履带式搜救机器人机械结构设计毕业设计说明书

摘要：随着我国改革开放的不断开展，我国经济建设和技术应用都得到了高速稳定的发展，机器人已成为制造加工行业必不可少的关键设备，机器人可以分为关节机器人和移动机器人两种，关节机器人通常情况下是固定不动的，所以其工作范围非常局限，而移动机器人恰恰克服了这一技术难题，随时随地的移动大大的增加了机器人的使用区间，使得机器人能够更加方便快捷的完成各项任务。

移动机器人相比普通关节机器人增加了移动机构，移动的方式多种多样，有腿式移动机构，轮式移动机构，履带式移动机构等等，选择何种移动方式决定了移动机器人的工作性质和内容。

本篇论文中提出了一种结构巧妙、机动性好、稳定性能高的多功能履带式机器人设计方案，本方案对履带式机器人技术进行深入分析研究，其工作原理是：利用履带式机器人的双节双履带进行支撑机器人本体进行移动，通过调整两节履带的角度来翻越障碍，最终实现机器人自由移动的目的。

多功能履带式机器人作为一种新型的移动机器人，对此进一步的研究也是不能忽视的。

关键词：机器人；移动机器人；履带式机器人AbstractWith the continuous development of China's reform and opening up, China's economic construction and technology applications have been high-speed and stable development, the robot has become a manufacturing and processing industry essential essential equipment, robots can be divided into joint robot and mobile robot two, joint robot Usually the case is fixed, so its working range is very limited, and mobile robots just to overcome this technical problems, anytime, anywhere the mobile greatly increased the use of the robot range, making the robot can more quickly and easily complete the task.Compared with the common robot, the mobile robot has increased the movement mechanism, the movement way is varied, the leg movement mechanism, the wheel movement mechanism, the crawler movement mechanism and so on. What kind of movement mode is selected determines the working nature of the mobile robot and content. This paper presents a multi-functional crawler robot design scheme with clever structure, good mobility and high stability. The scheme is based on the deep analysis of the crawler robot technology. The working principle is that the use of the double- Section of the double track to support the robot body to move, by adjusting the angle of the two tracks to cross the obstacles, and ultimately achieve the purpose of free movement of the robot. Multi-function crawler robot as a new type of mobile robot, this further study can not be ignored.Keywords: robot，Mobile robots, Crawler robots目录Abstract (II)目录 (III)第一章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2移动机器人的发展概况 (1)1.3 Solidwork软件的介绍 (2)1.4 有限元分析的介绍 (3)1.5 课题研究的意义及目的 (4)第二章多功能履带式机器人的设计 (5)2.1 多功能履带式机器人的设计要求 (5)2.2多功能履带式机器人的设计概述 (5)2.2.1多功能履带式机器人与其他类型移动机器人原理的对比 (5)2.2.2多功能履带式机器人与其他类型移动机器人特点的对比 (8)2.2.3 多功能履带式机器人的设计参数 (8)2.3多功能履带式机器人的具体设计 (8)2.3.1 机器人底座结构设计 (9)2.3.1.1行走电动机的设计与选型 (9)2.3.1.2减速器齿轮的设计 (12)2.3.1.3齿轮齿数的选择 (13)2.3.1.4直齿圆柱齿轮静力及接触分析的理论计算 (14)2.3.1.5直齿轮静力及接触的有限元分析 (17)2.3.1.6链传动的设计 (19)2.3.2机械手臂结构设计 (21)2.3.2.1机械手臂转动电机的设计与选型 (21)2.3.2.2机械手臂转动结构的设计 (23)第三章总结与展望 (24)参考文献 (24)第一章绪论1.1 引言随着我国改革开放的不断开展，我国经济建设和技术应用都得到了高速稳定的发展，机器人应用的地方变得越来越多，从单一的生产制造业发展到各行各业，甚至延伸到排爆等危险的具体工作。

JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY 本科毕业论文（设计）题目：履带式机器人结构设计学院：工学院*名：**学号： ********专业：农业机械化及其自动化年级：农机1001指导教师：肖丽萍职称：副教授2014年 5 月摘要在微小型履带机器人方面美国走在了世界的前列，代表机器人有Packbot机器人，Talon机器人，NUGV等。

我国微小型机器人的研究和开发晚于西方的一些发达国家，我国是从20世纪80年代开始机器人领域的研究的。

其中具有代表性的有中国科学院研制的复合移动机器人“灵晰-B”型排爆机器人，“龙卫士Dragon Guard X3B 反恐机器人”，“JW-901 排爆机器人”等。

此设计的目的设计结构新颖，能实现过坑、越障等动作。

通过在机器人机架上加装其他功能的模块来实现不同的使用功能，本研究的意义是为机器人提供一个动力输出平台，为开发各种功能的机器人提供基础平台。

此设计移动方案的选择是采用了履带式驱动结构。

结构整体使用模块化设计，以便后续拆卸维修，可以适应于各种复杂的路面，并可主动控制前后两侧摇臂的转动来调节机器人的运动姿态，从而达到辅助过坑、越障等动作。

经过合理的设计后机器人将具有很好的环境适应能力、机动能力并能承受一定的掉落冲击，此设计的移动机构主要由四部分组成：主动轮减速机构、翼板转动机构、自适应路面执行机构、履带及履带轮运动机构。

