井下探测救援机器人平台结构设计开题报告.doc

河南理工大学万方科技学院毕业设计（论文）开题报告 选题名称：井下探测救援机器人平台结构设计 专业班级：08机设四班 姓 名： 黄 磊 学 号：0828050004 指导老师：陈 西 平 日 期：2012-04-03河南理工大学万方科技学院本科毕业设计（论文）开题报告题目名称井下探测救援机器人平台结构设计学生姓名黄磊专业班级机设08-4班学号0828050004一、 选题的目的和意义：我国是世界上灾害、事故发生次数最多的国家之一，地震、火灾、塌方、以及各类人为事故，给人民生命财产安全造成极大的危害。灾害发生后，如何及时有效的发现被困幸存者并实施快速的救援是灾后应急救援的头等大事。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。煤矿也是最复杂、最危险的工作环境之一，在发生安全事故之后，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。血的事实告诉我们，没有高效的灾害生命搜索定位装备，没有实用的应急救助设备，在灾害发生之后，我们就无力营救我们被困的矿工，无法为我们的同胞提供应有的帮助。开展应急救灾搜索定位装备是当前函待解决的重大课题，它关系到我们的建设和谐社会主义的理念能否体现，它关系到我们的人权和我们的国际声誉。搜救机器人作为一种高效的搜索定位工具已经开始在灾害救助工作中崭露头角。像煤矿井下这类环境恶劣的情况下，正是搜救机器人的理想工作场合。二、 国内外研究综述：(1) 我国搜救机器人的现状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，沈阳自动化研究所、哈尔滨工业大学、国防科技大学、上海交通大学、广东富卫公司等机构都设计了自己的搜救机器人系统。2005年中科院沈阳自动化研究所与日本国际救援系统研究院联合成立的“中日救援与安全机器人技术研究中心“在沈阳揭牌成立，这标志着我国的搜救机器人研究进入了一个更加快速发展的时期。2006年6月22日，由中国矿业大学可靠性与救灾机器人研究所研制的国内首台煤矿搜救机器人(样机)在徐州诞生。这台煤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，能在煤矿灾害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。2006年11月8日，山东省科学院自动化研究所联合沈阳新松机器人有限公司申报的山东省2006年自主创新重大科技专项井下探险搜救机器人的研究正式通过审批。该项目将开展适合井下复杂路况和环境的探险搜救机器人的研究，攻克探险搜救机器人瓦斯等气体、环境参数、生命探测等以及防水、防爆和无线通讯等关键技术，建立完善的探险搜救机器人开发和试验环境，完成井下探险机器人和搜救机器人的研制和示范应用。(2) 国外搜救机器人的发展过程及现状目前美国及日本的灾害机器人研究机构已经开始大量参加实际灾害救援行动，通过与消防部门、灾害应急机构等部门的合作，不断积累实际救灾经验。从这些实际需要出发来修改和完善搜救机器人的设计，以提高机器人对实际灾害行动的适应能力。另外，为了促进国际间的灾害搜救机器人相互交流，国际机器人联合会每年举办一次搜救机器人大赛。RoboCupResuce作为RoboCup中的一个下属赛事，在2000年成为RoboCup的正式比赛项目，当前包括仿真组和实物机器人两种类型的比赛。这两种研究成果的集成将创造未来数字化的国际救援队。2003年澳大利亚SIMTARS煤矿研究人员与美国机器人辅助救援中心(CRASAR)合作，开发了一个煤矿灾害搜救机器人，并在澳大利亚昆士兰州的15米地下训练场进行了试验。这个机器人专门是为矿山灾害而研制。它的尺寸大小像一个蜂蜜罐子，它可以通过地面的钻孔进入煤矿井下然后爬过障碍物和泥浆，利用传感器搜寻被困矿工，探测有毒或者可燃性气体，还可以将地面供气供水软管拖到被困矿工身边，给他们新鲜的空气和水。种机器人在通过钻孔时像一条蛇一样将自己挤过岩石，一旦到达井下地面，它就会像一个小型坦克一样行动，搜寻被困矿工。CRASAR希望能够进一步为该机器人添加新型的医学传感器让救援义务人员能够通过观看、交谈、诊断的方式来了解被困矿工的健康状况。三、 毕业设计（论文）所用的主要技术与方法：移动机构作为救灾机器人的移动载体,必须具备以下特点:一定的移动速度和低能耗;良好的姿态稳定性和高运动精度;能够适应各种各样的地理环境,有一定的爬坡和越障能力。 现有的救灾机器人移动机构主要有:无肢运动(以蛇形机器人为主) 、轮式、腿式、轮腿式和履带式等。 蛇形机器人具有运动稳定性好、适应地形能力强和高的牵引力等特点,但多自由度的控制困难,运动速度低;轮式机器人具有结构简单、重量轻、轮式滚动摩擦阻力小和机械效率高等特点,但越过壕沟、台阶的能力差;腿式机器人具有适应地形能力强的特点,能越过大的壕沟和台阶,其缺点是速度慢;轮腿式机器人融合腿式机构的地形适应能力和轮式机构的高速高效性能,其缺点是结构相对复杂;履带式机器人地形适应能力强,动载荷小,设计紧凑,其缺点是重量大,能耗大。根据本题目的设计要求及技术特点，采用同步带双摆臂结构。1摆臂 2摆臂驱动电机 3摆臂驱动电机4同步带 5电池箱 6回转平台 7驱动电机机动平台总体方案简图机器人本体和摆臂都采用直流电机驱动，其原因有以下几点：1、直流电机控制起来相对较方便，容易实现机器人的移动、转动、调速等；2、电驱动的扭矩很好 3、电机驱动不会有大量的热量排出，而且噪声很小。综合考虑，机器人本体采用后轮驱动，通过齿轮传动将其动力传给前轮。四、 主要参考文献与资料获得情况：1 美丹尼斯.克拉克 迈克尔.欧文斯著.宗光华，张慧慧译.机器人设计 与控制.北京：科学出版社，20042 张光裕.工程机械底盘构造与设计.中国建筑工业出版社3 达太，马香峰.工业机器人应用.冶金工业出版社.20034 美R.西格沃特 I.R.诺巴克什著.李人厚译.自主移动机器人导论.西 安：西安交通大学出版社，2006.85 周建钊.底盘结构与原理.国防工业出版社6 白兴.机器人学.清华大学出版社.20027 白兴，张钟俊.机器人技术的发展机器人.1987, 3: 58-628 黄永志，陈卫东.两轮移动机器人运动控制系统的设计与实现.机器人.2004 (1): 40-448、时间进程设计进程实习或设计内容第 4 周在校完成实习报告、实习日记、开题报告第 5 周通过资料了解整个系统的构成第 6 周了解整个系统的各个机构及相关第 7 周研究方案并做出修改和调整第 8 周总体方案设计