四履带搜救机器人机械结构设计—摆臂设计（全套含CAD图纸）
收藏
资源目录
压缩包内文档预览：
编号：1348946
类型：共享资源
大小：2.16MB
格式：ZIP
上传时间：2017-07-04
上传人：机****料
认证信息
个人认证
高**（实名认证）
河南
IP属地：河南
50
积分
- 关 键 词：
-
履带
搜救
机器人
机械
结构设计
设计
全套
cad
图纸
- 资源描述：
-
- 内容简介：
-
1 中 文 翻 译 分 布 式 搜 救 机 器 人 的 控 制 和仿真 1 机 器 人 简 介 几千年前人类就渴望制造一种像人一样的机器，以便将人类从繁重的劳动中解脱出来。 如古希腊诗 伊利亚特中的冶炼之神瘸腿海倍斯特司 ，就用黄金铸造出一个美丽聪颖的侍女；希腊神话阿鲁哥探险船中的青铜巨人泰洛斯；犹太传说中的泥土巨人等等，这些美丽的神话时刻激励着人们一定要把美丽的神话变为现实，早在两千年前就开始出现了自动木人和一些简单的机械偶人。 到了近代，机器人一词的出现和世界上第一台工业机器 人问世之后，不同功能的机器人也相继出现并且活跃在不同的领域，从天上到地下，从工业拓广到 农业、林、牧、渔，甚至进入寻常百姓家。机器人的种类之多，应用之广，影响之深，是我们始料未及的。从机器人的用途来分，可以分为： 地面军用机器人 地面机器人主要是指智能或遥控的轮式和履带式车辆 . 2 地面军用机器人又可分为自主车辆和半自主车辆。自主车辆依靠自身的智能自主导航 , 躲避障碍物 , 独立完成各种战斗任务 ; 半自主车辆可在人的监视下自主行使 , 在遇到困难时操作人员可以进行遥控干预。 无人机 被称为空中机器人 的无人机是军用机器人中发展最快的家族，从 1913年第一台自动驾驶仪问世以来，无人机的基本类型已达到 300 多种，目前在世界市场上销售的无人机有 40多种。美国几乎参加了世界上 所有重要的战争。由于它的科学技术先进，国力较强，因而 80多年来， 世界无人机的发展基本上是以美国为主线向前推进的。美国是研究无人机最早的国家之一，今天无论从技术水平还是无人机的种类和数量来 看，美国均居世界首位。 综观无人机发展的历史，可以说现代战争是无人机发展的动力，高新技术的发展是它不断进步的基础。 水下机器人 水下机 器人分为有人机器人和无人机器人两大类： 有人潜水器机动灵活，便于处理复杂的问题，担任的生命可能会有危险，而且价格昂贵。 无人潜水器就是人们所说的水下机器人，“科夫”就 3 是其中的一种。它适于长时间、大范围的考察任务，近 20年来，水下机器人有了很大的发展，它们既可军用又可民用。随着人对海洋进一步地开发， 21世纪它们必将会有更广泛的应用。按照无人潜水器与水面支持设备（母船或平台）间联系方式的不同，水下机器人可以分为两大类：一种是有缆水下机器人，习惯上把它称做遥控潜水器，简称另一种是无缆水下机器人，潜 水器习惯上把它称做自治潜水器，简称 有缆机器人都是遥控式的，按其运动方式分为拖曳式、（海底）移动式和浮游（自航）式三种。无缆水下机器人只能是自治式的，目前还只有观测型浮游式一种运动方式，但它的前景是光明的。 空间机器人 空间机器人是一种低价位的轻型遥控机器人，可在行星的大气环境中导航及飞行。为此，它必须克服许多困难，例如它要能在一个不断变化的三维环境中运动并自主导航；几乎不能够停留；必须能实时确定它在空间的位置及状态；要能对它的垂直运动进行控制；要为它的星际飞行预测及规划路径。 工业机器人 工业机器人是指在工业中应用的一种能进行自动控制的、可重复编程的、多功能的、多自由度的、多用途的操作机，能搬运材料、工件或操持工具，用以完成各种作业。且这种操作机可以固定在一个地方，也可以在往复运 4 动的小车上。 服务机器人 服务机器人是机器人家族中的一个年轻成员，到目前为止尚没有一个严格的定义，不同国家对服务机器人的认识也有一定差异。服务机器人的应用范围很广，主要从事维护、保养、修理、运输、清洗、保安、救援、监护等工作。德国生产技术与自动化研究所所长施拉夫特博士给服务机器人下了 这样一个定义：服务机器人是一种可自由编程的移动装置，它至少应有三个运动轴，可以部分地或全自动地完成服务工作。这里的服务工作指的不是为工业生产物品而从事的服务活动，而是指为人和单位完成的服务工作。 娱乐机器人 娱乐机器人以供人观赏、娱乐为目的，具有机器人的外部特征，可以像人，像某种动物，像童话或科幻小说中的人物等。同时具有机器人的功能，可以行走或完成动作，可以有语言能力，会唱歌，有一定的感知能力。 类人机器人 从其他类别的机器人可以看出，大多数的机器人并不像人，有的甚至没有一点 人的模样，这一点使很多机器人爱好者大失所望。也许你会问，为什么科学家不研制类人机器人？这样的机器人会更容易让人接受。其实，研制 5 出外观和功能与人一样的机器人是科学家们梦寐以求的愿望，也是他们不懈追求的目标。然而，研制出性能优异的类人机器人，其最大的难关就是双足直立行走。因为 机器人与人的学习方式不一样。一个婴儿要先学走，再学跑；而机器人则要先学跑，再学走。也就是说机器人学跑更容易些。 农业机器人 由于机械化、自动化程度比较落后，“面朝黄土背朝天，一年四季不得闲”成了我国农民的象征。但近年农业机器人 的问世，有望改变传统的劳动方式。在农业机器人的方面，目前日本居于世界各国之首。 2 现 状 及 国 际 发 展 趋 势 国际机器人领域发展近几年有如下几个趋势： （ 1 ）工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修 ）， 而单机价格不断下降，平均单机价格从 91年的 10 3 万美元降至 97年的 6 5 万美元。 （ 2 ）机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问市。 （ 3 ）工业机器人控制系统向基于 的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠 6 性、易操作性和可维修性。 （ 4 ）机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成 熟应用。 （ 5 ）虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环 境中的感觉来操纵机器人。 （ 6） 当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。 （ 7 ）机器人化机械开始兴起。从 94年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。 3 仿 真 和 控 制 式 机 器 人 介 绍 机器人的图像和公众感知能力受到科幻小说家和娱乐产业极端视角的的限制并不 是很久以前的事儿。然而，如今阅读一本有意思的有关近代机器人学的文章，晚间新闻时观看火星表面探索，或者甚至在工作场所遇到一个机器人仍然是不普遍的。随着机器人逐渐进入我们的日常生活 7 中，它们在有益于社会的作用中越来越明显。尤为明显的是在一些危险环境中一个或多个机器人能够代替人类进行工作。已经引起了机器人社团的兴趣的研究领域是在机器人的搜救过程中的操作。在一个危险的环境中搜救机器人的操作需要搜救人员的巨大努力才能完成。建筑物的倒塌和不稳定，煤气的泄漏和火灾对人类搜救队仅仅是一小部分的威胁。相对于人类发展自主式机器人 的能力对于搜救存活者提供会很大的便利。 用机器人取代人类所需要解决的潜在问题有： 哪种机器人能够在一种未知的和变化着的环境中高速移动？ 在一次搜救操作过程中要想大面积的覆盖搜救区域大概需要多少机器人？ 这些机器人怎样控制？ 机器人是一个极其宽广的领域它包括各种各样的应用及研究兴趣。从过去的工厂装配线上的机器人到火星探索和国家宇航局，机器人的视觉和用途看起来无穷无尽。机器人这个词的定义本身就是依赖于谁给它下的定义和他所预期达到的结果。为达到我们的目的，一个智能机器人就被定义为：一个机器能够以一种有意义有目的的 方式进行安全的移动并从它所在的环境中提取正确的信息。大部分的研究者把控制自动化机器人的方法分为三大类：协商，反应以及混合系统。协商方法是智能任务能够在一个内部模拟世界中通过推理的方法得以完成。这种控制人工智能社群多年的方法导致了由美国政府在 1980 年代开发的 8 一种标准建筑学的发展，它体现了一种协商的模型。美国麻省理工学院实验室的主任罗德尼布鲁克斯指出协商模型可以作为一个感官 - 模型 - 计划 - 指令的框架。 机器人社区开始对反应系统感兴趣的时候是在 1980 年代的中期，出现最多的问题是移动机器人的协商控制变得更加 明显了。具体地说，协商控制系统出现许多明显的不足之处，比如脆性，屈服性以及在操作复杂不断变化的环境中响应慢。响应速度在协商系统中是一个极为关键的一点。南加州大学的马瑞克指出主要划分为反应和协商系统之间能够在计算量和类型的基础上进行描绘。 反应体系结构和行为建筑经常被认为是一样的。然而，极端存在被认为是基本后者是多么复杂的一种系统虽然仍旧被认为是无用的，玛瑞克认为反应体系结构和行为建筑有着根本的区别。她提出说虽然行为基础系统包含一种特征甚至是一种纯粹的反应系统的元素，但它们的计算并不需要限制。通过这种方式，行 为系统可以储存不同的形态以及实现不同的表述。此外，她指出行为系统要比一个反应系统更加需要时间的延长。 随着对反应系统兴趣的增长，研究人员试图通过使用机械和计算系统来模仿生物系统以达到完成预期任务的目的。艾瑞克描述了神经学是“为理解和建模生物行为潜在的电路提供一个基础 。” 他指出一些心理学派已经影响机器人的研究好多年了。实际上这些行为的研究对机器人 学的研究打下了一个坚实的基础。这个研究的方法是在观察的基础上考虑任何的刺激以及作出的反应。 9 最近，生物行为的研究已经扩大到世界的多智能体系结构，社会生物学的研 究专家已经使用了几组移动式机器人进行研究和模拟。堪萨斯大学的艾瑞克研在机器人代理好恶的程度下使用研究个人和集体机器人的学习能力。在这方面领域的一些工作还依赖坠蚂蚁和蜜蜂繁殖地的观察，以及仅有限的个人代理体系信息中完成完成全球任务。 最近十年，研究人员开始关注由多个不同性质机器人组成的多机器人系统来完成一个或多个任务。使用这些分布式机器人的好处是，高强度，高韧性，分布自然而且更加精简。 4 模 拟 器 的 执 行 世界情况 在每一次仿真的开始，规定的户外运动是“画”的矩阵。所有的墙和跳 线都是放在阵列的开始位置，接下来将机器人放在现有的数组阵列中。在大多数情况下，机器人是放置在含有零值数值中运行的。然而，如果一个跳线首先占据了这个位置，在第六个和第八个值之间插入机器人值就表明这个位置包含了一根跳线。 机器人传感 用于机器人传感的方法类似于碰撞检测的应用。感应的是通过检测机器人周围八个方向的数值来完成的。随着每个单位时间的流逝，模拟器从机器人中心开始向前的 10 方向每 角来检查数组元素。例如，感应范围是个单元，模拟器检查每一数组单位都是沿着机器人中心 . , , , , , 以及 线（如果延伸方向恰好是 线 ）。 感应从机器人中心开始每单位 1 ，并沿着感应线继续下去直到触碰到墙壁或达到机器人的感应范围极限。如果一个单位被检测到，距离单位和相关的实体价值被放置在一个数组中的数据中，直到检测到一个试题或达到了机器人感应的范围。机器人感官沿着传输线传到下一个感应器。这样一直继续下去直到所有的感应线都被检测完成，一旦完成，接收到的数组数据就表明了机器人的感官世界，然后就形成一个确定的规则来指导机器人的行为。 配规则 一个机器人的行为是在 他的规律集中完成感官数组数据和其中的一个特定规律的匹配之后进行选择的。这种变化类似于经典的儿童游戏。机器人接收到的数据可以被认为是一个操作者对运动轨迹最初的猜测。这些猜测被放置在对手的场地中进行试验一来获得得分。这么做是为了规则集中的每一点都能涉及到。这个规则用的最多的地方就是决定一个比赛的规则。规则分数是保存在一个单独得分阵列中。 对于每一个单位和得到的感官数组数据的完整实体，确定匹配功能是当： 距离属于在规则中指定的相关的传感器的距离范围。 11 在感官数组数据中的实体价值与规则中的实体价值相匹配。 如 果满足上述条件，规则值就会增加一，否则规则值就会减少一。下面的例子就显示了最初的得分 : . 从前面的传感器所得到的数据可以得到距离 20和四个实体值。 . 规则 X 前面的距离值是 10到 30以及规则值是 4. . 规则 X 的评分规则是逐一增加，这是因为 20位于 10和30之间同时要求实体数据匹配。 偏差和本能 如果一个规则收到相同的分数作为最后的赢家，一个行动的偏差就决定了机器人最后的行为功能。如果规则和当前的获胜者具有相同的行为价值，那么就没有必要利用偏差；然而，如果这两个有把不同的动作值偏差 ，那么，这个偏差就用来确定最后的行为动作。偏差是机器人采取最终行动所需要的一个整数变量保存价值。