关键词：履带机器人;履带移动机构;模块化设计AbstractIn terms of micro small crawler robots walk in the forefront of the world in the United States, on behalf of the robot has disposal robot, Talon robot, NUGV, etc. Miniature robot research and development in our country later than some developed western countries, our country from the 1980 s began to research in the field of robot. One of the typical composite mobile robot developed by the Chinese academy of sciences \"norm of spirit - B\" type eod robots, \"Dragon Guard Dragon Guard X3B anti-terrorism robot\", \"JW - 901 eod robot\", etc.The design is novel, the purpose of this design can achieve pit, surmounting obstacles. Through in the robot arm with other function modules to realize different use function, the significance of this study is to provide a power output for robot platform, provides the basis for the development of all sorts of function of robot platform.This design is the choice of mobile solutions adopted crawler drive structure. Structure of the overall use of modular design, in order to follow-up maintenance, removal can be adapted to various complicated road, and can turn on either side of the rocker arm before and after active control to regulate the robot's motion, so as to achieve auxiliary pit, surmounting obstacles. After reasonable design robots will have good environmental adaptability, mobility and can absorb a certain amount of drop impact, this design of the mobile mechanism is mainly composed of four parts: the driving wheel deceleration institutions, wing rotating mechanism, adaptive pavement actuators, track and track wheel motion mechanism.Keywords: tracked robot; tracked mobile mechanism;the modular design目录摘要 (2)1 引言 (5)2 履带机器人的现状及发展 (6)3 履带机器人的运动特性 (9)4 本研究采用的行走机构 (12)4.1 行走机构的选择 (12)4.2 履带机器人的功能、性能指标与设计 (13)4.3 主要机构的工作原理 (14)5 机器人越障分析 (15)5.1 跨越台阶 (15)5.2 跨越沟槽 (16)5.3 斜坡运动分析 (17)6 机器人移动平台主履带电机的选择 (19)6.1 机器人在平直的路上行驶 (19)6.2 机器人在30°坡上匀速行驶 (20)6.3 机器人的多姿态越阶 (21)7 移动机构的分析及其选择 (23)7.1 典型移动机构分析 (23)7.2 本研究采用的移动机构 (27)8 履带部分设计 (28)8.1 履带的选择 (28)8.2 确定主从动轮直径 (31)8.5 功率验算 (38)8.6 同步带的物理机械性能 (38)8.7 履带主从动轮设计 (39)8.8 副履带部分设计 (42)9履带翼板部分设计 (47)9.1 履带翼板的作用 (47)9.2 履带翼板设计 (47)10 计算履带装置的重心及其各部件重心 (49)10.1 主履带的重心计算 (49)10.2 副履带的重心计算 (54)10.3 主履带及其摇臂也就是副履带总部分的重心计算 (55)总结 (56)致谢 (57)参考文献 (57)1 引言随着社会的发展，我们面临的自身能力、能量的局限越来越多，所以我们创造了各种类型的机器人来辅助或代替我们完成任务。

１ ：火 焰 传 感 器 ；２ ：舵 机 Ｄ；３：舵 机 Ｃ摇 臂 ； ４：控制 喷 管上 下 摆 动 舵 机 Ｃ；５ ：舵 机 Ｂ曲柄 ； ６ 控制喷管左右摆动舵机Ｂ：；７ ：灭火器喷管 ；８ ：灭火器 ； ９ ：灭火器 阀门控制臂 ；１ Ｏ：灭火器 支撑 固定架 ｌ １ Ｉ ：拉杆 １ ：舵 机 Ａ控 制 阀 门 摇 臂 ； ｌ ２ ３：控 制 阀 门开 闭舵 机 Ａ； ｌ ４：舵 机 支 撑 架
通 过 以上硬 件 电路对 灭火机 器人 进行 运动控 制 。程
序 开始 后首先 进行数 据初始 化 ，然后 灭火机 器人根 据 三 种 不 同情 况 执 行 相 应 的动 作 ，若 检 测 到 障 碍 物 ，则进 入避 障子程 序 ；若 无 障碍物 ，则进 入寻 迹
子 程序 ；若找 到火源 ，则选 择控 制模 式 ，进 入喷 灭
图２ 灭 火 执 行 机 构 简 图
火 剂灭火 子程序 。灭 火完成 后 ，整 个程序 结束 。
２ 控 制系统设计
２１ 硬 件设计 ．
本 系统 硬 件 部 分 由主 控 制 器 模 块 、运 动 控 制
模 块 、 电源 模块 、火焰 检 测模 块 、舵机 控 制模 块 、
直 流 电机 驱动 模 块 、无 线 射频 收发 模块 和 ＧＳ 模 Ｍ
块 ，通过 ＧＳ 技 术进 行人 机 交流 ，同时主 控 制器 Ｍ
模 块 启 动 自动 灭火 模 式 ，驱 动 机 器 人 的 电机 ，使
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２２ 软件设 计 ．
根据灭 火过 程要 求和 系统 硬件 电路组 成 ，采用
【２ 第 ３ 卷 １】 ４ 第９ 期 ２１－ （ ） ０２ ９上
时 ，根 据 火 点火 势 的大 小 控 制 灭 火 器 阀 门的 开 度 以及 喷头摆 动 的角度 ，实施 灭 火作业 。 在 远 距 离或 强 火 势 、火 场 的能 见 度 低 ，不 便 于操 控 者 对 灭 火 机 器 人 实 行 遥 控 的 情 况下 ，可 以 切 换 到 自动 灭 火 模 式 。 自动 模 式 下 灭 火 机 器 人 可

