一种新型越障车的设计开题报告.doc

安徽工业大学工程硕士专业学位论文开题报告姓 名 _赵翔_学 号 _201280009_ 培养领域 _ 校内导师姓名职称 _汪永明 教授_校外导师姓名职称_安徽工业大学研究生部 2015年 12 月 4 日 2012级工程硕士学位论文开题报告论文题目一种新型越障车的设计课题来源根据导师指导意见课题名称四轮独立驱动的单行星轮驱动的越障车系统的设计课题负责人论文类型（1 ） 1、工程设计 2、产品研制报告 3、研究论文 选题的目的、意义世界上许多国家都在研制军用机器人、扫雷机器人和消防机器人等危险作业机器人。救灾机器人是机器人的一个新兴发展领域。在世界各地，由于自然灾害、恐怖袭击和矿难火灾等各种原因导致的灾难时有发生。在救援现场，救援人员只有非常短的时间（48小时）用于寻找幸存者。然而抢险救灾工作却往往由于设备技术等因素的影响受到很大的限制。灾害搜救工作的复杂性、危险性和紧迫性给救援工作带来了极大的困难。复杂危险的灾害现场给救援人员及幸存者带来巨大的威胁，也会阻碍救援工作快速有效的进行。使用救援机器人进行搜救是解决这一问题的有效手段。本文讨论的越障车是一种为其他机器人在野外或人类不能到达的地方提供一个运输移动的载体，扩展机器人的工作空间，从而形成新的机器人种类越障机器人。越障机器人不仅可以应用于工业行业中的一些特殊作业，降低作业人的劳动强度，提高生产效率，将劳动者从恶劣的作业环境中解放出来，还可以在各种危险、空间狭小、环境恶劣等人类无法到达或不便到达的地方进行勘测和工作。越障车可以说是移动机器人的根本，越障车的发展是移动机器人发展的基础。因此，越障车的研究具有着很重大的意义。本课题国内外研究概况国内外对越障车的研究已有百年历史。自第一次探月高潮以来，美国、前苏联相继研制出各种越障车类型。这其中有连续式越障方案，比如履带式、行星轮式；间歇式越障解决方案，比如步进式。就移动系统而言，主要有以下几种分类：轮式，腿式，轮腿式和履带式。每种形式的移动系统都有其自身的优点和不足。其中轮式越障车具有高速、高效、易控的优点，但是在越障能力上较差。在国内，行星车悬架构型方面的研制尚处于起步阶段，但进展很快，中科院沈阳自动化所在2002年研制了一种蛇形机器人，由16个单自由度关节模块和蛇头、蛇尾组成，在监控系统的无线控制下可实现蜿蜒前进、后退、侧移、翻滚等多种动作，并能传回蛇头上安装的微型摄像头的监控视频。国防科技大学在2001年也研制了一种蛇形机器人。中国矿业大学在“211工程”的支持下，已开始研制煤矿救灾机器人。八轮摇臂月球车、六轮铰接作用车、行星轮式探月车等各种车型相继推出，但在科研实践方面仍很欠缺。美国jpl在月球及行星车研制方面的成果代表了该领域的最高水平，开发的rocky系列火星车均采用被动适应地形的摇臂转向架式的悬架，这种悬架适应地形不需要耗费额外的能量。因此在能量获取及其困难的太空环境中，将这种被动适应地形的悬架用于月球及行星车的移动系统是相当理想的。rocky系列悬架被动适应地形能力较强，当行星车遇到障碍时，通过主摇臂副摇臂的转动，并借助于中间轮调整重力在各轮上的分布，从而提高车体的稳定性和越障能力。rocky7没有实现整体质量在各轮上的均匀分配，导致各轮电动机的驱动力功率大小不一致，不能有效的利用电动机效率，造成浪费。前苏联的八轮月球车虽然实现了整车质量在各轮上的均匀分配，提高了电动机的驱动效率，但是由于月球车的八个车轮分别通过扭杆弹簧和底盘连接，导致悬架对复杂地形的适应能力不够好。从20世纪60年代到70年代，迅速普及并实用化的工业越障车给人的印象只是自动机械手。广泛开展越障车移动功能的研究和开发是进入20世纪80年代以后的事。现在作为移动越障车而开发试制的移动机械种类已远远超过了机械手。特别是履带式越障车，它不仅是生物体中没见过的移动形态，而且能够在复杂的底面行进。履带式越障车因采用履带传动方式而得名。履带传动方式又叫循环传动方式，其最大特征是将圆状的循环轨道履带卷绕在若干车轮上，使车轮不与地面直接接触，利用履带缓冲地面而带来的冲击，使越障车能够在各种路面条件下行进。