埋，被认为是救援机器人的第一次实际应用。

救援机器人在重大突发事件救援中替代人类进入到危险环境搜寻救援的优势和作用第一次得到显现，鉴于此西方许多发达国家竞相开展了救援机器人技术研究。

2地震搜救机器人灾害救援机器人衍生于军用机器人。

地震搜救机器人是灾害搜救机器人中的一分子。

由于地震小概率事件，因此地震搜救机器人在灾害救援机器人中属于小众中的小众。

2.1地震搜救机器人发展历程我国救援机器人研究肇始于2007年国家863计划首次支持的第一个“救灾救援危险作业机器人技术研究” 重点项目，在这个项目中包含了中国地震应急搜救中心（以下简称搜救中心）牵头的“地震废墟搜索与辅助救援机器人研制”课题，开启了中国地震辅助救援机器人研究的新篇章。

经过十年的努力，搜救中心与中国科学院沈阳自动化研究所国家机器人学重点实验室、哈尔滨工业大学国家机器人重点实验室、中科院合肥物质科学研究院、北京航空航天大学、北京理工大学、北京工业大学、哈尔滨工业大学、上海大学、天津大学、山东大学、大连理工大学等众多科研院所优势互补，形成了以搜救中心为枢纽核心，与国内相关科研院所多个机器人技术团队强强联合的我国地震辅助搜救机器人领域的开发研究与示范应用体系。

十年来从无到有，初步建立了搜索类、营救类、助力类、快速与大型机器类对接的智能救援属具类和地震搜救机器人功能综合测试评价技术的地震搜救机器人体系。

灾难救援机器人制作方案
近年来地震、矿难频繁发生，带来了无数的灾难，许多无辜的人失去了宝贵的生命，许多幸福的家庭，也因此失去了原有的快乐。

作为新世纪的我们深表痛心，我们想到了借助高科技，利用机器人来救援那些被废墟深埋的人们。

让那些需要救援的人们得到及时的救助由此我们机器人协会拟定了一套救援机器人的制造方案一、设计目的
 设计一种机器人，能在废墟，夹缝中进行道路探索和环境的扫描中，在弯曲处自动控制转弯，可以防尘、防水、防毒，对于那些发热及有生命现象的东西，具有很好的灵敏性。

从而起到能对受困的人进行及时的支援和救助
 一、设计目的
 设计一种机器人，能在废墟，夹缝中进行道路探索和环境的扫描中，在弯曲处自动控制转弯，可以防尘、防水、防毒，对于那些发热及有生命现象的东西，具有很好的灵敏性。

从而起到能对受困的人进行及时的支援和救助。

 二、方案设计
 1、方案说明：
 a、本方案履带式结构，根据昆虫仿生运动结构，可以越过沟渠，废墟等障
碍物，同时可以对深埋地下的矿产进行扫描探索开采和对伤员进行食物以及水的运输。