一
、
≥ ２ ０ ｋ ｇ
（ 二） 履带式移动机器人运动机构 的比较。 １ ． 坦克履带式机 械 机构。 一般 来说 ， 大家认为前导轮中心线与水平面 的高度也就 是翻越 障碍物的最大高度值， 这就够需要左右两套 电机驱动 ， 机 械 结构较为简单 但其翻越障碍能力决定于前导轮 中心线的高度， 但 是， 假 如 想 要 机器 人 翻 越 更 高 的 目标 障 碍 ， 则 需 要增 加 水平 面 到前导轮 的高度 ， 因此整个机器的整体高度就会变得很大 ， 不利 于穿过诸如 管道等类似的狭小的区域。 一般 的中型机 器人 采用 这种结构， 如防暴， 消防和救援机器人等。 ２ ． 前轮带摆臂机 械机 构。 前摆臂驱动轮与履带的主驱动轮有重 叠结构， 并且摆 臂关节 与水平面的夹角可以调整 ， 因此可以在不增加机械整体高度的前 提下提升爬升高度， 只要提高前导轮的高度， 使之具备相 同的越 障能力这种结构既的驱动方式可 以采用两个电机分别进行控制， 也可以采用一个电机通 过传动结构来带动整体车身进行行走 。 二、机械部分主要构件设计计 算 （ 一 ）电机 的类型及 参数核算 。机 器人 的驱动方式大致 分 为三 类 ：电机 、液压和气 动驱动 。根据 计算机 器人在平地 运 动式 的伺服 电机 的最 大负 载力矩 为 ０ ． ０ ９ ９ Ｎ ｍ ， 电机 最大转 速为 ４ １ ８ ０ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ ， 电机 所需 的功率 ｐ ＝ ７ ０ Ｗ 。机 器人在 ３ ０度斜 坡上 运动 时 ，电机所受 的最 大负载 力矩 为 ０ ． １ ６ — ０ ． １ ９（ 由于 摩擦系数不 同），电机所 需的功率在 １ １ ３ ｗ － １ ３ ４ ｗ之 间。 （ 二 ）同步 带的设计 。同步带主要有 梯形和 圆形 同步带 两 种 ，此 次 机 器 人 设 计 采 用 梯 形 双 面 齿 同 步 带 ，我 在 此 设 计 基础上设计 了两种 同步带，一种是安装在前摆 臂上的同步带， 另一种是安装在前后驱动轮上 的同步带 。 由 以上 的计算 结果得到 的点击 的最大功率 为 Ｐ ＝ １ ３ ４ ｗ ，电 机 的额定转速 为 ４ ９ ２ ０ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ ；减速 比为 ６ ０ ：１ ，通过减速箱 ， 最终得到的实际输出转速 为 ７ ０ ． ３ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ ， 也就是主动轮的转速。 考虑到设计箱体的尺寸等因素，同步带 的中心距为 ５ ２ ０ ｍ ｍ ，主 动轮节圆直径为 Ｄ ｐ ＝ １ ６ Ｏ ｍ ｍ ，Ｄ ｐ １ ＝ ８ ０ ｍ ｍ ，查阅机械设计手册知 ， 选定 Ｈ型梯形齿 同步带 ，代号 为 Ｄ Ａ ８ ５ ０ Ｈ ２ ０ ０ Ｇ Ｂ ／ Ｔ ９ ６标准 节距 为 Ｐ ｂ ＝ １ ２ ． ７ ｍ ｍ ，带 宽 ５ １ ｍ ｍ（ 有 挡 圈），摆臂履 带代 号为 Ｄ Ａ ８ ５ ０ Ｈ ０ ５ ０ Ｇ Ｂ ／ Ｔ ９ ６ ， 标准节为 Ｐ ｂ ＝ ｌ Ｏ ． ８ ， 带 宽为 ３ ６ ｍ ｍ（ 有挡圈 ） ， 根据 以上 已 知量 ，可 以得 出其 他 的设 计 量 ，结 果 如 下 ：

