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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。履带机器人以其体积小、灵活等诸多优点成为灾害辅助救援的有效工具并引起全世界的广泛关注。文中分析了救援行动中使用履带机器人的必要性和可行性，介绍了国内外履带机器人的研究历史和发展概况.
本文阐述了履带机器人的发展历程，国内外的应用现状，及其巨大的优越性，提出具体的机器人设计要求，进行了设计的总体方案设计和各自由度具体结构设计、计算；最后设计行走机构和机身设计。机械臂采用四关节机械手。
关键字：灾害履带机器人、结构设计、机械结构、四关节机械手
毕业设计说明书（论文）外文摘要
The complexity of the work of disaster rescue, danger and emergency rescue work has brought great difficulties. Rescue robot with its small size, flexible virtues such as disaster rescue tool assisted and caused widespread concern in the world. This paper analyzes the use of emergency rescue rescue robot's necessity and feasibility, introduced the research history and development situation of domestic and foreign rescue robot.
This paper discusses the development history of the rescue robot, application status at home and abroad, and its great superiority, the robot specific design requirements, the design, overall design and detailed design of each degree of freedom structure calculation; the final design of the walking mechanism and the fuselage design. Manipulator with four joints manipulator.
Keywords: disaster rescue robot, structure design, mechanical structure, four joint manipulator
Keywords ：Structure design, Robot arm, Structure analysis
目 录
第1章 绪论 1
1.1 课题研究意义 1
1.2 履带机器人应用的必然性 1
1.2.1灾害现场影响救援工作的主要因素 1
1.2.1机器人在救援工作中的优势 2
1.3 国内外履带机器人研究现状 2
1.4履带机器人的分类 3
1.4.1履带式机器人 3
1.4.2蛇形（蠕虫）机器人系统 4
1.4.3蜘蛛形机器人 5
1.4.4飞行机器人 5
1.5履带机器人发展方向 5
1.5.1群体机器人研究 5
1.5.2全自主机器人研究 6
1.5.3全自主机器人研究 6
1.5.4任务多样化及传感检测技术 6
1.6 主要内容 7
第2章 总体方案设计 8
2.1 机械手工程概述 8
2.2 工业机械手总体设计方案论述 9
第3章 机器人总体方案设计 11
3.1总体设计的思路 11
3.2 设计方案过程及特点 11
3.3 总体结构的设计和比较 11
3.3.1 行走机构的设计 11
3.3.2 行走机构结构设计 12
3.3大小锥齿轮的设计和校核 20
3.4 轴Ⅰ的设计和校核 23
3.5 键的校核 32
第4章 机械手大臂部结构 33
4.1 大臂部结构设计的基本要求 33
4.2 大臂部结构设计 34
4.3 大臂电机及减速器选型 34
4.4 减速器参数的计算 35
第5章 小臂结构设计 39
5.1 腕部设计 39
5.2 手腕偏转驱动计算 40
5.3 轴分析及计算 43
5.4 轴承的寿命校核 44
5.5 轴的强度校核 44
第6章 机身设计 46
6.1步进电机选择 46
6.2键的选择和校核 51