如果一个规则与之有关的分数不同于当前的赢家，那么规则的行为就与偏差有所区别。如果两值相等，那么这个规则就会被采用，否则就保持当前的赢家不变。 对待打成平局的方法是机器人重复当前的动作。这个现象的原因是在机器人行为的基础上强加了一些限定的连续性。 贯穿仿真的整个过程中机器人可能报废的一些原因有 : * 无休止的来回切换两个活动； 12 * 多次阻碍前进； * 无期限的重复同样的动作。 价 一个机器人队 的性能评估是在一次仿真中用户自定义时间限制中实现的。这个表现是在一定的平台中按机器人进入房间百分比测量的。此外机器人完全进入这个平台时就完成了总覆盖率的考虑。这些值是用来确定机器人搜救队的性能的，同时也被当做遗传算法的最合适的规则集。 这个模拟器记住了机器人进入的每一个房间的列表，这些数据也只是用于团评价并不能协助机器人进行仿真实验。一旦时间到了，得到的有关房间的数据就用来测量机器人所达到的覆盖率。如果两个或更多的机器人进入了同一个房间，模拟器中就会出现一系列的房间列表，然而重复的努力并不影响对机器人性 能的评价。 5 仿 真 实 验 在 一 系 列 的 仿 真 实 验 中 ， 遗 传 算 法 通 常 用 于 搜 救 机 器 人队 的 规 则 设 置 。 遗 传 算 法 包 括 复 制 ， 交 叉 和 变 异 这 三 个 步骤。 繁殖的过程中染色体的字符串代表个人复制 并 根据他们的健康水平创建一种新的 生物 字串 。 拥有更好健康价值的人则更可能被用来创造下一代。交叉的过程包括两个字符串的选择，以及两者之间字符串短的交换。遗传算法的最后步骤是突变，提出了一种价值随着字符串位置改变而随机变化的理论。 13 在留有记录的实验中，规则集被转换为二进制的字符串，以及在最短的时间里条件合适的机器人就被计算为规则集机 器人以达到对周围环境最大的报道覆盖率。 6 总结 本文所提出的仿真程序已经被用于超过 300 次的仿真实验中。该模拟器为测试不同机器人的行为和众多机器人调查小组提供了充分的工具。最初的实验结果表明机器人团队的成绩可以改变对机器人的规模。然而刚开始的时候团队尺寸一度达到 12一些小的机器人团队，在有限的时间里分配到的区域范围对进入的团队人数有一个明显的限制。此外，团队规模的扩大，团队成员的增加互动增多所产生的结果将会影响大中型团队。从交叉测试的结果显示使用不同规模大小的团队进化为一个特定的团队就显示了所有的情况，在机器人规则下转变来的不同大小的队伍从来都不如团队规模更适合进行演化。但这并不意味着使用规则集演化而来的团队是完全无效的。规则集大小对机器人团队成绩的影响就目前而言还需要进行更深的调查。 有关模拟方案规划的未来工作是提高机器人的数量从而来提高机器人演化和测试的工作环境，未来的研究应该包括不同环境平台的尺寸和大小。此外，尚在研究过程的机器人团队和他们的规则集可以从一个环境迁移到另一个环境中，甚至可以为新一代的机器人随机选取一个环境平台。仿真系统的最终目标是作为一个工具便于更好的设计，开发和 部署搜救机器人以协助搜救任务的完成。 14 7. 出处 这项工作是国家科学基金会的一部分。 8. 参考文献 1 阿加贝克发表的人机交互机器人系统，出自自动化机器人 2 美国机械工程师协会合作机器人 3 阿金鲍尔 的机器人合作系统 4 行为机器人 麻萨诸塞州，麻省理工学院出版社1998年出版。 5 布鲁克斯，非理性智能 ， 人工智能实验室 6 布鲁克斯 , 移动式机器人一个强大的分层控制系统，人工智能实验室。 7 如何使用 c+ 编程 作者，带特尔普。 1998年新泽西出版社出版。 8 硕士 学位论文机器人搜索队的大脑行为进化 ， 作者 多拉希德，堪萨斯大学电气工程与计算机科学系，2000年发表 9 领土的多机器人划分 1998 年发表于机器人自动化杂志 10戈德伯格搜索，优化，机械学习方面的遗传算法，1998年 高等教育出版社出版 15 11梅斯 位置代理目标 出自机器人技术系统 12马塔里奇行为控制，导航，学习和群体行为的实例 霍斯威尔 ， 科尔堂冈，编 辑 ，出自人工智能实验室软件架构专题 13麦卢金 利 用 合 作 机 器 人 排 爆 人 工 智 能 实 验室。 本科毕业设计（论文）中期检查表 指导教师： 职称： 教授 所在院（系）： 机械与动力工程系 教研室（研究室）： 系部办公楼 319 题 目 四履带搜救机器人的结构设计 摆臂设计 学生姓名 专业班级 学号 一、选题质量： 够充分锻炼和培养分析问题和实际操作能 力，能够体现综合训练的要求 易程度和工作量适中，符合本科毕业设计要求，能在规定的时间内完成。 所收集的资料较少，工作量较大。 实际的救援中也很重要。在设计过程中，对机 器人各个结构和零件的设计、计算对我来说，是对以往所学知识的总结和应用，所以 能够满足综合训练的要求。但是在设计过程中，对于我来说还是具有很大的难度，对 于这方面的涉足也并不是很多，并且且这方面的资料也是比较少，所以这对我来说也 是一个挑战。 二、开题报告完成情况： 根据自己在各方面资料的收集和整理，通过对 可行性的分析，结合老师给的题目 的选择，我完成了这次设计的选题。 在选题结束之后，通过自己认真查阅相关的资料，最后结合本身的实际情况和设 计的时间任务完成了开题报告。 经过指导老师同意，完成开题报告，同意开题。 2 三、阶段性成果： 加上指导老师对我们的讲解，算是对其有了一个大概的了解。前期阶段主要是对有关于搜救机器人的各方面的文献和资料进行搜集，为以后的设计做了必要的准备。 料，从上面找到一些关于关于搜救机器人结构设计的信息，首先对其结构有了大致的了解，其次是已有了大概的设计方法，并开始了一些基本的结构设计。 图和进行设计说明书的部分工作。 括摆臂的固定，结构设计，和减速器的设计。 四、存在主要问题： 1、这次设计对我来说是个比较大挑战，和同学的配合刚开始有很多不恰当的地方，但随着设计的进行和不断的讨论磨合，也逐渐克服了这一问题。 2、搜救机器人设计对我是个新题，并且在搜索资料方面发现，关于搜救机器 人的资料也并不是很多。 3、设计过程中关于自己所设计的方面不是太明确，经过和同组同学的商量明确了自己 的任务。 有可参考的材料，在计算数据、校核、选材方面还有很大的 不明之处。 