履带式巡检机器人毕业设计摘要：本文设计了一种基于履带式机器人的巡检系统，主要用于工业领域的设备巡检和安全监测。

该设计结合了激光雷达和摄像头等传感器，利用自主导航算法实现机器人的自主巡检。

利用物联网技术与云平台实现数据的实时传输和远程监控。

通过该设计，可以提高巡检效率，减少人力成本，提供更全面、准确的巡检报告，从而提升工业生产的安全性和稳定性。

关键词：履带式机器人，巡检系统，激光雷达，自主导航，物联网一、引言近年来，随着工业自动化和智能化程度不断提高，传统的人工巡检方式已经难以满足现代工业生产的需求。

人工巡检存在效率低、误差大、安全风险高等问题，因此迫切需要一种能够代替或辅助人工巡检的新型巡检系统。

履带式巡检机器人作为一种典型的智能巡检设备，具有移动灵活、操作简便、覆盖面广等优势，因此备受关注。

本文基于履带式巡检机器人，设计了一套完整的巡检系统，旨在提高设备巡检的效率和准确性，并为工业生产提供更加稳定、安全的保障。

二、系统结构与工作原理（一）系统结构履带式巡检机器人巡检系统主要由以下几个部分组成：传感器模块、自主导航模块、通信模块和云平台。

传感器模块包括激光雷达、摄像头、温湿度传感器等，用于采集巡检环境的数据信息；自主导航模块包括定位系统、姿态控制系统和路径规划系统，通过这些系统实现机器人的自主巡检；通信模块用于实现机器人与云平台的数据传输和远程控制；云平台用于数据存储、分析和管理，实现对机器人巡检过程的实时监控和数据分析。

（二）工作原理1. 传感器模块：激光雷达主要用于地面三维建模和障碍物检测，摄像头用于实时视频监测和图像识别，温湿度传感器用于环境参数监测。

这些传感器通过实时数据采集，为机器人提供丰富的环境信息，为自主导航和巡检提供数据支持。

2. 自主导航模块：通过激光雷达所得到的地图信息，配合机器人自身的定位和姿态控制系统，实现机器人的实时定位和运动控制。

路径规划系统能够根据预设的巡检路线和环境信息，规划最优的巡检路径，实现机器人的自主巡检。

三、毕业设计（论文）所用的主要技术与方法：
四连杆变形履带式机器人结构布局,主要由机架和两个对称分布的履带变形模块组成。位于机器人中部的机架作为移动平台可装载直流电源及与控制相关的各种设备,用于完成各种特定的任务,在机器人运动过程中一般保持水平。机架两侧是基于平行四边
形结构的履带变形模块,主要由四连杆变形机构、主驱动轮、被动轮及绕在履带轮上的履带组成,其中四连杆变形机构由连杆、主动曲柄、被动曲柄组成,用于提供驱动力,并且可以绕机架旋转,实现履带变形,在越障时给机器人提供额外的辅助运动。机器人共有3个自由度,即一个平动自由度和两个旋转自由度。安装在机器人两个主驱动轮内的电机通过联轴器传动,将主驱动轮的旋转运动转变为履带的平移运动,实现机器人的直线前进、后退和转向。另外一个电机安装在机架上,通过链传动驱动左右两侧履带变形模块中的主动曲柄绕位于机架前方的轴转动,从而实现四连杆机构的变形,最终使绕在其四周的履带构形发生变化。该结构的特点在于巧妙地利用四连杆机构实现了机器人的行进与履带的变形,使机器人具备良好的越障性能和地面适应性。
方法：
1．在图书馆借阅相关书籍
2．在学校数据பைடு நூலகம்查找相关资料
3．通过老师的指导
4．通过浏览因特网上的相关资料
5．对相关资料和数据进行理论计算和分析
6.设计参考有关设计样板，完善设计方法，进一步完善设计结果
7通过与同学探讨得出有关结论
8自己总结资料得出结论
四、主要参考文献与资料获得情况：
[1]汪增福,关胜晓,曹洋.一种主动适形越障机器人的设计与特性分析[ J] .计算机仿真, 2007, 24( 4 ) :
第5～7周毕业实习，完成实习报告，收集资料，完成开题报告。
第8～10周总体方案设计，初步完成设计计算，外文翻译。

注射装置的设计是一个复杂的问题，需要考虑空间约 束、避障、速度和精度等因素。如果规划不合理，注射装置 可能就会碰撞到障碍物或无法顺利完成任务。因此，在驱动 伸缩部分中设计了耦合锥齿轮位姿调整装置，使注射装置在 启动阶段能够灵活调整位姿。这种拥有六自由度的注射装置 可以很好地解决精度和稳定性问题。
移动方式：轮式、履带式、腿式以及蛇形。这 4 种方式各有 优势：1）轮式移动方式通常被救援机器人所采用，因为它具 有结构简单和灵活性强的特点，所以适用于多种地形环境。 然而，它对软件算法和传感器的依赖程度较高，且在越障能 力、稳定性和能耗方面存在一定的限制。2）履带式移动方 式使机器人具备良好的越障能力，能够在各种复杂地形（如 废墟、楼梯、泥泞道路等）上展现出很强的适应能力。但它 的机械结构相对复杂，导致运动灵活性有所降低。3）腿式 移动方式使机器人具备克服复杂地形和障碍物的能力，在各 种救援场景（包括瓦砾、坑洞和楼梯）中都能够有效移动。 由于腿式移动具有复杂性，因此机器人需要更多的维护和技 术支持来保持其正常运行状态。4）蛇形移动方式则是一种 较为特殊的行进方式。采用蛇形移动的机器人通常以蠕动或 转动的方式行进。这种行进方式速度较慢且负载能力较低， 无法携带多种应急设备进行救援工作，因此其适用范围相对 较小。最新研制的履带式蛇形结构机器人将履带式和蛇形的 优势相结合，使其不仅适用于地震后城市废墟等区域的救援 工作，还能够攀爬楼梯以广泛、全面地探测周围环境并进行 有效救援，同时连接处采用舵机机构设计也为其带来了更稳 定的性能表现。这些特点都有利于机器人在复杂环境中进行 全面探测与救援。
1 机器人的设计方案
1.1 机器人整体结构设计
该机器人采用完整的机器人机械系统基本结构以适应 各种灾难后的复杂地形，通过装载多种探测装置使机器人能 更全面地完成任务，主体机器人应具有一定的承重性能来完 成探测装置的搭载。蛇形机器人整体结构如图 1 所示。该机 器人因其主体结构确定了由前后端通过 1 根正交连接杆连 接而成，在连接杆的两侧安装舵机，与前后行进机构相连接。 舵机在运转过程中，使机器人的前端具有六自由度的运转能 力，能够完成抬头和上台阶等动作行为。同时舵机外使用 2 个副连接杆与后车相连，保证整个装置的稳固性。

