主动适形越障机器人的设计与特性分析【含3张CAD图】
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主动
越障
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主动适形越障机器人的设计与特性分析【含3张CAD图带开题报告+外文翻译】
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I主动适形越障机器人的设计与特性分析摘要主动适形越障机器人是一种能够变换自身姿态从而通过不同类型障碍的机器人，被人们广泛应用于危险作业领域，能够代替人们进入到不能进入的地方、者环境搜救、帮助特警反恐、排爆等作业，减少或者避免了对救援人员不必要的损伤。因此，主动适形越障机器人的研究具有有很重大的意义。首先，本论文通过查阅国内外研究现状和主动适形越障机器人的需求分析，分析比较现有主动适形越障机构的优缺点，设计出一种具有合理尺寸、结构简单、实用性强以及良好越障能力的主从复合式越障机构。首先，针对主动适形越障机器人进行总体机构设计、传动机构设计、主要零部件设计，并针对各结构主要参数设计进行尺寸计算和验证。其次，采用 Creo2.0 软件进行主动适形越障机器人的三维建模和仿真分析。关键词：履带式；越障机器人；Creo2.0 IIAbstractActive conformal obstacle-obscuring robot is a kind of robot, which is widely used in dangerous operation fields that can change its posture to pass through different types of obstacles. Moreover, It also can replace people into inaccessible places, environmental search and rescue, special police against terrorism, expel explosives as well. Such operations reduce or avoid unnecessary damage to prevent workers from dangers. Therefore, the research of active conformal obstacle-obscuring robots is worthy to be implemented. First of all, this paper not only discusses the research status at home and abroad and shows analysis of active conformal obstacle-obscuring robots, but also analyzes and compares the advantages and disadvantages of existing active conformal obstacle-obscuring mechanisms. At the same time, it designs a reasonable size, simple structure and strong practicality. A master-slave compound obstacle-surpassing organization with good obstacle avoidance capabilities. Above all, the overall mechanism design, transmission mechanism design, and main component design for the active conformal obstacle-obstrusive robot are carried out. Besides, the size calculations and verifications are performed for the design of the main parameters of each structure. Next, the three-dimensional modeling and simulation analysis of the active conformal obstacle-obstacle robot is implemented with Creo2.0 software.IIIKeywords: crawler; Obstacle robot; Creo2.0目录第 1 章 绪论 .11.1 研究目的与意义 .11.2 国内外研究现状 .11.2.1 国内发展概况 .11.2.2 国外发展概况 .21.3 本轮文研究内容 .31.4 论文的组织结构 .3第 2 章 自主适形越障机构方案的确定 .5IV2.1 几种常见的越障机构分析 .52.1.1 轮式越障机构 .52.1.2 履带式越障机构 .62.1.3 腿式越障机构 .72.2 越障机构的分析比较与选择 .82.3 越障机构的确定 .82.3.1 几种常见障碍物的分析 .82.3.2 机构的确定 .92.4 本章小结 .10第 3 章 主动适形越障机器人的设计 .113.1 越障机器人总体机构的设计 .113.2 传动机构的设计 .123.3 