人人文库网 > 图纸下载 > 毕业设计 > 救援机器人结构设计【6张CAD图纸+毕业论文+开题报告+外文翻译】

救援机器人结构设计说明书.doc

救援机器人结构设计【6张CAD图纸+毕业论文+开题报告+外文翻译】

资源目录

救援机器人结构设计【6张CAD图纸+毕业论文+开题报告+外文翻译】.rar

救援机器人结构设计说明书.doc---(点击预览)

救援机器人结构设计开题报告.doc---(点击预览)

外文翻译--当检验检测失败时基于恒基区间风险的一个多级层次时间延迟来预防维修检查模型英文版.pdf---(点击预览)

外文翻译--当检验检测失败时基于恒基区间风险的一个多级层次时间延迟来预防维修检查模型中文版.doc---(点击预览)

任务书.doc---(点击预览)

履带轮.dwg

支撑板.dwg

救援机器人结构CAD装配图.dwg

机身箱体.dwg

行走机构.dwg

输出轴.dwg

压缩包内文档预览：(预览前20页/共37页)

编号：677170 类型：共享资源大小：16.55MB 格式：RAR 上传时间：2016-06-26 上传人：信达机械Q****3512... IP属地：江苏

35
积分

版权申诉 word格式文档无特别注明外均可编辑修改；预览文档经过压缩，下载后原文更清晰！ 立即下载

关键词：: 救援机器人结构设计 cad图纸毕业论文开题报告救援机器人外文翻译

资源描述：

救援机器人结构设计

37页 9700字数+论文说明书+任务书+开题报告+外文翻译+6张CAD图纸【详情如下】

行走机构.gif

机身箱体.gif

救援机器人结构CAD装配图.gif

履带轮.gif

全部文件.png

输出轴.gif

支撑板.gif

任务书.doc

外文翻译--当检验检测失败时基于恒基区间风险的一个多级层次时间延迟来预防维修检查模型中文版.doc

外文翻译--当检验检测失败时基于恒基区间风险的一个多级层次时间延迟来预防维修检查模型英文版.pdf

履带轮.dwg

支撑板.dwg

救援机器人结构CAD装配图.dwg

救援机器人结构设计开题报告.doc

救援机器人结构设计说明书.doc

机身箱体.dwg

行走机构.dwg

输出轴.dwg

救援机器人结构设计

摘要：火灾的发生快速而迅猛，很多时候由于空气中残留大量易燃易爆气体，使得救援工作很难开展。全世界很关注救援机器人的发展，因为救援机器人体积灵活，可以持续工作，能够及时就出遇害人员。文中对救援机器人国内外的发展和研究作了详细介绍，强调了本文使用救援机器人的必要性。

本文通过对救援机器人国内外的发展趋势和具体应用，了解了救援机器人的好处。本文对救援机器人提出了总体的设计方案和自由度结构的设计，做出了详细的计算。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：救援机器人；结构设计；模块化分析；四关节机械手

Rescue Robot of Structure Design

Abstract :The complexity of the work of fire disaster rescue,some time because of residual danger air 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；modularization analize；four joint manipulator；