 b、前面、后面部分都有动力装置，可以更好的前进和倒退，同时可以提供
足够的动力防止打滑。

在前面和后面都有转向轴，是整个装置更加灵活轻捷。

中间连杆可以控制前、后两部分的高低还有距离能起到连接和传递动力的作用
 2、方案图解。

基于单片机的营救机器人的设计与制作营救机器人是一种能够在危险环境中执行救援任务的机器人。

它可以应对各种恶劣的环境，如火灾、地震、洪水等，并迅速找到被困人员并提供救助。

本文将介绍一种基于单片机的营救机器人的设计与制作。

设计思路：1.机械结构设计：机器人的机械结构需要具备灵活性、稳定性和强大的承重能力。

可以采用多关节机械臂设计，使其能够在狭窄的空间中操作，并能够抓取和搬运重物。

此外，机器人还应具备一定程度的自主移动能力，可以通过轮子或履带来实现。

2.传感器选择：为了提高机器人在复杂环境中的感知能力，需要选用适当的传感器。

例如，红外线传感器可以用于检测火灾的热源，声音传感器可以用于听到被困者的呼救声，摄像头可以用于实时监控和图像识别等。

3.控制系统设计：机器人的控制系统应该具备高度的智能化和自主性。

可以使用单片机作为主控芯片，通过编程实现机器人的各种功能和动作。

同时，还可以将机器人与云平台进行连接，实现遥控和监控等功能。

4.电源系统设计：机器人需要一种可靠的电源系统来提供稳定的电能供应。

可以选择锂电池或太阳能电池作为机器人的动力源。

制作步骤：1.硬件搭建：根据机器人的机械结构设计制作机器人的机械臂和底盘，并将传感器和执行器安装在合适的位置。

同时，将单片机和其他电子元件焊接在电路板上。

2.软件编程：根据机器人的功能需求，使用相应的开发工具对单片机进行编程。

编写程序控制机器人的各个功能和动作，并实现传感器数据的处理与分析。

3.电源连接和测试：将电源系统与机器人的电路板连接，并进行相应的测试。

确保机器人能够正常工作并具备稳定的电能供应。

4.功能测试和完善：对机器人进行各项功能测试，检查机器人的运动、感知和控制性能。

根据测试结果进行优化和完善，确保机器人能够在各种场景下顺利执行任务。

总结：基于单片机的营救机器人的设计与制作是一项复杂而有挑战性的任务。

需要综合考虑机械结构设计、传感器选择、控制系统设计和电源系统设计等多个方面。

地震救援设计说明书地震救援设计说明书1. 引言1.1 目的本文档旨在提供地震救援的设计说明，以指导设计团队在开发地震救援时的工作。

1.2 范围本文档涵盖了地震救援的设计概念、结构、功能、性能要求、控制系统、通信系统、电力系统、机械系统等方面的内容。

2. 设计概念2.1 多功能性地震救援应具备多种功能，如探测受困人员、运送救援物资、提供紧急救护等。

2.2 高灵活性地震救援应具备良好的机动性和适应性，能够在复杂的地震环境中自由移动和工作。

2.3 高稳定性地震救援应具备稳定的结构和平衡系统，以应对地震环境的不稳定性。

3. 结构设计3.1 框架地震救援的框架应采用轻量化的材料，如碳纤维复合材料，以提高的机动性。

3.2 运动系统地震救援应配备足够的运动轮和驱动装置，以保证其在不平坦的地震场地上能够稳定移动。

3.3 传感器系统地震救援应搭载各种传感器，如摄像头、红外线传感器、气体传感器等，以实时探测受困人员和危险环境。

3.4 操作系统地震救援应配备智能操作系统，能够根据环境和任务要求做出自主决策和行动。

4. 功能设计4.1 人员搜索与定位功能地震救援应能够通过传感器探测受困人员的位置，并在地震场地中准确定位受困人员的位置。

4.2 物资运输功能地震救援应具备搬运和运输救援物资的能力，以满足救援需求。

4.3 紧急救护功能地震救援应配备基本的急救设备，如急救箱、心电图仪等，能够对受伤或生命体征不稳定的人员进行紧急救护。

5. 性能要求5.1 最大移动速度地震救援的最大移动速度应满足紧急救援的需要，同时考虑到稳定性的要求。

5.2 工作时间地震救援的电力系统应能够支持长时间的工作，以保证救援任务的顺利进行。

5.3 载重能力地震救援的载重能力应能够满足运送救援物资的需求，同时考虑灵活性的要求。

6. 控制系统设计6.1 远程控制地震救援应具备远程控制功能，以便操作人员对其进行远程操控和指导。