机械毕业设计1107巡检机器人结构设计
介绍
本文介绍了一种用于巡检的机器人的结构设计。

该机器人可以
在工厂或其他设施内巡检且可以检测机械和电气设备是否正常工作。

机器人采用履带式底盘和支架，便于在不平坦的地面行驶。

该机器
人还配备了摄像头和传感器，用于检测周围环境。

结构设计
底盘
底盘由两个坚固的履带组成，提供良好的稳定性和机动性。

底
盘还配备了电机和减速器，用于驱动履带，控制机器人前进、后退、左转和右转。

支架
支架由两根铝合金杆制成，固定在底盘前部和后部。

支架还配
备了机械臂，可用于操作机器人所检测到的设备。

摄像头
机器人装备了一台高清摄像头，可用于拍摄周围环境。

摄像头
位于机器人顶部，可以旋转和倾斜，以便于获取更好的画面。

传感器
机器人还配备了多个传感器，用于检测机械和电气设备的运行
状态。

传感器可以实时监测机械和电气设备的温度、压力、电压等
参数，并将数据传输到处理器进行分析和处理。

结论
本文介绍了一种用于巡检的机器人的结构设计。

该机器人可以
在工厂或其他设施内巡检且可以检测机械和电气设备是否正常工作。

机器人采用履带式底盘和支架，便于在不平坦的地面行驶。

该机器
人可称为一种非常有效和高效的巡检设备，在电力、制造业等领域具有重要的应用价值。

1前言1.1课题研究的目的与意义1.1.1课题研究的目的挖掘机械是工程机械的中一种主要类型，是土石方开挖的主要机械设备，包括有各种类型与功能的挖掘机。

各种类型的挖掘机已广泛应用在工业与民用建筑、交通运输、水利电力工程，农田改造、矿山采掘以与现代化军事工程等的机械化施工中。

据统计，工程施工中约有60%以上的土石方量，均由挖掘机来完成。

选择研究此课题，是为了跟好地为挖掘机履带行走装置的设计提供一些方法和参考。

1.1.2课题研究的意义挖掘机械在工程机械发展中占有很大比重和重要的地位，是重点发展的机械品种之一。

尤其是中小型、通用的单斗挖掘机不仅用作土石方的挖掘工作，而且通过工作装置的更换，还可以用作起重、装载、抓取、打桩、钻孔等多种作业。

它在各种工程施工中功用更大，已经成为机械化施工中广泛使用的不可缺少的重要机械装备。

我国挖掘机行业近年来虽有很大的发展，但是生产的品种、数量和技术性能的先进性都还跟不上客观发展的要求，质量尤其需要进一步提高，这在当前形势下，挖掘机械行业所面临的迫切而艰巨的任务。

能否多、快、好、省地完成这项任务，将直接影响到机械化水平的提高，影响到国防建设，影响到现代化建设的速度。

履带式液压挖掘机是一种常见的土石方开挖机械设备，广泛应用在工业与民用建筑、交通运输、水利电力工程、农田改造、矿山采掘以与现代化军事工程等的机械化施工中。

挖掘机历来为世界各国工程机械行业永恒不变的焦点，但由于其复杂的制造技术、部结构以与投入产出比高的特点，长期以来挖掘机所配套的关键液压零部件技术被欧美日所掌控，我国在挖掘机产品上的技术与世界先进水平存在较大差距。

