排爆机器人毕业设计开题报告.doc

南 京 理 工 大 学毕业设计(论文)开题报告学 生 姓 名：叶楠学 号：0501500449专 业：机械工程及自动化设计(论文)题目：排爆机器人机械手设计指 导 教 师:冯虎田2009 年 03 月 25 日开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）；4有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 74082005数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2007年3月15日”或“2007-03-15”。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述一排爆机器人现状目前排爆机器人大都通过无线电缆或遥控进行远距离控制，机器人车上装有一台摄像机用来对爆炸物及周围情况进行观察，同时配有一个多自由度的机械手，用它的手爪抓起爆炸物放入防爆罐中，并把防爆物运走进行处理；车上还可将机械手换装成猎枪，用于击毁爆炸物的定时装置或引爆装置，或者进入歹徒控制的场所与其作战,大体上此类机器人体积都比较小，运动灵活，便于在各种环境下工作1。比较具有代表意义的有由ABP公司生产的“独眼龙”， Vanguard公司的MK II多功能小型排爆机器人2。排爆机器人在火场侦查，反恐反爆，军事事业，核设施的检查与维修等多种情况下都起了很大的作用，就连在2008年我国的奥运会上就有这些机器人的身影，如文献3中提到的我国IPAPTOR排爆机器人，其外形紧凑、坚固可靠，可在会场过道、飞机机舱中自如活动，在各种大型机器人无法进入的环境中执行任务。附加各种探测和执行部件，而且都可以迅速拆装，遥控距离300-500米。二排爆机器人的组成在文献4中提到基本上大部分排爆机器人有两个重要组成部分：机械手和移动平台（底盘），而参考5机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托特型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需要5个自由度，它是机械手设计的相关参数，自由度越多，机械手灵活性越大，通用性越广，但其结构也越复杂。三排爆机器人的建模、控制以及优化设计综合文献6、7，移动机械手有多种实现形式，就平台而论，主要分为全方位移动平台和差分驱动平台。其中差分平台由于机械结构的限制，不能沿差动轮系的轴向运动，由此产生的非完整约束给这种类型的系统带来很多问题，而全方位移动机械手由于采用全方位移动平台，从根本上解决了非完整约束所带来的困难。近年来，国外很多学者就全方位移动机械手的建模与控制做了大量工作。CAMPION等对这类机器人的运动学模型进行了分析和讨论，并对控制方法做了初步研究。TAN等就一个由XR4000全方位移动平台和PUMA560机械臂组成的移动机械手进行了深入研究，建立了笛卡尔空间一体化动力学模型，利用非线性负反馈对该模型进行了线性化和解，并设计了一种基于事件的协调控制方案，充分利用全方位移动机械手的运动冗余性，实现了力与位置的同时控制。HOLMBERG等设计了一种完整的全方位移动机械手，并导出了动力学模型，提出了一种鲁棒的控制方法。而8中有一种机械手系统可以分成移动平台和机械臂两个子系统，对两个子系统进行独立建模，并分别设计了控制器，把系统的动力学耦合和不确定性看作是外界干扰，在干扰有界的情况下实现系统的渐近稳定，缺陷是他们只考虑了平台移动的情况。因为模型的不同，控制方法也各异，在文献9中有总结到全方位移动机械手的控制，就模型而论，主要分为基于运动学模型的控制和基于动力学模型的控制，就控制策略而言，大体上又可分为两种类型：分散控制，亦即把移动平台和机械手看成两个子系统，分别建模与控制。集中控制，亦即把移动平台和机械手看出是一个整体，集中建模与控制。两种策略各有优劣，分散控制固然简单，但没有充分发挥移动平台和机械手同时协调运动的特点，集中控制的困难在于建模和控制计算的复杂性。正如文献10，由于排爆机械手在危险条件下工作，其运动稳定性是非常重要的，对于重载荷时，这类问题就跟突出了。影响移动机械手稳定性的因素很多，如关节的柔度、底盘与地面的摩擦等，因此有必要建立合理的移动稳定评价指标，以便对机器手的结构进行设计和运动状态进行控制，对于这些移动机械手，在底盘与机械手间存在动力耦合问题。