6.2 自主控制地震救援应具备自主控制功能，能够根据环境和任务要求做出自主决策和行动。

救援机器人毕业设计
随着自然灾害和人为事故的频繁发生，救援机器人逐渐成为重要的援助工具。

本篇毕业设计旨在设计一种多功能的救援机器人，以便在各种紧急情况下提供必要的援助。

设计思路：
1. 结构设计：
救援机器人的结构需要面对各种不同的环境，包括火灾、地震、洪水等。

因此，它的结构需要具有耐高温、防水、防震等特性。

机器人装备有多个机械臂，能够在不同的场景下进行有效的操作，例如搜寻被困者、拯救伤员等。

2. 传感器设计：
救援机器人装配有多种传感器，包括温度传感器、气体传感器、声音传感器等。

这些传感器能够帮助机器人辨识出各种环境中的问题，并提供相关的信息。

例如，在火灾中，机器人可以利用传感器来检测房屋内的温度和任何潜在的危险。

3. 程序设计：
机器人需要具有一定的智能，能够根据环境的变化做出正确的反应。

机器人配备了多个算法，例如对象检测、运动规划等，能够在不同的场景下做出正确的决策。

4. 发电机：
机器人配备了太阳能发电机，以保证在没有电力供应的情况下，机器人仍能正常运作。

此外，机器人还配备了备用电池，以提供额外的能量储备。

结论：
在救援工作中，救援机器人可以发挥重要作用。

设计一种多功能的救援机器人，能够帮助消防员、医生等工作人员有效地解决紧急情况下的问题。

在未来，随着技术的发展，救援机器人将会变得更加先进和智能化。

灾害救援机器人设计方案一、设计要求设计一具有独立前进、转弯、后退、避障、救人等功能的救援机器人。

二、设计任务1.电子控制组：设计好控制电路及原理图，各类传感器电路及稳压电源，并制作成独立模块，按程序要求进行调试（超声波、雷达和红外线传感器的感应距离）。

2.机械设计组：设计机器人各部分结构（包括机械手、身躯、底盘）以及各类传感器模块的安装。

3.程序设计组：按照具体设计要求进行编程及调试、烧录等工作。

4.三、设计思路机器人在封闭场地内利用红外线传感器自动搜索安装了红外线发射管的洋娃娃。

一旦发现目标便向目标靠近，途中发现障碍物则侧移距离L或转弯角度a然后继续前进，当机器人与洋娃娃之间距离达到S（此时红外线传感器比超声波传感器或雷达优先级更高）时，触发控制机械臂抓向小人，机械臂的“手指”部分装有压力传感器（或轻触开关代替触觉传感器实现），当抓紧小人时触发单片机控制（入口设一200W白炽灯光感返回或者程序倒退返回）机器人返回，并翻转电机松开洋娃娃。

四、场地模拟有一封闭场地并设立一入口，机器人从入口出发，利用红外线传感器搜索救援目标洋娃娃，没有搜索到时则继续前进，遇到障碍物时侧移并转弯绕过障碍物继续前进，直到接近目标控制机械臂抓紧小人并返回，途中屏蔽掉红外线感应，只绕过障碍返回。

返回到达入口白炽灯处手部电机反转松开小人并复位。

五、机器人运作流程图：六、电路模块设计1.超声波发射电路：2.超声波接收电路：3.红外线发射电路：4.红外线接受电路5.直流电机的驱动电路6. 5V与12V直流电源电路7.压力或触觉传感器8. 步进电机驱动电路（1）：步进电机驱动电路（2）七、红外线搜索方案原理场地内洋娃娃身上的红外线发射头发射的红外线被机器人身上一个接收头接受到，如果这个接收头不是正前方的接收头（蓝色框表示），假设它被右方的接收头接收到，则触发单片机控制底盘步进电机右转（2个相对步进电机同向同速转动带动2个车轮一正转一反转，可实现机器人原地转向），直到正前方的接收头接收到红外线后就触发单片机控制机器人向目标前进。

目录摘要及关键词 (1)1 引言 (1)1.1选题的背景和意义 (1)1.2 国内外的发展趋势和研究现状 (2)2 救援机器人的机械设计 (3)2.1机器人的移动机构设计 (3)2.2机器人运动分析 (5)2.3机器人的传动系统设计 (9)3 救援机器人的控制系统设计 (11)3.1硬件设计 (12)3.2智能机器人的软件设计 (15)4 结论 (17)参考文献： (19)谢辞............................................................................................................... 错误!未定义书签。