摘要 I

Abstract II

目录 III

1 绪论 1

1.1 课题研究意义 1

1.2 国内外救援机器人研究现状 1

1.3 救援机器人发展趋势 3

2 救援机器人总体方案的确定 4

2.1 传动系统设计 5

2.2 驱动方式 5

2.3 确定负载 5

2.4 运动速度 5

3 行走机构的设计 6

3.1 行走机构方案的讨论 6

3.1.1 行走机构结构设计 6

3.2 大小锥齿轮的设计和校核 11

3.3 输出轴的设计和校核 13

3.4 键的校核 19

3.5 双摆臂的设计 20

4 机身设计及大臂的设计 21

4.1 机身的设计 21

4.1.1 支撑架的设计 21

4.1.2 机座的设计 21

4.1.3 机身箱体材料的选择 21

4.1.4 机身的结构设计及制造工艺 21

4.2 大臂的设计 21

4.2.1 大臂的材料选择 22

4.2.2 大臂部结构设计 22

4.2.3 大臂电机及减速器选型 22

5 机械手小臂结构设计 24

5.1 手部的设计 24

5.2 腕部设计 24

5.3 手腕偏转驱动计算 25

5.4 轴分析及计算 28

5.5 轴承的寿命校核 29

5.6 轴的强度校核 30

总结与展望 31

参考文献 32

致谢 34

1 绪论

由于现在的环境恶化越来越严重，很多灾害不断发生，有些情况是我们无法控制的，因此广泛的使用救援机器人是必然的趋势[1]。因为在灾害发生之后，灾害现场的复杂性和危险性使得救援工作进行缓慢。据大量数据表明，如果在灾难发生后的48小时之内救不了那些幸存者，他们的死亡率就会急剧上升。而在危险又紧急的情况下，如果救援工作不能及时展开，这无疑是对遇害人员生命的威胁。这种情况下，使用救援机器人进行辅助营救就显的非常重要[2]。

1.1 课题研究意义

火灾的发生往往迅猛，消防员很难进入使得火情得到控制。救援工作受到空间限制、高温浓烟、危险物质的影响，使得遇害人员不能够及时的得到救助。火灾救援机器人应该小巧灵活，在救援过程中能够克服各种障碍，适应各种复杂环境。很快找到幸存者的位置并且可以避免消防人员进入救援现场受到事故二次发生的伤害[3-4]。火灾救援机器人还能克服高温，浓烟的环境，持而有序的长时间进行救援，所以研究火灾救援机器人在救援工作中有着重要的意义。

1.2 国内外救援机器人研究现状

机器人技术起初是为了进行军事战场的战情侦查和战场清扫等工作，在上个世界的八十年代以前，就有人已经提出将机器人用在救援上面。

自从发生了美国俄克拉荷马州的大楼爆炸案和日本神户—大阪的地震之后，救援机器人的应用得到了充分的肯定，各个国家也开始了对救援机器人的研究[5]。机械人技术的研究，在2001年美国9.11事件中得到了实践，美国机器人研究中心和相关的参研单位共同开发了救援机械人，其结构示意图如图1.1所示。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。但是在应用的同时也发现了视野狭窄、控制方式不好等缺点[6]。

总结与展望

本论文设计的救援机器人是为了能够适应火灾的救援环境，对狭小空间里的幸存者实施及时救援的机器人。

（1）通过对履带尺寸大小、轴的校核、锥齿轮的设计、摆臂的设计，设计了机器人的行走机构，可以使救援机器人具备克服爬楼障碍，灵活转向等功能；

（2）通过对机身的设计，将机械臂与行走机构紧密的连接起来，实现机械臂与行走机构的协调配合。

（3）机械手是救援机械机器人的主要执行部位，通过对机械大臂小臂的详细设计和计算，可以使大臂与机身连接起来，同时能够足够支撑起小臂，对手腕的运动进行设计，使手腕可以自由旋转，实现多方位的运动。通过合理的配合，实现对狭小空间幸存者的救援。

由于我对传感器技术、控制技术等学科的学习能力有限[19]，还有许多问题值得进一步讨论和更加深入的研究与展望：

a) 机械结构优化问题：根据前人经验设计，采用模块化设计，只是将具有不同功能结构的模块连接起来，很多零件比实际尺寸大很多。

b) 计算机的有限元的分析没有做。

c）机械臂自主控制系统的建立有待于进一步研究，以及它的运动控制技术，路径规划技术，实时视觉技术，定位和导航技术，多传感集成和数据融合技术，高性能计算技术，无线通信与因特网技术问题也是多个有待研究的方面。

机械手在未来生活中应用将会越来越广。通过对机械手机械臂系统设计，在整体系统的各各方面积累了比较丰富的设计经验，相信经过不断的发展和改进机械手将走向成熟和实用化。

参考文献

[1] Habib MK, Baudoin Y, Nagata F. Robotics for rescue and risky intervention[C].37th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society,2011: 3305-3310.