然而，近年来国产挖掘机品牌的市场占有率正在逐步攀升，一批具有较强自主创新能力的挖掘机生产商在不断壮大。

从国际市场看，我国已经成为世界最大的挖掘机生产国和消费国之一。

但是国将近80%的份额被国外品牌占领。

这就需要对履带式挖掘机作更为深入的研究。

通过选择此课题，可以进一步巩固加深对所学工程机械知识的理解，并且为我国挖掘机的具体结构进行设计与优化贡献一些力量。

《机器人技术基础》大作业智能搜索机器人设计——多节履带式煤矿井下搜索机器人设计班级：32010704班设计小组：吉红、志伟、泽宇、永飞、晓川、琛时间：2010年12月29日目录1.机器人设计目的 (2)2.机器人结构设计 (3)2.1煤矿事故现场环境分析 (4)2.2煤矿搜索机器人总体结构设计 (4)2.3煤矿搜索机器人行走履带设计 (5)2.3.1履带接地应力和地面承载能力 (6)2.3.2地面最大推力 (7)2.3.3地面最大推力牵引力的影响因素 (8)2.4煤矿搜索机器人关节模块设计 (9)2.5煤矿搜索机器人单元模块设计 (10)2.6煤矿搜索机器人运动驱动设计 (12)3.小结 (13)1.机器人设计目的近年来，随着原油价格不断攀高，国际能源紧局面再次显现。

我国有着储量丰富的煤炭资源，是目前经济发展和社会运行的主要能源之一，全球能源紧局势的加剧和经济高速发展的迫切需要，对煤炭的需求量快速增长，促使许多煤矿超量超载运营。

由于对安全保障设施投入的不足或各种非法的开采，导致矿难事故不断发生，对人民的生命安全构成了严重的威胁，给社会财产造成了严重的损失。

据统计：2005年全国煤矿共发生死亡事故3341起，死亡5986人；一次死亡10人以上特大事故58起，死亡1739人；一次死亡3-9人重大事故210起，死亡886人。

从2004年四季度到2005年发生的百人以上的矿难事故就有6起。

2006年1至4月份，全国煤矿发生安全事故死亡1154人，发生一次死亡3-9人的重大事故44起，一次死亡10人以上特大事故4起，一次死亡30人以上特别重大事故1起，2006年全国煤矿共发生事故294起、死亡4746人。

全国煤矿平均2.5天就发生一起一次死亡3人以上的重特大事故。

矿难事故主要包括瓦斯事故、粉尘爆炸事故、顶板事故、水害事故、运输事故等，其中以瓦斯事故最为严重，死亡人数所占比例最大。

2005年全国煤矿发生瓦斯事故405起，死亡2157人，瓦斯事故死亡人数占全国煤矿事故总死亡人数的36.0%。

1 绪论1.1机器人发展概况在工业机器入问世30多年后的今天；机器人己被人们看作是一种生产工具。

在制造、装配及服务行业，机器入的应用取得了明显的进步。

由干传感器、控制、驱动及材料等领域的技术进步，通过智能机器人系统首次在制造领域以外的服务行业，开辟了机器人应用的新领域，让机器人作为“人的助手”，使人们的生活质量得以提高。

目前在许多领域己经进行了很大的努力来开发服务机器入系统，并力争在较大范围内使用它们。

这些机器人系统尽管有不同的应用领域，但它们所从事的工作仅限于维护保养、修理、运输、清洗、保安、救援及数据采集等方面。

机器人是一个通用的自动化装置。

国际标准化组织(1SO)的定义：“机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能操作机，这种操作机具有几个轴，能够借助可编程操作来处理各种材料、零件、工具和专用装置，以执行各种任务”。