复杂地形环境搜索越障车是越障车学中的一个重要组成部分，它是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合智能控制系统。现实中，越障车包括复杂地形环境搜索越障车、侦察越障车、巡逻越障车、爆炸处理越障车、和步兵支援越障车和复杂环境下搜救越障车等，用来代替深入敌方或危险的环境下去侦查或搜集资料、排除爆炸物等工作，能够在很大程度上减少人员的伤亡，在现代和未来的战争中起到越来越重要的作用。民用履带式越障车被广泛用于工业生产以及各种服务领域，如生产线传输、仓物物品搬运、清扫、割草、室内传送、导盲、导游导购、室内外清洗和搜救复杂环境下的资料等各个方面。到目前复杂地形环境搜索越障车还是局限于单个或两个自由度。其系统主要由越障车的机械本体、控制系统、导航系统等部分组成。复杂地形环境搜索越障车的研究涉及以下几个方面，首先是移动方式的选择。对于履带式移动越障车，可以是轮履复合式、两履带式、四履带式、四履带式等。其次，必须考虑驱动器的控制，以使越障车达到期望的目标。第三，必须考虑导航或路径规划、如传感信息融合、特征提取、避碰以及环境映射。第四，必须考虑摆臂角的原理，这方面需要重点考虑，因为靠其臂的调整来改变自身高度以越障这种越障车的最大特点，结构形式对越障车稳定性，功能特点都有着极大的决定作用。对于这些问题的研究，可归结为机械结构设计、控制系统设计、运动学与动力学建模、导航与定位、多传感器信息融合等。随着在智能移动越障车应用领域的不断扩大，越障车要完成的任务也越来越复杂。尽管对智能移动越障车的研究已经取得了令人鼓舞的可喜成果，但随着越障车研究的不断深入，智能移动越障车研究领域还存在许多的挑战性课题有待我们解决。本课题研究内容、研究方法及研究思路、存在的困难及解决办法、研究条件本文提出一种内行星轮越障车的概念，文章的主要内容有：越障车的越障原理、越障车链传动、齿轮传动几个主要运动机构以及传动轴的详细设计过程，越障车在越障时不同运动时期的运动学分析。在设计过程中运用了cax电子图板和solidworks两种计算机辅助设计软件。设计的主要内容有一下几点：1、 越障车的整体方案和越障原理；2、 越障车的传动系统的具体设计与计算；3、 越障车具体零部件的设计；4、 越障车越障过程中各个阶段的运动学分析。 本课题预期研究成果本课题主要是在研究论证一种新型越障车方案的可行性，在了解国内外相关领域的研究现状和发展趋势的基础上设计了一种四轮独立驱动的越障车辆的总体结构方案，完成传动部分的三维造型，完成越障车的运动学分析。使车辆在较复杂地形上具有较强的越野通过能力，同时保证高速、高效、高机动性的特点。本课题特色与创新之处本文通过对各类越障车的对比，提出了一种新的轮式越障车的概念。这种轮式越障车越障机构采用内行星轮式结构，行星轮式越障车的速度平稳，并且跨越的高度较大，远远超过普通轮式越障车最多只能跨越车轮半径高度的极限。越障车在遇到障碍时，行走轮在某些时刻（如在行走轮接触到障碍物的一瞬间）会受到很大的冲击力而产生很大的加速度。越障车越障机构采用行星轮式结构，越障车的运动和驱动轮质心的运动同步，而与行走轮质心的运动不同步。这在很大程度上减小了越障车车身所受到的冲击力，大大的提高了越障车车身运动的平稳性，从而为越障车所载其他设备的工作提供了一个更加稳定的工作环境。本文提出的内行星轮式越障车，有着越障高较大和越障过程中运动较平稳等优点，但同时也有着一些不足。例如在转向或车体侧倾时，越障机构的部分零件会受到较大的额外力，这将会在较大程度上加速零件的磨损速度，降低使用寿命。本文提出的越障车采用电力驱动，同其它能源相比，电力较为环保，不会产生废气，对环境影响较小，有利于社会的可持续发展。而且目前电费较为便宜，越障车工作时的运行成本较低。由于越障车整体结构比较简单，所以维修起来也较为方便，只要定期的对链条、链轮和齿轮进行定期人工润滑。开题报告会上提出的主要问题学位论文工作计划表论文工作起止日期： 年 月 至 年 月工作项目工 作 内 容计划完成日期文献阅读科学调研机器人壁面自动清洗的工程研究（上海大学2001）军用移动机器人行走驱动及控制系统研究（南京理工大学2004）方案论