[2] Singer PW. Robots at war: the new battlefield[N].The Wilson Quarterly,2009.

[3] 贾广利,魏娟,马宏伟.一种六履带侦查机器人的运动分析及结构设计[J]. 机床与液压,2008,11:8-10,17.

[4] 赵润州,侍才洪,陈炜.美军战场救援机器人系统研究进展[J].军事医学,2013,37(4):318-320.

[5] 刘金国,王越超,李斌等.灾难救援机器人研究现状、关键性能及展望[J].机械工程学报,2006,42(12):1-12.

[6] 董晓坡,王绪本.救援机器人的发展及其在灾害救援中的应用[J].防灾减灾工程学报,2007,27(1):112-117.

[7] 刘庆运.破拆救援机器人关键技术[J].现代制造工程,2009,(7):149-153.

[8] 柴钰,贾晓劢,卫苏晶等.一种新型可变形智能救援机器人系统设计[J].测控技术,2014,33(5):77-81.

[9] 王楠,吴成东,王明辉等.可变形灾难救援机器人控制站系统的设计与实现[J].机器人,2011,33(2):202-207.

[10] 李智卿,马书根,李斌等.具有自适应能力轮-履复合变形移动机器人的开发[J].机械工程学报,2011,47(5):1-10.

[11] 黑沫.可变形履带机器人设计与运动分析[D].国防科学技术大学,2010.

[12] 李智卿.轮-履复合变形移动机器人的研究[D].中国科学院研究生院,2011.

[13] 朱学才.复合履带式机器人底盘运动与动力学研究[D].南京理工大学,2006.

[14] 李海泓.轮履变结构反恐机器人设计与研究[D].哈尔滨工业大学,2011.

[15] 刘又午.多体动力学的休斯敦方法及其发展[J].中国机械工程,2000,11(6):601-607.

[16] 王川伟.煤矿救援机器人虚拟样机设计[D].西安科技大学,2012.DOI:10.7666/d.d223807.

[17] 严天一,刘大维,陈焕明等.基于主动悬架系统车辆的道路友好性[J].机械工程学报,2007,43(2):163-167.

[18] 侍才洪,刘宗豪,康少华等.新型轮履复合式移动底盘设计与分析[J].制造业自动化,2014,(7):15-19.

[19] LI Yunwang, GE Shirong, ZHU Hua 等.Mobile platform of rocker-type coal mine rescue robot[J].矿业科学技术(英文版),2010,20(3):466-471.