从1954年美国工程师乔治.大卫发表了《适用重复作业的通用性工业机器人》论文开始，到1962年美国联合控制公司推出第一台机器人“尤尼麦特”为止。

机器人开始在工业生产的各种场合中，起到了置关重要的作用。

而在所有的机器人研究中，尤使日本的机器人研究最为突出。

现在国外大多都在致力于直立行走机器人和微型机器人的研究。

特别是注重对于机器人控制和视觉识别方面的研究。

对于行走机器人而言，最引起大多数科学家注意的是对于视觉识别方面的研究。

并且也取得了许多可人的成果。

行走机器人分很多种，不仅有直立式，还有履带式，多支点式等等。

而这里只谈谈履带式行走机器人。

履带式行走机器人是一种利用履带进行支撑机器人机体的移动机器人目前我国发展了多履带式机器人，有四条和六条履带的移动机器人。

他们的优点是转向方便移动稳定的特点，所以适合在恶劣的条件下进行工作。

1.2 履带式行走机器人概述所谓履带式行走机器人（我们这里指的是普通的履带式行走机器人）利用两条履带进行支撑机体进行移动的机器人。

它具有运行稳定，转向灵活，能够越过较小的障碍，并且承载重量较大的特点。

摘要近年来，由于环境恶化导致的自然灾害以及战争导致的人为灾害经常发生。

在灾难发生后的48小时以内，是在受灾现场废墟中寻找幸存者的黄金时间。

灾难救援现场环境往往是异常复杂、危险、多变，救援行动刻不容缓，在此种环境下，采用救援机器人协同救援人员，进行救援行动，能起到事半功倍的作用。

结合救灾场所的非结构化环境,本毕业设计设计了一款救援使用的探测机器人.机器人采用通用开放式机器人系统，采用模块化设计。

机器人系统的性能和功能可以根据救灾环境的需要很方便的增减。

良好的无线通讯功能允许远程操作。

在演示控制界面可以用单片机语言控制机器人移动状况。

控制系统结构流程：计算机发出信号经过电平转换到无线收发模块，之后通过无线通讯到无线接收模块，通过单片机处理以及数据锁存最终控制机器人。

调速系统硬件原理是以AT89S51单片机为控制核心。

救援机器人采用了多种传感器共同作用，以便更加精确的获得探测结果，包括使用3CCD 感光器获得图像信息、使用超声红外传感器精确确定探测目标的位置。

采用履带式行走机构,履带具有较强的驱动力，可以在阶梯上移动、重心低而稳定。

救援机器人具有可靠的机械系统和智能化的控制系统，可以在救灾现场恶劣的自然环境下工作。

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关键词：救援机器人；控制系统；传感器；模块化设计；开放式机器人；AbstractIn recent years,due to the natural disasters caused by environmental degradation and man-made disasters caused by the war happened veryoften.Disaster rescue site environment is often complicated,dangerous, changeable,so it is urgent to rescue.In this environment,adopt the rescue robot coordinated rescue workers to carry on the rescue operation,can have the effect of get twice the result with half the effort.聞創沟燴鐺險爱氇谴净。

德州学院毕业论文（设计）中期检查表目录摘要及关键词 (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 (11)3.2智能机器人的软件设计 (15)4 结论 (17)参考文献： (19)谢辞 (20)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。

因此开发具有智能的救援机器人是非常具有现实意义的。

目前，救灾方式只是根据事故的类型确定救灾的方案，一般救护人员无法进入危险区域，只能通过提升绞车、移动式风车等设备清除垃圾，向井下通风，然后再搜救遇险矿工。

• 170•本设计采用手持操控面板与智能操控装置相结合的控制方式，前部采用双曲柄越障机构带动前运动轮作为前部导向的运动机构，两侧采用平行四边形高架连杆和履带复合的越障机构作为侧部驱动机构，两侧电机实现独立控制以实现复杂环境的独立运动，后部采用支撑杆带动后支撑轮作为后部支撑机构，上方设有螺旋桨，实现空用功能；采用控制两侧的两个电机使两侧的履带反向运动实现转向功能；本作品设计出的陆空两用履带式越障机器人能根据不同地形自动实现姿态调整以及不同的前进方式，可利用于各类救灾现场。

1.概述世界上许多国家都在研制救灾机器人、搜救机器人和消防机器人等危险作业机器人，属于危险作业机器人的一个分支，具有危险作业机器人的特点。

而这些野外作业机器人都是以越障机器人为载体的。

在一些危险性较大的灾难中，如随时会引发爆炸的火灾现场，地震后存在易二次倒塌建筑物的现场，施救人员无法深入进行侦察或施救，人们急于探知灾难现场的内部险情，但又不敢或无法接近或进入灾难现场。

在矿难及地震等灾难中，由于无法对地形和场面进行清楚的勘测，易造成救援人员无法进入现场实施救援工作耽误救援的最佳时机。

此时，救援机器人的参与可以有效地提高救援的效率和减少施救人员的伤亡，它们不但能够帮助工作人员执行救援工作，而且能够代替工作人员执行搜救任务，在灾难救援中起着越来越重要的作用。

遇到地震、火灾或塌方等，经常会出现人不能亲自到一些危险地方实施救援的情况，于是往往会想到让机器人来完成这些艰巨任务。

不过一般的机器人行动都不太利落，遇到障碍物通常只能绕道而行，基于此，我们的设计——陆空两用履带式越障机器人既可以在平坦的地面上行进。

又可以越110mm高的障碍物。

甚至当遇到一些十分复杂的路况时，可以飞行前行。

该作品在发生事故的情况下，能够及时进入事故现场进行勘察获取现场场景以及各类参数，给救援工作提供有利信息，可以有效增加救援的力度，减少人员伤亡和财产损失。

2.整体设计思路本设计采用外接电源作为动力驱动系统，内有四个车轮驱动电机、一个控制转动角度的伺服电机以及四个螺旋桨驱动电机。

摘要煤矿灾害尤其是瓦斯煤尘爆炸事故发生后,矿井环境十分复杂,井下因灾受伤人员面临极其危险的状况,需尽快地转移与救护；而救援工作异常困难和危险,往往在救援工作中造成救护人员的伤亡。

研发代替或部分代替救护人员及时、快速深入矿井灾区进行环境探测和搜救工作的救灾机器人具有极其重要的意义。

本论文研究工作的目的是设计结构新颖、具有独创性的可携带、抗一定冲击的履带移动机器人，以能够适应在恶劣环境和复杂路况下工作。

通过在移动系统上加载不同的模块，能够实现搜救机器人不同的使用功能，本研究意义在于为后续设计的搜救机器人提供一个基础的动力平台，以便于能够开发出更多使用功能的搜救机器人。

本研究所设计的搜救机器人移动方案是履带式驱动结构。

该方案采用模块化设计，便于拆卸维修，可以分段自适应复杂路面，并可主动控制两侧翼板模块的转动来调节机器人姿态变化，辅助爬坡、越障和跨沟；机器人经过合理的结构布局和设计后具有良好的环境适应能力、机动能力并能抵抗一定高度的掉落冲击。