3 五、指导教师对学生在毕业实习中，劳动、学习纪律及毕业设计（论文）进展等方面的评语 指导教师： （签名） 年 月 日 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 I 摘 要 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 探测传感设备 ，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，可以适应不 同情况的复杂路面，并可主动控制两侧肋板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。本论文 所设计 主的 机器人 移动机构主要由四部分组成： 主动轮减速驱动机构、肋板转动机构、摆臂减速器机构、履带及履带轮运动机构 。 关键字 ： 搜救机器人；摆臂，履带式 减速器 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 he of is to in to be to to to by be s to a to of is is in on of to of of 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 1 目录 前 言 .1 绪 论 . 课题研究背景 . 题研究意义 . .外研究现状 . 内研究现状 . 救机器人的技术发展方向 . 2 搜救机器人的移动机构分析 . 轮式移动机构特点 .式移动机构特点 . 履带式移动机构特点 . 履、腿式移动机构特点 . 轮、履、腿式移动机构性能比较 . 研究采用的行走机构 . 灾机器人性能指标与设计 . 章小结 . 搜救机器人运动参数设分析计算 . 器人越障分析 . 机器人跨越台阶 .器人刮越沟壑 . 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 2 坡运动分析 . 章小结 .4 摆臂减速去设计 . 臂电机选择 .臂减速器设计 . 速器方案对比分析 . 35 速器应满足要求 .臂减速器设计计算 . 摆臂减速器的参数计算 . 摆臂减速器的齿轮计算 . 轴的设计 .章小结 . 履带的设计计算 .的选择 .算带的型号和节距 .算主从动轮直径 .章小结 . 摆臂结构设计 . 臂作用 .板部分设计 .臂参数计算 . 总结与展望 .谢 .考文献 .买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 3 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 4 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 5 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。在我国的能源工业中，煤炭占我国一次能源生产和消费结构中的 70%左右，预计到 2050 年还将占 50%以上，因此，在未来相当长的时间内，煤炭仍然是我国的主要能源，由于我国矿井自然条件差，加上技术和管理等诸多方面不到位，以及近年来国家对煤炭资 源需求量的不断增长，使得我国煤矿矿井灾害事故频繁发生，人员伤亡十分惨重。据统计， 2006 年我国矿难死亡 1517 人，百万吨死亡率为 2007 年全国矿难死亡 1600 人，百万吨死亡率为 2008 年全国煤矿发生伤亡事故 1341 起，死亡 1389 人，百万吨死亡率约为 中一次死亡 3 9 人的重大事故 110 起，死亡 886 人。 2009 年全国安全生产数据显示 2009 全国共发生一次死亡 10 人以上的特大事故 61 起 ： 死亡 717 人 ， 其中煤矿企业特大事故共发生 18 起 ,死亡 330 人，死亡人数仍高居各类安全事故之 首。 2010 年全国煤矿安全生产形势依然严峻，目前我国煤矿事故死亡人数远远超过世界其他产煤国家煤矿死亡人数的总和，约占世界矿难人数的 80%，百万吨死亡率是美国的 100 倍、南非的30 倍。每年上百次的事故发生，成千人的矿工死亡，煤矿安全形势已经十分严峻。 矿井瓦斯爆炸一旦发生，因受高温、烟雾、有害气体和缺氧等影响，以及存在发生二次灾害的可能，救护人员无法知道能否进入或无法直接进入灾害现场执行营救任务，上述事故中的伤亡人员有相当一部分是救护人员，如陕西黄陵矿业公司一号煤矿发生特大瓦斯爆炸事故， 2 名救护队员 在井下不慎滑倒，将呼吸机鼻夹摔脱落，导致一氧化碳中毒死亡； 2005 年渑池县赵沟八矿井下购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 6 突然起火，三门峡市矿山救护队接报后立即赶到现场 救灾 ，在救火过程中，突发瓦斯爆炸， 4 名救护队员殉职； 2006 年六枝工矿集团公司救护大队的救护队员在井下实施封闭火区措施时，火区发生瓦斯爆炸，造成 8 名救护队员死亡。 由此可见研发代替或部分代替救护人员的救灾机器人及时、快速深入矿井灾区进行环境探测和搜救工作具有极其重要的意义。在救援初期，其主要作用是代替矿山救护人员进入灾区，进行环境探测，并将采集的数据发送至救援指挥中 心，这些环境信息主要包括瓦斯、 气的浓度、环境温度、湿度与粉尘情况以及灾区的通风状况的参数，还应包括生命和图像等信息，为救灾决策提供重要参考。 矿山井下环境对矿工搜寻机器人的要求 井下失踪矿工搜寻机器人是一种自主式移动机器人，它的设计首先要满足井下工作环境的特殊要求，其次要具备快速搜寻并且准确定位井下失踪人员的功能，再就是要具有简单的急救功能，如携带少量的水、食品、药品、包扎物，播放音乐等。与地面环境相比，煤矿井下环境复杂，特别是事故刚刚发生后的井下条件更为恶劣。 1井下地形 矿井下地形复杂 ，环境恶劣。通常情况下，矿井主巷道和主支巷道的路面平坦坚硬但凹处多积水，路面上有矿车铁轨、水沟、风管、线缆等障碍物。靠近工作面的小巷道路面不平、多有坡度。工作面处的路面坡度较大，积有大量的碎煤、支撑物、滑道等障碍。灾害发生后，脱落的顶板、煤石、煤块等，会形成新的不规则障碍物，这就要求井下机器人要有较强的越障和避障能力。复购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 7 杂的路况还可能会使机器人发生履带单元局部故障、失去牵引力、零部件失效、倾翻、打滑、掉沟、陷入碎煤区等情况，这就需要机器人还具备一定的行驶功能恢复能力。发生局部故障后，剩下的正常驱动部件能使机 器人继续行走或返回基站。 2井下气候 井下气候包括井下空气的温度、湿度、热辐射和风速。