内容简介：: 任务书填写要求 1毕业设计任务书由指导教师根据各课题的具体情况填写，经学生所在系的负责人审查、签字后生效。此任务书应在毕业设计开始前一周内填好并发给学生； 2 任务书内容必须用黑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，不得随便涂改或潦草书写，禁止打印在其它纸上后剪贴； 3 任务书内填写的内容，必须和学生毕业设计完成的情况相一致，若有变更，应当经过所在专业及系主管领导审批后方可重新填写； 4 任务书内有关“学院、系”、“专业”等名称的填写，应写中文全称，不能写数字代码。学生的“学号”要写全号（如 02011401不能只写最后 2 位或 1 位数字； 5 有关年月日等日期的填写，应当按照国标 7408 94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“ 2004 年 3 月 15 日”或“ 2004 毕业设计任务书 1毕业设计的任务和要求： 1）熟悉救援机器人的工作原理。 2）熟悉救援机器人的应用要求。 3) 完成救援机器人机构的设计。 2毕业设计的具体工作内容： 1）熟悉救援机器人的工作原理。 2）熟悉救援机器人的应用要求。 3）设计完成适用的救援机器人。 4）外文资料翻译。 5）撰写毕业设计说明书。毕业设计任务书 3对毕业设计成果的要求： 1）外文翻译资料一份 2）毕业设计说明书一份 3）图纸一套 4毕业设计工作进度计划：起迄日期工作内容 2016 年 2 月 29 日 3 月 29 日 3 月 30 日 5 月 25 日 5 月 26 日 6 月 5 日查找相关资料，完成开题报告熟悉与课题相关的软硬件环境完成有关项目的设计毕业设计说明书的撰写及参加毕业答辩。学生所在系审查意见：同意下发任务书系主任： 2016 年 2 月 29 日 1 当检验检测失败时，基于恒基区间风险的一个多级层次时间延迟来预防维修检查模型 G. B. . S. 7 995) 摘要：本文是用时间延迟的概念来描述模型是其中要素之一，它决定了对于一个随机恶化的多个子系统最佳的检测维修方法。子系统的恶化被认为是一个非递减的半马尔可夫过程，其中的状态是各个层次在宣布检查检测未解决故障失败的标志。重点被放在持续可得到的和减少的产量损失，恶化率和后续子系统的故障上。在这方面，检测被列为一种对于在每个检测区间内保持故障风险恒定的方法。两套数学模型和软件已经发展，得到的结论是采用两个最优的标准。这些结论是通过用仿真模型软件包进行仿真实验验证。 1997 年学有限公司 1绪论生产系统可以被看作是多态复杂的系统，随机恶化。从维护的观点来看其零部件，可分为五个特点不同的子系统。因此，独立的最佳限制主要维护的政策已经提出 1本文讨论随机恶化的子系统，其目前的状态是自公布和检验检测，待故障，过渡态，它的地位和过渡时期的标志。延迟时间的概念首先是由出的 6，视为一个两阶段的过程中失败的机制。故障启动子系统，并成为突发的时刻，当检测时可以进行识别。如果没有故障，故障子系统进一步推迟，为故障延迟时间。使用这个概念的研究已经开展 76， 11在两个等级的单一或便服组件 7，8， 18系统，为维护建模完善和不完善的检查间隔检查常量或变量 11，修理恢复系统，同时考虑到主观和客观的 7， 8， 18数据。它实际上似乎是不合理的，要考虑到其原始状态作为一个系统的重建维修 19和不断的检查间隔，可能没有一个恒定的失败的风险，导致不一致的可用性，也将导致生产率和高库存，劳动力和生产成本等的变化 5。因此，延迟时间的概念在这里延伸到多状态子系统的维修，失败风险的每次检查间隔恒是常数 20， 21。 2数学模型对一个子系统的恶化过程与半马尔可夫过程的状态空间状态的描述是依靠系统恶化的程度以及过程性质对转变的限制。子系统目前的状态是自我宣布，而检测则是检验宣布失败的标志。维护方法选择是一个伪控制限制方法，维修动作是由状态确定的，是一组没有修复动作的状态，其互补的集是一套的，这就要求一些更好的状态集的一个子系统的维修或更换。每当检验检测待下次检查前失败，条件预防性维护（间完成。改变目前的过渡态和过渡时间，但过渡的可能性降低到一个非功能状态。在数学上，这样的伪控制限制政策（其中既表示函数状态，又代表非函数状态）可以表示为：令子系统进入在参考状态，或导致时间的概率继承与制造故障，或者以后在使用中因概率引起的故障，从而造成其向任意高状态的转变，伴随着概率 P（ i,j） ,此时的过渡状态可能是功能性和非功能的联合概率密度函数的概率。联合概率密度函数（表了这些故障，此后的过渡进程 f(*)中将称之为继承故障（恶化的故障（在 T（ i， L）， T（ i， 2）， .