所设计的机器人移动机构主要由四部分组成：主动轮减速驱动机构、翼板转动机构、自适应路面执行机构、履带及履带轮运动机构，本论文对上述各部分方案分别进行论证、结构设计计算、3D建模，并设计了搜救机器人虚拟样机。

关键字：搜救机器人；复合移动机构；模块化设计；AbstractCoal 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目录前言 (1)1 绪论 (3)1.1 课题研究背景及意义 (3)1.1.1 课题研究背景 (3)1.1.2 课题研究意义 (3)1.2 国内外的研究概况 (5)1.2.1 国外研究现状 (5)2.2国内研究现状 (10)1.2.3 发展趋势 (11)2 搜救机器人的总体结构方案设计 (12)2.1 井下复杂环境对救灾机器人的要求 (12)2.2 典型移动机构方案论证分析 (13)2.2.1 轮式移动机构特点 (13)2.2.2 腿式移动机构特点 (14)2.2.3 履带式移动机构特点 (15)2.2.4 履、腿式移动机构特点 (16)2.2.5 轮、履、腿式移动机构性能比较 (17)2.3 本研究采用的行走机构 (17)2.4 救灾机器人性能指标与设计 (18)2.5 本章小结 (19)3矿用搜救机器人运动参数设计计算 (20)3.1机器人越障分析 (20)3.1.1机器人跨越台阶 (20)3.1.2跨越沟槽 (20)3.2斜坡运动分析 (20)3.3 本章小结 (20)4机器人移动平台机械设计 (21)4.1驱动电机的选则 (21)4.1.1基于平地的最大速度的电机功率计算 (21)4.1.2爬坡最大坡度的驱动电机功率计算 (22)4.2 本章小结 (23)5 驱动轮减速器设计 (24)5.1减速器方案分析 (24)5.1.1减速器应满足的要求 (24)5.1.2 减速器方案分析 (25)5.2 减速器的设计计算 (26)5.2.1减速器的传动方案分析 (26)5.2.2配齿计算 (26)5.2.3初步计算齿轮的主要参数 (27)5.2.4装配条件的计算 (32)5.2.5高速级齿轮强度的验算 (33)5.2.6 轴的设计及校核 (41)5.3 本章小结 (44)6移动机构履带及翼板部分设计 (44)6.1履带的选择 (44)6.1.1 确定带的型号和节距 (45)6.1.2确定主从动轮直径 (46)6.1.3确定节线长度和带宽 (46)6.2 翼板部分设计 (48)6.3 本章小结 (49)7机器人摇臂的设计 (49)7.1 摇臂作用概述 (49)7.2摇臂传动减速器设计 (51)7.3本章小结 (52)8 总结与展望 (53)致谢 (55)参考文献 (56)前言我国的煤炭资源十分丰富，是世界上最大的煤炭生产国和消费国。

关键词：六履带摆臂式搜救机器人；结构优化设计；行进步态规划；Pro/Engineer造型软件；实体造型；动画仿真
ABSTRACT
The original variable structure robot status and development trend analysis based on, according to requirements and technical indicators used to design a climbing obstacle stronger, more complete, flexible, high reliability, variable structure robot crawler, to complete the structural transformation of the robot design and animation simulation.
摘
在对实验室原有六履带摆臂式搜救机器人结构特点、运动特性进行详尽分析和深入解析的基础上，依据新型六履带摆臂式搜救机器人功能要求、使用条件的具体情况，设计了一种越障能力更强、使用功能更全、机动灵活、可靠性高的六履带摆臂式搜救机器人，完成了机器人的结构改造设计及其动画仿真制作，为新型六履带摆臂式搜救机器人的研制奠定了坚实的技术基础。
六履带摆臂式搜救机器人的传动方式、结构形式十分复杂，只有通过对原有的六履带摆臂式搜救机器人进行结构剖析与测量，了解其结构特点与运动特性，并采用功能对比的方式，才能了解并掌握其设计要点。本文通过结构仿真、性能分析和优化设计等方式，实现了六履带摆臂式搜救机器人的结构设计与建模、性能分析与仿真、场景动画制作与实现，并对机器人本体结构、传动装置、张紧装置进行了工程设计和技术分析。

地震搜救机器人设计
陆超
【期刊名称】《包装工程》
【年(卷),期】2023(44)4
【摘要】设计说明:该款地震搜救机器人有着自身特殊的结构功能,能够同时兼备空中搜索探测、废墟洞穴搜救、废墟表面搜救等功能。

结构上的最大亮点在于近似正三角形的履带式轮胎的设计。

不同于现有的搜救机器人,机体处于上端,这款机体位于两轮胎的几何中心对称轴上,整体最大尺寸小于轮胎外围的边界尺寸,在行驶的过程中不容易受到外界物体倒塌所带来的二次损伤。

【总页数】1页(PF0002)
【作者】陆超
【作者单位】武汉设计工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】G63
【相关文献】
1.一种地震搜救机器人运动结构设计研究
2.可变位履带式地震废墟搜救机器人的设计
3.地震搜救机器人构型设计综述
4.史密斯过程模型视角下留抵退税制度执行困境的破解之道
5.烧伤外科护理安全隐患及防范对策
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