正常通风情况下，井下温度不超过 30。 C，井下空气的成分中只含有少量有害气体 ( )。但井巷内多有淋水，空气湿度大，冬季的湿度也很大。灾害发生后，井下气候会发生明显的变化，如气体组分发生显著变化，有害气体含量增高，特别是瓦斯和粉尘浓度增大；灾变区域范围内的井下空气的温度、湿度增加；井下通风系统故障停运或局部的风流速度及风量减少。 3高瓦斯 由于事故后，井下通风系统常会受到破坏，瓦斯排放不及时，使瓦斯浓度 增加，所以，瓦斯爆炸的危险也常常是影响救护队员及时下井开展救护工作的一个主要因素。为此，矿工搜寻机器人的所有结构必须进行防爆设计，使它在高瓦斯的情况下能够安全工作。 4高温 火灾、煤尘瓦斯爆炸后积聚的热量会在现场直至相邻局部区域形成高温，这些热量在通风未恢复的情 况下会保持几日，矿工搜寻机器人系统在井下温度变化范围内要能可靠工作。 5煤尘 正常情况下，井下的煤尘具有一定的浓度，并随风向而流动。在事故发生后的有效救援时间内，巷道内仍会存在大量的煤尘。煤购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 8 尘会进入运动副的表面，加剧轴承等零件的 磨损，并且会附着在源的表面上，影响机器人的寿命和搜寻精度。这就要求机器人零件密封、润滑密封、并使用不易沾附灰尘的光学材料。 6潮湿与积水 井下环境潮湿，事故发生后，井下排水系统可能受到破坏，即使恢复排水后也会造成巷道的高湿度，这就决定了机器人要在一个湿度大、路面湿滑并有凹处积水的潮湿环境里工作。 7光照与烟雾 井下场所黑暗，机器人只有自带光源，为其视觉系统提供足够强度的照明光线。事故后往往烟雾充斥巷道和工作面，能见度低，对机器人的照明有一定的影响。 8能源 机器人的能源 采用无缆方式，使用井下专用蓄电池供电。考虑电源的功率、井下巷道和工作面空问的限制，并兼顾机器人行驶的平稳性，应适当减小机器人本体的重量和体积。 9通信 井下信号传输具有特殊性，井下煤层对信号的衰减能力非常强，信号传播距离很短。迄今为止，井下海量数据的远距离无线传输问题仍然没有解决。因此，井下的特殊环境要求失踪矿工搜寻机器人形体较小，运动灵活，能越障、越铁轨和过水沟，通过狭小空间、碎煤和碎石区，有防爆、防水、耐高温、视觉防尘等功能。在满足井下工作环境特殊要求的基础上， 位井下失踪人员的功能，并有简单的急救功能，如携带少量的水、食品、药品、急救包、矿灯以及播放音乐等。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 9 1 绪 论 课题研究背景及意义 题研究背景 人类在智慧上超出动物很多，但在特定环境的适应上就要比动物差很多。虽然人发明了很多的技术弥补了这一不足，但明显可以看到，舰船的灵活性比不上鱼类，飞机的灵活性比不上鸟类甚至昆虫，车辆的地形适应性比不上四条腿的动物。搜救机器人的研究可以弥补我们这方面的不足，对社会产生大的经济效益。搜救机器人的研究可以满足 一些行业的需求。机器人由于其天生的多自由度，多冗余自由度，可以在狭小的空间内穿梭，可以满足在复杂环境中进行人类无法完成的搜救任务。 近几年各种灾害不断的发生，各种灾害发生后世界人名 都积极 投 入到救灾活动中。 作为当代大学生对这些灾难尤其关注，一些人立即奔赴灾区，很多人捐款捐物。灾难后总会 看到有人被 困在废墟下，而外面的人却一时无法将他们救出时， 我们 心里十分焦急，总在想：里面的人肯定受了重伤，也一定很饿，如果有个小型搜救 器能迅速钻到废墟里，探明受伤人位置和情况，给他们送去急需的药品和饮食该有多好啊。 基于这种想法，搜 救机器人从此诞生了。然而 我国在各种灾害中，但据资料显示，搜救机器人并未得到很好的利用，参加搜救的主要还是以消防官兵，搜救犬及支援人士。 地震、火灾、矿难等灾难发生后 ,在废墟中搜寻幸存者 ,给予购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 10 必要的医疗救助 ,并尽快救出被困者是救援人员面临的紧迫任务。实际经验表明 ,超过 48 小时后被困在废墟中的幸存者存活的概率变得越来越低。由于灾难现场情况复杂 ,在救援人员自身安全得不到保证的情况很难进入现场开展救援工作的 ,此外 ,废墟中形成的狭小空间使搜救人员甚至搜救犬也无法进入。灾难搜救机器人可以很好地解决上述问题。机器 人可以在灾难发生后第一时间进入灾难现场寻找幸存者 ,对被困人员提供基本的医疗救助服务 ,进入救援人员无法进入的现场搜集有关信息并反馈给救援指挥中心等。近年来 ,为了满足救援工作的需要 ,国内外很多研究机构开展了大量的研究工作 ,可以在灾难现场废墟中狭小空间内搜寻的各类机器人如可变形多态机器人、蛇形机器人等相继被开发出来。 然而复杂危险的灾后环境常常会给救援工作带来困难。危险物质、大火、易燃易爆气体、不稳定的结构等等危险因素的存在，时常威胁到救援队员的生命安全，阻碍救援工作的快速展开。如何能够在最少人员伤亡前提 下快速高效地开展搜索救援工作一直是我们重点研究的问题。 本文提出的便携式矿用救灾机器人是一种质量轻，易于单个救援人员背负，具有多种运动姿态和抗摔能力，采用履带方式行进的微小型机器人系统。 能够适应矿井恶劣的灾后环境，对非结构的地形环境具有良好的自适应能力，具备较好的越障能力 和一定高度的抗摔能力。机器人可通过无线电信号进行远程控制，并能够加载各种侦测设备对未知环境进行先期探测 并回传井巷环境信息 ，为及时有效的救灾提供决策参考。 煤矿作为最复杂、最危险的工作环境之一，在发生安 全事故购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 11 之后，常常会因为井下复杂危险的环境而阻碍救援人员深入井下开展工作。但煤矿安全形式十分严峻，瓦斯爆炸等煤矿事故频发，造成了重大的人员伤亡，产生了不良的社会影响。煤矿灾害尤其是瓦斯煤尘爆炸事故发生后， 因受高温、烟雾、有害气体和缺氧等影响，以及存在发生二次灾害的可能， 矿井环境十分复杂 .。 由此可见研发代替或部分代替救护人员的救灾机器人及时、快速深入矿井灾区进行环境探测和搜救工作具有极其重要的意义。在救援初期，其主要作用是代替矿山救护人员进入灾区，进行环境探测，并将采集的数据发送至救援指挥中心，这些环境信息主 要包括瓦斯、 气的浓度、环境温度、湿度与粉尘情况以及灾区的通风状况的参数，还应包括生命和图像等信息，为救灾决策提供重要参考。 (1）课题研究的社会意义 搜救机器人的研究给搜救工作带来很大的方便，在灾难发生后，能够快速地投入到搜救工作中，提高搜救效率，减少人员伤亡，失踪等不幸事故，更好的为社会服务。 (2）课题研究的科学意义 搜救机器人的研发，在很大程度上弥补了广茂达在搜救领域的不足，为后期更好的扩展，奠定了基础。 内外研究情况 外研究情况 近十年来 ,美国、日本等西方发达国家在地震、火灾等救援机器人的研究方面做了大量的工作，研究出了各种可用于灾难现场购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 12 救援的机器人。目前，在救灾机器人研究方面，美国走在了世界的前列，美国在微小型机器人研制方面投入了大量的人力和物力，特别是新型、高机动、高可靠性移动载体研究方面。如美国移动机器人 (划中的便携式机器人系统 (该类机器人主要用于城市战斗与搜救。如美国智能系统和机器人中心开发的井探索机器人用于灾难后的现场侦查工作，采用电传遥控方式，有主动红外摄像机、无线射频信号收发器、陀螺仪和危险 气体传感器等装备。无线遥控距离约 76 米。美国南佛罗里达大学研制的 井搜索机器人 ,小巧灵活，携带数字低照度摄像机和基本气体监视组件，可以通过一个钻出的小洞钻进矿井，越过碎石和烂泥，并使用其携带的传感器发现受害矿工，探测氧气、甲烷气体含量，生成矿井地图。 所谓形状可变履带机器人，是指该机器人所用履带的构形可以根据地形条件和作业要求进行适当变化。图 2 所示为一种形状可变履带机器人的外形示意图。该机器人的主体部分是两条形状可变的履带，分别由两个主电动机驱动。当两条履带的速度相 同时，机器人实现前进或后退移动；当两条履带的速度不同时，机器人实现转向运动。当主臂杆绕履带架上的轴旋转时，带动行星轮转动，从而实现履带的不同构形，以适应不同的运动和作业环境（见图 1 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 13 图 1状可变履带机器人外形示意图 为了能进入狭小空间展开搜救工作，要求机器人的体积要尽可能小，但体积小了搜索视野就会受到限制，为了解决这已矛盾，近年来在传统牵引式多态搜救机器人。图 1 列机器人， 器人有一对鳍形前肢，这对鳍形前肢可以帮助崎岖的地面上导航，也可以升高感知平台以便更好地观察。图 1加拿大 司 态搜救机器人，他可以根据搜索通道的大小及搜寻范围的远近灵活地调整 (a)正常状态 （ b）直立状态 图 1国 司 态搜救机 器人 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 14 （ a）平躺状态 （ b）半直立状态 （ c）直立状态 图 1拿大 司 态搜救机器人 所谓位置可变履带机器人，是指履带相对于车体的位置可以发生变化的履带式机器人。这种位置的改变既可以是一个自由度的，也可以是两个自由度的。图 1示为一种二自由度变位履带机器人，各履带能够绕车体的水平轴线和垂直轴线偏转，从而改变机器人的整体构形。 图 1二自由度变位履带机器人 图 1上图可知，当 A 轴转动时，通过一对锥齿轮的啮合，将运动传递给驱动轮，从而带动履带运动；当 B 轴转动时，通过另一对锥齿轮的啮合，带动与履带架相连的曲柄，使履带绕主动轴轴线回转变位；当 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 15 轴传动时，履带连同其安装架一起绕 C 轴线相对于车体转动，改变其位置。 A、 B、 过切换 A、 B、 之实现不同的传动路线，具体情况参见图 1 a)结构示意图 b）不同的传动路线 图 1变位履带机器人集履带式机器人和全方位轮式机器人的优点于一身。当其履带沿一个自由度方向变位时，可用于攀爬阶梯和跨越沟渠（见图 1当其履带沿另一个自由度方向变位时，可实现车体的全方位行走方式（见图 1 图 1位履带机器人爬梯越沟功能示意图 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 16 图 1位履带机器人移动 方式示意图 虽然履带式可变形多态机器人可根据搜索空间的大小改变其形状和尺寸，但受驱动方式的限制，其体积不可能做得很小。为了满足对更狭小空间搜索的需要，人们根据生态学原理研制了各种体积更小的仿生机器人，其中蛇形机器人就是其中很重要的一类。图 1 制的安装的蛇形机器人。图 1日本大阪大学研制的蛇形机器人。图 1苍蝇搜救机器人。随着技术的不断成熟，相信蛇形、蝇形等仿生机器人会在灾难搜救工作中发挥越来越大的不可替代的特殊作用。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 17 (a） 制的基于移动 (b)日本大阪大学 （ c）加州大学伯克利 平台的蛇形机器人 蛇形机器人 分校研制的苍蝇机器人 图 1生机器人 国内研究情况 我国的搜救机器人技术起步较晚，但是近年来引起了越来越多的关注并取得了一定的成果。 在 震发生后，针对乱石之中被埋在抚恤下的生命很难发现，“如果有能穿越乱石的机器人，也许就可以发现废墟下的生命迹象从而救出更多的人！“谢敬涛等 5位重庆交大的 5位同学经过商量后便有这个想法，发明一个越障能力强的机器人 1. 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 18 图 1 1 中科院 沈阳自动化研究所 机器人 学国家重点实验室研制的空中搜索探测机器人、废墟洞穴搜救可变形机器人、废墟表面搜救机器人 (如图 1在位于北京西郊凤凰岭的国家地震紧急救援训练基地完成了 综合调试演练，并达到了预期性能指标。这标志着我国地震搜救机器人系统已进入到示范应用阶段，有望在“十二五”期间作为地震应急搜救装备投入实际使用。 6月 22日，国内首台煤矿搜救机器人 (样机 )在江苏徐州诞生，该机器人由中国矿业大学可靠性与救灾机器人研究所研制。目前购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 19 这台搜救机器人采用点对点式的无线控制方式，有效控制范围为300米。由葛世荣教授领导的科研小组正在研制使用中继站式无线通讯方式，成功后将可实现对机器人 矿搜救机器人采用自主避障和遥控引导相结合的行走控制方式，它能在矿难发生后深入 事故现场探测火灾温度、瓦斯浓度、灾害场景、呼救声讯等信息，并实时回传采集到的信息和图像，为救灾指挥人员提供重要的灾害信息。