，和 T（ i， N）时间点遍历于这一进程已经开始在状态 i（图 1）中给出，在这样的检测中，过渡状态 A(*)的预期风险之间的任何两个连续视察是连续的。检查点（恒基区间的风险）图 1：初始状态 j= 1， 2的过渡过程的联合概率密度函数图 2：继承故障延时时间的概率密度函数和预期过渡过渡子系统的概率，其预期的时间，在第 m 次检查间隔T(i,m),T(i,m+1)（图 2） ,存在下面一组条件，下文均称之为设置条件，（ 1）在时间，子系统已经进入状态 i，其中包含的遗传缺陷的概率（ 2）在一个小的时间间隔（ x,x+ x）内，该事件的概率为（ 3）该子系统将使下一个过渡状态转换到状态 j，分别为 5：且又且子系统的过渡概率和其预期的时间（图 3），在第 m 次检测的时间间隔，提供了下面的一组条件，此后将设置 2个条件（ 1）在时间，子系统已经进入状态 i,(2) 故障将在在第 T（ I， l）， T（ I， l +1）被测试，在一个小的时间间隔 y,y+ y），其概率为 g（ i,j,y） y，在一个小的时间间隔内，该事件的概率为（ 3）子系统将过渡到 j 状态，分别为：又其中，且图 3：预期故障过渡时间、启动时间、延迟时间和检查错误恶化故障时间概率密度函数因此，对于一个初始状态，预计总常基过渡区间的风险函数 A(m),不论第：把子系统的条件或状态看作具有多个参数的函数，其中一些参数可以直接测量，而另一些却不能，因此反映已经存在或启动的故障的参数，它能衡量故障存在的概率。因此，不完善的检测只反映了故障发生的概率，一旦进行故障检测，过渡状态的状态概率，其过渡时间误差为，因此，在第 m 次对过渡时间估测的错误的上限及下限的约束，是：又其中，且关于过渡时间的检验评估，有两种形式的错误：（ 1）检验的时候正在失效，但还没有完全失效（其中，率为，率为）（ 2）评定为正常，直到下一次检测，然后失效（率为，率为），这些概率可以作为初始状态 i 和过渡状态 j 的函数，在即将到来的检查期间的过渡概率，其宽度（ T(i,m),T（ i， m+1），故障间隔。由于政策决策的经济影响是错误性质的函数，因此，检验的次数及错误次数，过渡的概率和时间，政策决策的性质及其结果，检查的时间间隔进一步分为子间隔（图 2 和 3）。在这种情况下，当子系统在时间间隔，和，内包含继承性错误时，其概率和预期时间分别为，和，，，，，子系统的过渡时间及其概率，当子系统发生故障时，假设存在 2个条件：，和及，，，和 5。假设满足条件 1 和条件 2，在第 m 次检测时，概率和分别为：且，对于且；对于，且其中，且其中，且其中，，且其中，且；其中，且；其中， +1m= 假使花费为恒定的比率，单位的生产时间，由于子系统不可用状态 i，独立的过渡状态测费用通过分期付款，其中，第 v 次分期付款相当于，是的一部分。在时间进行付款，从检测开始的时间计起。因此，预期在检查时所支付的检查，加上罚款单步成本的净现值（：其中，且令费分期支付，第是的一部分，在时间即故障被检测出开始，有：其中，且最低维修率，其中，其时间花费为，通过分期付款，第 v 次的付款相当于，是总成本的一部分，这是从非功能状态过渡到预期的时间再加上通过检查时间。是：其中，且其中且如果子系统在 i 状态做出转变到任意非函数的状态，或者是函数状态，后，在保证时间之前 5：因此，单步的时间，预计总检查，最小利用生产，维修，加时，不论过渡状态和故障的性质，考虑到初始状态是状态预计累计检验成本的净现值，预计成本计成本减去子系统保修恢复之后，是：其中，这里目前的状态和自我的地位是确定的，而检查确定挂起失败的标志，和变未来过渡的过渡期和过渡时间不变的概率只有状态。因此，在作出第一次转变之前对生产有用的总的时间是 ; 其中，且因此，检验累计消耗的时间，及最少维修时间是 : 其中，且无论子系统进入任何状态，其状态将转变至另一更好状态 = 作为其方式。且又其中，且同时其中，且其中，且由于少过渡的概率没有任何非功能状态转变的过渡期和过渡状态的时间，从而有效的概率作为一个过渡状态的子系统任何非功能性和结果能状态和如下：又且其中，由于优化的标准可能是状态在该子功能系统修理或更换，检查的时间间隔的数量，控制状态，最佳的购买状态，最优控制状态月和最佳数量检查间隔是指那些结果在预期的最大可用性子系统，或最低成本率 /单位的周期：且其中，其中，，且，其中， 3结果及推论子系统被认为是常服，国家多组分子系统（或便服，状态常服维单组分子系统），恶化的过程是一个有限状态空间的半马尔可夫过程。这些状态在一个非重叠的同等数量的缺陷或恶化的累积水平方面，和过程的性质限制较高的状态发生转换。子系统目前的状态是自我宣布，在过渡状态，其状态和过渡时间，而检验检测挂起失败的标志。重点是放在一个子系统的持续可用性，在这方面的检查，在这样一种方式失败的风险，每次检查间隔是恒定的。