主要零部件的选择设计 .123.3.1 轴承的选用 .123.3.2 步进电机的选用 .143.3.3 轴的设计 .153.3.4 轴承座的设计 .173.3.5 齿轮的设计选用 .173.4 本章小结 .22第 4 章 主动适形越障机器人的设计验证 .234.1 齿轮的三维建模 .234.2 轴的三维建模 .264.3 轴承座的三维建模 .27V4.4 固定套的三维建模 .284.5 车轮的三维建模 .294.6 主动适形越障机器人的尺寸装配验证 .314.7 本章小结 .35第 5 章 总结 .36参考文献 .37致 谢 .38附录 外文翻译 .391第 1 章 绪论1.1 研究目的与意义世界各国都在发展搜索救援机器人、排爆机器人、反恐机器人等危险作业机器人，这些机器人都有一个重要的性能要求 ，那就是要满足能够规避各种环境中的障碍物，这也是越障机器人发展的一个热门方向。我们国家疆域辽阔，同时地质灾害也频发，如矿难、地震、洪水、泥石流等，这些灾害发生后的搜救工作及其复杂，一般援助人员不能进入危险区域，只能通过清除废弃物来搜救被困人员，如果区域内有危险气体，救援人员还不能进去搜救，而且救援人员的施救时间极其有限（仅有 48 小时），如果不能及时发现有生人员的信息，将会造成很大的生命财产损失，这对救援工作人员来说是一个极大的挑战，这时候使用自主越障机器人来进行搜救，很好的解决了这一问题，大大提高了对被困人员的搜救效率，尽可能减少了对搜救人员的伤害。从此可以看出对主动适形越障机器人的研究有很重大的意义。本论文讨论的越障机器人是一种能够根据障碍物,主动适形越障的机器人，相比以往的越障机器人，最大的特点是能适从各种复杂的环境特征，不在是某种单一环境先下使用的机器人，大大提高了工作效率，解除了对某种环境的限制，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。主动适形越障机器人可以说是具有一定思维的智能机器人,对人类未来智能化的发展有着重大的影响，因此可以看出，对主动适形越障机器人的研究有着很重要的意义。1.2 国内外研究现状1.2.1 国内发展概况国内对越障机器人的研究起步较晚，因为我国的科技发展起步较迟，制造工艺和技术水平落后，制造的越障车很不理想，后来经过 30 年的探索，我国越障车取得了很大的进展，逐步赶上了发达国家的水平。典型的为中国农业大学研究2设计的仿地形越障机车，针对已有的越障车在丘陵山区作业时表现的地面适应能力差，车轮极易打滑，附着力不足等问题，从而采用了底盘多自由度变形的方法，设计出具有 8 轮驱动全地形仿地形越障车，该越障车采用地面仿形原理，其底盘自由度为 5 个，在崎岖地形作业时能够根据地形变化而改变自身形态，实时适应复杂的地形环境。该越障车能够很好保证车轮与地面附着能力，改善了一般越障车地形适应力、车轮易打滑等问题，很具有实用意义。由北京航空航天大学的一种可变车轮直径的月球探测车,由装在轮毂内的电动机控制车轮收缩和张开,其车轮直径变化大小为 200-390 mm1。月球探测车的车轮直径可以依据所通过的路面状况由车载系统控制张开或收缩,具有机构结构紧凑、越障能力优越和地形适应性强等特点。由北京航空航天大学大学研发的另外一种模块化可重组履带机构，其目的在于解决履带越障车的通用性、地形适应性、便携和微小化问题,得到一个几者之间兼顾的最佳解决方案。模块化履带机构的运动性较为稳定其中三节稳定性最好,而且比较灵活,越障能力也比较强,控制协调也较简单,因此具有较强的实用性。目前，国内对越障机器人的研究已经有了很大成果，已经能够适应各种地形，稳定性越来越高，结构也越来越科学合理。图 1.1 8 轮驱动全地形越障车1.2.2 国外发展概况目前国外越障机器人技术的发展迅速并日趋成熟，并已进入实用阶段，其中日本和美国较为突出。日本研制的一种蛇形机器人，能够穿过狭小空间，能够在地形复杂的废墟上前行，其前部装有一部采集摄像头，身体各部分都装有不同传感器，其主要被用于地震和恐怖袭击后的探测和救援工作。由日本东京电子信息大学研制的 HANZO 机器人，克服了传统轮系越障高度不能高于其轮径的致命缺点，其设计了自动变臂功能。该机器人采用无线控制，具有五种不同变臂方式，能够很强的适应复杂环境，其系统应用 PID 调节，相比以往的越障机器人它有更3多的自由度和很强的越障能力。由日本研发的另外一种轮腿混合式越障机器人能够实现轮径大小可变以增强其越障功能，克服了传统轮腿模式的缺点，同时具有轮系和腿系两种运动结构的优点，能够适应更加复杂的工作环境，还可以在其结构上安装一些传感器用于搜索和排爆。InuKtun 公司研发了了机器人MicroVGTV，其机身可变换形位，控制采用电缆，并装有直视的彩色摄像头、微型话筒和扬声器等，它可以穿越地形复杂的废墟向受困者发出双路音频，可用于与压在废墟中的幸存者沟通，其适用于在小的孔洞和空间中执行任务。可以看出我国的越障机器人和发达国家相比还有相当大的差距，国外的越障机器人有着很高的自由度和较强的环境适应性，并且进入实用化阶段。而我国的越障机器人自由度和稳定性比较差，还没有进入实用化阶段，还在探索研究阶段，这是由于我国科学技术起步晚，远远落后于发达国家，但总的来说我们的越障机器人发展还是很迅速的。我们坚信在科技创新的推动下，我国的越障机器人必将取得更大的进展。图 1.2 轮退式越障机器人1.3 本轮文研究内容本论文的主要内容是研究设计一种主动适形越障机器人的机构。主要任务是：1）查阅了解国内外越障机器人发展的现状；2）设
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