同时，机器人还能携带急救药品、生命维持液、食品和千斤顶、撬棍等自救工具以协助被困人员实施自救和逃生。据悉，此机器人通过改装后还可广泛应用于地面救火、有害气体测试等用途。 图 1 以上是目前世界上的搜救机器人的研究现状。搜救机器人多种多样，然而真正应用在实际中的机器人目前不是很多。由于技术发展的 限制，很多机器人只能在一个方面使用，没有几种多功能的搜救机器人，但是很多机器人又有相同的地方。 作为搜救机器人，越障，搜索，通信，携带救援物资等等功能是最基本的功能。这其中越障显得极为重要，如果机器人连障碍物都无法穿越，还怎么做到搜救呢？于是越障能力作为考查搜购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 20 救机器人能力的最为重要的指标。而越障能力由机器人的机械结构设计决定的，于是各种各样形态的机器人就诞生了。其实各种形态都是为了提高机器人的越障能力的而存在的。 救机器人技术发展方向 搜救机器人为搜救工作展开了新思路，但是也暴露了一些问题。综 合考虑机器人技术和搜救环境，未来的搜救机器人技术需求应包括以下几个方面。 1机动装置设计 在搜救过程中，机动是机器人首先面临的问题。作为机器人机动主体的底盘，需要装载所有的传感器。考虑当时的环境，底盘的设计应该满足以下需求。 （ 1）能够通过粗糙地形，越过或绕过障碍物，能够爬楼梯，能够通过狭窄空间。 （ 2）能够耐热、放水、防火、防腐蚀 （ 3）重量轻，能够在不发生滑动和再次倒塌的情况下对空间进行快速搜索。 2传感器 搜救的两个明确任务：一是寻找可能的幸存者，二是在最初的结构评估过程中对空间进行分类。 因此，机器人携带的传感器必须使它们在移动中探测受灾者和收集受灾者信息。如传感器的设计需要能够确定受灾者的生命迹象，并确定幸存者的状态；为了判断出受困者所在的位置和其所在地点的情形，需要综合 性测量装置、编译器、陀螺仪、加速计、触摸、移动、视觉和声学传感器获得的信息等。 3通信 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 21 使用有线通信的机器人在行动中通信系链易缠绕，限制了机器人的移动，适合于短距离的搜救行动。未来的发展是采用无线通信。在纽约世贸中心救援中使用的机器人就是利用无线以太网（ 有线通信方式与指挥中 心保持通信联络。无线以太网由于带宽的问题，易导致通信中断，因此，需要加强动力、抗干扰能力的设计。 4图像处理 通过操纵机器人能够获取现场图像，用于确定墙壁和柱子计结构的破坏，管道和储藏库的泄漏和破裂等。同时机器人能够通过获得的现场结构信息绘制出新的结构图，从而向救援人员报告受灾后的精确位置及可能的通路。地图的绘制可以由一个机器人完成，也可以与其他机器人合作来完成。 5导航技术 提高机器人搜索效率和范围，开展视觉导航技术的相关研究。视觉在机器人路径规划、避障；自动爬楼梯过程中是非常重要的。如 气动 力实验室利用图像的楼梯边缘判断方法，解决了机器人爬楼梯的自动化。 6人机交互界面 为了方便使用者在救援行动中有效的使用机器人，便捷的人机交互是非常必须的。一个有效的用户界面必须能够向操作员提供足够的决策参考信息，用于制定机器人的下一步行动。在这样的界面下，使用者能够很容易的获得机器人的方向、位置和动力，操作众多的设备，比如摄像机、灯光和车载钳子，准确的控制机器人的移动，从摄像机获得图像。 7群体机器人协同 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 22 在面对一个巨大灾难的时候，可以考虑由多个机器人组成群体，通过系统协调来完成单机器人无法或难以完成的 工作。群体机器人系统具有空间分布、功能分布、时间分布等特点，所以群体机器人系统比单机器人系统具有更强的优越性，主要表现在以下几个方面。 （ 1）群体机器人系统可以实现单机器人系统无法实现的复杂任务。 （ 2）设计和制造多个简单机器人比单个复杂机器人更容易、成本更低。 （ 3）使用群体机器人系统可以大大节约时间、提高效率。 （ 4）群体机器人系统的平行性和冗余性可以提高系统的柔性和弹性。 救灾机器人是智能化机器人在煤矿领域的全新应用，尽管某些关键技术仍需要进一步研究，但救灾机器人具有高 度的实用价值和广泛的应用前景。随着计算机技术、传感技术、控制技术、材料技术的发展，特别是网络技术和图像信息处理技术的迅猛发展，智能机器人的研究已取得了丰硕的研究成果。但是，由于 矿井救灾机器人特殊的工作环境和工作要求的不断提高，矿井救灾机器人技术方面还需要有所突破： （ 1）机械性能方面， 能够适应矿井恶劣的灾后环境，对非结构的地形环境具有良好的自适应能力，具备较好的越障能力。 （ 2）新技术和新材料的研发，矿井灾后 恶劣 的环境要求用 高强度、抗拉抗压、抗高温阻燃、不产生电火花 的材料。 （ 3）优良 的导航性能、信息采集能力仍是今后矿井救灾机器人导航技术的主要发展方向。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 23 （ 4）由于矿井中救灾机器人单一的传感器无法满足高精度定位需要，因此需要融合多个传感器测量信息，多传感器信息融合技术也就自然成为发展趋势。 （ 5）多机器人系统是矿井救灾机器人技术发展的主要方向。 （ 6）采用标准化、网络化、模块化技术。 机器人装备有通信系统，在与外界进行数据信息交换时，采用标准化接口技术，网络技术可使机器人更具备操控性，同时机器人通信系统的稳定性、可维护性、兼容性也更好。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 24 2 搜救机器人的总体结构方案设计 下复杂环境对搜救机器人的要求 井下环境和气候与地面不同，井下环境恶劣，特别是事故刚刚发生后的井下条件更为恶劣。搜救机器人需要满足井下工作环境的特殊要求，具备快速搜寻并且准确定位井下失踪人员的功能，还要有简单的急救功能。 (1)井下地形矿山井下地形复杂，环境恶劣。巷道路面多积水，有矿车铁轨、水沟、风管、线缆等障碍物；支巷道路面窄而不平，多有坡度；工作面处的路面坡 度大，有碎煤、支撑、滑道等障碍。灾害发生后，脱落的顶板、岩石、煤块等 形成新的障碍物。复杂的路况要求井下机器人要有较强的越障、避障能力和行驶功能恢复能力。 (2)井下气候灾害后，井下通风系统常受到破坏，使井下气候发生明显的变化，常见瓦斯和粉尘浓度增大，灾变区域的温度、湿度增加，风量减少。