救援机器人的设计摘要：本设计是一种可携带的履带式救援机器人，它集成了机械工程、电子技术、智能控制、计算机科学等多科领域先进研究成果，在救援中可用于环境勘探、破障、目标指示跟踪，可以为救援人员提供有效的信息以便做出最有效的措施。

本论文的研究目的是设计机构新颖、具有独创性、可携带抗冲击的智能移动机器人。

关键词：可携带履带式机器人；虚拟仿真；复合移动1 引言1.1选题的背景和意义煤炭工业是我国国民经济的基础产业，煤炭在我国能源发展格局中的基础地位是稳固的前景是广阔的建国。

50多年来，煤炭作为我国的主要能源，在一次能源消费结构中占有大部分比例。

随着我国国民经济的快速发展，人民生活水平的不断提高，国家对能源的需求将有大幅度的增加[1]。

针对我国煤炭事故的不断增多，且救援水平较低的现状，研究适用于井下瓦斯、煤尘爆炸等重大事故后，能够代替人及时进入事故现场，监测井下环境状况、准确的判断井下作业人员的受困位置以及获取环境信息的煤矿救援机器人系统，实现煤炭矿灾后科学救援，最大限度的减少人员伤亡和财产损失，从而提高我国煤矿安全事故的救援水平具有非常重要的意义。

随着经济的快速发展煤炭的消耗越来越大，而我国的煤炭事业大多数为矿工开采，所以存在的不安全因素很多，瓦斯煤尘和火灾等灾害事故频繁发生，灾害事故严重伤害矿工和造成重大经济损失。

六轮式多功能智能抢险机器人的设计六轮式多功能智能抢险机器人是一种基于人工智能和机器人技术的智能化设备，能够快速响应抢险救援任务，对恶劣环境进行检测和处理，实现多项功能，适用于各种复杂的场景。

本文将介绍六轮式多功能智能抢险机器人的设计方案，包括机器人的结构、功能模块、控制系统和算法。

一、机器人的结构和功能模块六轮式多功能智能抢险机器人的结构是由底盘、机械手臂和传感器组成。

1.底盘：机器人的底盘采用六轮驱动设计，每个轮子都装有电机和减速器，可以实现前后左右移动和旋转等操作。

底盘可以根据不同的任务需求进行配置。

2.机械手臂：机械手臂是机器人的重要部分，可以完成精细的工作，如救援、修缮、搬运等。

机械手臂具有独立的驱动系统，可以根据工作需求进行调节。

3.传感器：机器人的传感器系统包括激光雷达、摄像头、温度传感器和气体传感器等。

可以实现机器人对周围环境进行检测和监控，保证机器人在复杂环境中可靠地工作。

二、控制系统六轮式多功能智能抢险机器人的控制系统采用分层控制结构，将软件和硬件进行有效地分离。

控制系统包括硬件控制板和软件控制层。

硬件控制板：硬件控制板由主控板，驱动板以及通信板组成。

通过CAN总线连接控制板和电机驱动板，实现机器人底盘的运动控制。

同时，硬件控制板还集成了传感器的数据采集和处理功能，将实时数据传输给软件控制层。

软件控制层：软件控制层主要负责机器人的运行控制和任务规划。

软件控制层采用ROS系统实现，通过上位机程序进行控制和任务下发。

三、算法机器人的算法主要包括定位和路径规划算法、避障算法和机械臂控制算法。

1.定位和路径规划算法：机器人的定位采用激光雷达和视觉系统，实现机器人在未知环境中的定位和导航。

机器人路径规划采用A*算法，能够在快速移动中通过避障点实现路径规划。

2.避障算法：机器人的避障采用激光雷达和视觉系统实现环境感知，结合避障算法实现机器人的自主导航与避障，提高机器人的安全性和工作效率。

3.机械臂控制算法：机械臂控制算法采用PID算法实现，提高机械臂的精度和稳定性，能够实现对复杂环境中各种工具和设备的操作。