如果假设底盘固定不动，则将导致末端执行器位置误差出现。空间机械手吸引了大量的研究，这些研究考虑了机械手与飞行器间的动态交互作用。同时在地球上工作的移动机械手也有属于自身的动力学特点和难点。首先，重力可以使移动机械手的底盘运动，因而，导致机械手末端执行器有较大的工作误差，这严重降低了机械手的性能，其重力甚至导致移动机械手倾翻。其次，地球上工作的移动机械手的悬架和轮胎的柔度可以导致机械手系统共振，这将使机械手失稳并严重降低其工作性能。另外文献11针对当前排爆作业未知非结构化环境的特点，提出了一种新的基于OpenGL的排爆机器人离线犏程系统。该系统拥有友好的人机界面，包括多视频区域、控制区域和仿真区域，在能够增强操作者感知和理解排爆现场状况的基础上，更通过建立机器人模型、环境模型和爆炸物模型，运用C空间方法和启发式搜索技术，开发了排爆农器人对爆炸物的半自主抓取功能，提高了操作安全性能和工作效率，降低了操作人员紧张程度，大幅度提高了排爆机器人的操作性能。 参考文献1 李波,陈慧宝,徐解民,程桂森. 侦察排爆移动机器人的现状及关键技术J. 机电一体化, 2004,(04)2 陈桂香. 国外最新搜排爆装备产品介绍J. 警察技术, 2007,(04)3 方向,高振儒,刘强,赵全军. 爆炸物的探查与排除技术J. 四川兵工学报, 2002,(04)4 刘强,张铁,李琳,林颖. 排爆机器人结构设计及其优化J. 机电工程技术, 2004,(03)5 陶俊.大型排爆机械手机械系统设计与操作算法研究D. 上海交通大学,20086 谭跃刚. 基于非完整约束的欠驱动机械手及其运动控制的研究D.武汉理工大学.20057 谭湘敏, 赵冬斌, 易建强, 徐冬. 全方位移动机械手运动控制J. 机械工程学报，2009，（01）8 段铁群,吴思羽. 套装机械手的机构简化分析A.2002年黑龙江省机械工程学会年会论文集 C.2002年9 贾卫平. Stanford机械手运动学及仿真模拟的研究D. 大连理工大学，200010 刘宇红, 张明路, 孟宪春, 刘淑英, 杨戈. 移动机械手的稳定性及补偿方法现状与发展趋势J. 机电产品开发与创新,2008,(03) 21卷-2期11 曾建军，杨汝清. 基于OpenGL的排爆机器人离线编程系统J.系统仿真学报，2007 19卷-23期12 蔡学熙. 现代机械设计方法实用手册M .化学工业出版社,2006,(5)13 莫海军,蒋梁中. 排爆机器人越障机理及对爆炸物的动态响应分析J.机械设计, 2007,(04)14 张鄂.机械设计要点与解析J.西安交通大学学报, 2006 ,(8)15 Defense Modeling and Simulation Office, HLA InterfaceSpecification, Version 1.3 S. 2 April 1998. 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：本课题从排爆机器人出发，了解排爆机器人工作机理，主要进行排爆机器人机械手整体方案设计。由于机械手是排爆机器人的主体，直接承担着完成各种作业的操作功能。对机械手总体设计时要注意：重量轻、惯量和尺寸小、耗电少、结构简单坚固并且操作灵活。进行具体的结构设计时，要选择合适的自由度配置方式。原则上，机械手臂的尺寸要短一些，以接近人的手臂为宜，这样便于操作，但基于排爆机器人作业的特殊性，机械手臂需要长一些，但要保证一定的操作灵活性，在设计过程中，可以考虑两方面的因素，以选定最佳的结构设计形式。在确定主动臂和从动臂长度时，若两者的长度不同，需要在控制系统中采用比例放大或缩小等方法来使两者终端上的运动速度和加速度差异减小，以免操作员产生错误，导致事故发生。在设计手抓时，主要考虑手抓的多样性和快速更换要求，如根据可疑物品的形状、结构特征，可以设计成钩爪型、铲包型、吸附型等。同时为了使机械手结构简单、灵活性较好，负载能力的设计就不能过大，排爆机械手的额定的负载一般在10-20KG左右。大体上的结构简图如下（与人的手臂接近）： 手抓从动臂主动臂 底盘 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告指导教师意见：1对“文献综述”的评语：该文献综述在查阅技术相关文献的基础上，对滚珠丝杠摩擦力检测技术的基础知识和目前发展现状进行了阐述，明确了本毕业设计的研究背景和研究目的；在此基础上，