所以二次瓦斯爆炸的危险也常常是影响救护队员及时下井救护的一个主要因素。为了在高瓦斯下安全工作，搜救机器人需要进行矿用隔爆兼本安型设计；元件在井下温度变化范围内应能可靠地工作；为了防止煤尘和积水进入车体内部和运动副，厢体要进行密封、防水设计。 (3)光照与烟雾井下无自然光，机器人只有自带光源。事 故后，往往烟雾充斥巷道和工作面，能见度低，对照明产生一定影响。 (4)能源使用井下专用蓄电池供电。 因此，井下的特殊环境要求所设计的搜救机器人形体较小，购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 25 载荷较大，运动灵活，具有通过狭小空间、碎煤和岩石区的能力，能够实现较大弧度的转动，较强的越障、爬坡能力，以及防爆、防水、耐高温、视觉防尘等功能。 型移动机构方案分析 机器人在地面上移动的方式通常有三种：轮式、 腿式和 履带式。 另外还有步进移动式、蠕动式、混合移动式、蛇行移动式等。 轮式移动机构特点 轮式 移动 机构 在救灾机器人中是最为普通的运动方式，轮式机器人 移动 机构普遍具有结构简单、运动速度快、能源利用率高的、机动性好强的特点，同时具有自重轻、不损坏路面、作业循环时间短和工作效率高等优势。控制的角度看，编程简单并有较高的可靠性，每个轮子都可以独立驱动。与履带式移动机器人相比，当跨越不平坦地形时，轮式机器人有着固有的不足，限制了其运动能力，其稳定性和对环境的适应性完全依赖于环境本身的状况，对于进入复杂的环境完成既定任务存在严重的困难。 轮式移动机构按轮的数量可分为 2轮、 3轮、 4轮、 6轮、 8轮。该结构存在着一定的局限性， 只能在相对平坦、表面较硬的路面上行驶，如遇到软性地面 (如沼泽、草地、雪地、沙地等 )容易打滑、沉陷，但可根据具体地面环境采用一些预防措施来缓解该类情况的出现，如采用不同种类的款式轮胎以提高其越野能力，象沙漠车辆、山地车辆等，其各种结构 如图 2 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 26 图 2式移动装置示意图 式移动机构特点 腿足式移动机构分 2 腿、 4 腿、 6 腿、 8 腿 等形式。腿式移动机构优点有： （ 1）腿式机器人的地形适应能力强。腿式机器人运动轨迹由一系列离散点组成，崎岖地形可以给这些离散点提供支撑，使机器人平稳运动；而轮式和履带式机器人的运动是连续规迹，有些起伏较大的地形则不支持这种连续运动轨迹，进而限制了该类机器人活动范围。 （ 2）腿式机器人的腿部具有多个自由度，运动更具有灵活性，通过调节腿的长度可以控制机器人重心位置，因此不易翻倒，稳定性更高； （ 3）腿式机器人的身体与地面分离，这种机械结构优点在于机器人身体可以平稳地运动而不必考虑地面的租糙程度和腿的放位置， 8腿 移动机器人如图 2点是稳定性好，越野能力强。 腿式移动机构缺点有： （ 1）该类机器人的移动速度慢，机动性较差因此机器人的购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 27 负载不能太重； （ 2）腿式机器入对地面适应性和运动灵活性需要进一步提高； （ 3）腿式机器人控制系统较为复杂，控制方法还有待完善； （ 4）该机构未进入实用化阶段。 图 2轮式行走机器人 带式移动机构特点 履带式移动机构分为 2条履带 (履带可车体左右布置或者车体前后 布置 )、 3条履带、 4条履带， 6条履带， 履带式 移动 机构与地面较大的接触面积，因此在较大的区域内分布机器人的重量，较大的接触区域使机器人具有较好的驱动牵引力， 机动性能好、越野性能强，缺点是结构复杂、重量大、摩擦阻力大，机械效率低，在自身重量比较大的情况下会对路面产生一定的破坏。履带式移动机构比较轮式移动机构有以下几个特点： （ 1）撑面积大、接地比压小、滚动阻尼小、通过性比较好； （ 2）越野机动往能好，爬坡越沟等性能均优于轮式结构； （ 3）履带支撑面上有履齿不打滑，牵引附着性能好； （ 4）结构较复杂重量大，运动惯 性大，减震功能差，零件易损坏。 图 2动 机构的简图 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 28 图 2履带式移动装置示意图 履带式实际是一种自己为自己铺路的轮式车辆。它是将环状循环轨道履带卷绕在若干滚轮外，使车轮不直接与地面接触。履带式的的优点是着地面积比车轮式大，所以着地压强小；另外与路面黏着力强，能吸收较小的凸凹不平，适于松软不平的地面。因此，履带式广泛用在各类建筑机械及军用车辆上。 并且履带式结构是通过两条履带差速实现转弯。不但可以实现超小半径转弯，还可以实现原地转弯。灵活性极佳 。 履，腿式移动机构特点 履腿复合移动机构综合了履带式和腿式两种移动机构的优势，在地面适应性能、越障性能方面有良好表现。履带移动机构地面适应性能好，在复杂的野外环境中能通过各种崎岖路面，它的活动范围广，性能可靠，使用寿命长，轮式移动机构无法与其比拟，适合作为机器人的推进系统；传统履带移动机构往往是两条履带与车身相对固定，很大程度上限制了机器人地形适应能力(此时机器人履带高度和长度直接决定了机器人越障、跨沟等性能 )，为了解决该问题履式移动系统中引入了关节履带机构，两条购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 29 履带不再相对车体固定 而是能绕车身转动，这样能大大提高机器人的环境适应能力，但履、腿复合机构本身存在着一定的不足如结构复杂、运动控制困难等。 轮、履、腿式移动机构性能比较 车轮式，履带式、腿足式移动系统性能比较见表 2示。 表 2型移动机构的性能对比 本研究采用的行走方案 履带式机器人具有良好的越障能力和 地面适应性，已得到广泛的应用典型的履带式机器人可分为固定履带式机器人和摆臂履带式机器人摆臂履带式机器人根据摆臂的数量可分为四履带双摆臂机器人和六履带四摆臂机器人 . 本文提出来的便携式履带机器人移动系统采用的是履、腿 (轮 )复合结构，该结构最大优点在于在传统履带移动机构的基础上增加了转动关节，加强了机器人越障、爬坡性能并提高了环境适应能力。 机器人能根据地形条件的复杂程度，通过主动调节两侧履带移动方式 轮式 履带式 腿
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号