6.3 机身结构的设计 52
总结与展望 53
致 谢 54
参 考 文 献 55
第1章 绪论
全世界每年都遭受着大量自然灾害和人为灾害的破坏。巨大的灾害会造成大面积的建筑物坍塌和人员伤亡，灾害发生之后最紧急的事情就是搜救那些困在废墟中的幸存者。研究表明，如果这些幸存者48小时之内得不到有效的救助，死亡的可能性就会急剧增加。然而，复杂危险的灾害现场给救援人员及幸存者带来了巨大的安全威胁，也会阻碍救援工作快速有效地进行。使用履带机器人进行辅助搜救是解决这一难题的有效手段。
1.1 课题研究意义
履带机器人具有灵活性好，机动性强的特点，并有着良好的爬坡和乐章能力，能适应现场各种各样的地理环境，同时在救援的过程中能够迅速的找到预先人员的位置，并能够检测事故现场的各种变化以防止事故的二次发生。因为救援机械人还可以克服传统救援的工作效率较低、大型设备救援的不稳定性，同时救援灵活快捷、携带方便、对环境适应能力强等特点，所以研究履带机器人在救援工作中有着重要的意义。
1.2 履带机器人应用的必然性
1.2.1灾害现场影响救援工作的主要因素
灾害现场通常复杂而危险，影响救援工作的因素主要有3种。
（1）空间限制。救援实践表明，幸存者通常被困在那些坍塌所形成的空间中，充分搜索这些空间具有重要意义。遗憾的是这些空间和通道通常非常狭小以至于救援人员根本无法进入，这些地方突出的钢筋和碎块以及其他建筑材料又会给救援人员和搜救犬带来伤害。
（2）结构不稳定。灾害发生之后建筑物的力学结构遭到破坏，救援人员进入废墟之中必须时刻提防随时可能落下的碎块。同时，在进行救援工作时
也可能引起废墟二次坍塌，给救援人员自身和废墟下被困的幸存者造成伤害。这给救援人员带来了极大的危险和心理负担，影响救援工作的快速展开。
（3）危险物质和大火。灾害之后易燃易爆的物品、大风等很容易引起大火。在一些危险地区，如核电站、化工厂等场合，如果没有相应的防护和支援，即使训练有素的专业救援人员也不能轻易开展工作，而戴上防护用具之后又会限制搜救人员对环境的感知能力，延缓救援工作的进程。
这些危险因素给灾害救援工作带来了极大的阻碍，常常使救援付出沉重的代价。美国紧急救援办公室的统计数据表明，从狭小的封闭空间中营救"名幸存者平均需要"#个救援人员花费’个小时的时间。使用履带机器人则可以提高救援效率，并避免或减少救援人员的伤亡。
1.2.1机器人在救援工作中的优势
微型机器人在辅助灾害救援工作中具有以下突出的优势：
（1）可以连续执行乏味的搜索救援任务，而不会像人一样感到疲倦；
（2）不怕火、浓烟等危险和有害条件；（-）可以深入危险地带拍摄资料供研究人员分析查找；
（3）重量轻，与人和搜救犬相比引起建筑物二次坍塌的可能性小；
（４）灵活，可以进入那些人和搜救犬无法进入的危险地带。
1.3 国内外履带机器人研究现状
机器人技术最初起源于军事领域的战场侦察、战场清扫等，在20世纪80年代以前就有人开始从理论上对机器人应用于灾害搜救工作进行了探讨。
1995年在履带机器人技术发展史上具有里程碑式的重要意义，发生在日本神户—大阪的大地震及其之后发生在美国俄克拉荷马州的阿尔弗德联邦大楼爆炸案揭开了履带机器人技术研究的序幕。
2001年美国9.11事件给履带机器人提供了1次宝贵的实践机会，美国机器人辅助救援中心和其他一些单位的履带机器人参与了救援行动(图1.1)。它们是Ｆoster-Miller公司的SOLEM系统、Tolon系统以及lnuklun公司的VGTV系统和Microlac系统，机器人在此次救援行动中取得了成功。同时在救援中也暴露出了很多问题，例如控制方式不可靠、防水性不好、视野狭窄等。
图1.1 履带机器人系统
机器人在9.11事件中的成功应用，引发了人们研究履带机器人的热潮，几年来发表了大量的研究成果，理论上和实际应用上都取得了很大的进步，研制出了各式各样的履带机器人系统，并在实践方面积累了丰富的经验。
目前履带机器人的研究主要有四个方面：１运动控制技术；２通讯控制技术；３自主导航技术；４探测感知技术。
1.4履带机器人的分类
履带机器人硬件的发展逐渐形成了几种基本平台，如履带式平台、蜿蜒式平台、飞行类平台等。
1.4.1履带式机器人
履带式运动系统有双履带、4履带、6履带等多种形式。复合式履带可以调整爬坡角度和方向，因此具有很好的越野性能（图1.2）。
履带式运动系统在碎石堆上可以快速前进，遇到小的坡度和凹凸地时也可以轻松翻越，在遇到不能通过的障碍时还可以在很狭小的范围内完成转弯等动作。目前，履带机器人广泛采用这种运动形式。与其他运动形式相比，履带式运动系统具有较快的速度和
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