为了验证数学模型的开发，并提供一个合理的准确的决策机程序工具，它表明在合理时间内的最佳决定，另一个写在。这些方案有一个内置的规定产生的所有可供选择的政策。主要使用历史数据预计，而个程序运行时计算最优决策的政策：（一）购买的理想状态，（二）在最佳控制状态，（三）每个州 E X 最佳检查进度和高（四）决策功能状态。一般的决策是：（ a）伊恩执行确定的时间表，并保持子系统的运行，直到它使得过渡到更高的境界，或检查，定期检查前过渡到一个非功能状态，（ b）执行条件的预防性维护时，检验检测下次检查前的过渡到一个非功能状态，（ c）执行最少的检查 J. 37, 6. 823.1997 1997 ll r-890 6)00026 N . B. . S. 7 995) in is of a a is to be a of is on of In is in a of is a of on by a 1997 1. be as a of be 1. a is of of A 6, as a A in a at y. be if is at If is h, 76, 11 in or 7, 8, 18 or as or 11, 7, 8, 18 It to as a of a to 19 a of in a 5. of is to of a in a of is 20, 21. 2. et of a be a = 1, 2 . ,L, by of of of to of is of 15 2 823 824 . S. is a (), is by . = 1, 2 . /3- 1 be a of no if =/3, /3+1 . L is of or of a to in is of to a a (k.) (k. kf or be I i = k k. m or m n- i, i e Ig i i im or m , (i) = i) (31) i i B) 4. 834 . S. o e m E E 0 2 3 4 5 6 7 n =2)n =2) 1 (n=3) n =3) he by n = 2, 13 = 4, 96 (, to 13 5. 0 0 .Q O 0 t,.,. Q. E _1 v 3 4 5 6 7 13 n = 3) n = 3) 11 V 6. of to A 35 A 1 U) 1 (9 . 1 (9 .Q t (9 E 1 2 3 4 5 ta()n 21 7. a (a ). An To of a is to be to in or as as by or 1 G. B. . S. of a a 19- 21 992, 2 G. B. . S. on - 3 6993, 3 G. B. . S. of a - in 4 G. B. . S. on 1 of 27991, 5 R. S., a (1995). 6 A. H. 1976 of 1976. 7 R. D. . H. of R of of J. 73, 4071994). 836 . S. 8 R. D. . J. 44(4), 361- 374 (1993). 9 R. D. . of in . , 2591992). 10 A. H. of J. 39(1), 711988). 11 A. H. of of . , 2191992). 12 A. H. . F. A in . , 971990). 13 A. H. . M. A of J. 38, 4731987). 14 A. H. . M. An to J. 35, 9671984). 15 A. H. . M. of J. 35, 4011984). 16 A. H. . M. J. 35(6), 4991984). 17 A. H. . A of a . , 2051995). 18 A. H. W. . D. of . , 671995). 19 H. . 1984). 20 A. G. . K. A 3,3731972). 21 D. J. to (1979). 开题报告填写要求 1开题报告作为毕业设计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，由学生在毕业设计工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在系审查后生效； 2开题报告内容必须用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）。文中应用参考文献处应标出文献序号，文后 “参考文献”的书写，应按照国标 714 87文后参考文献著录规则的要求书写，不能有随意性； 4 学生的“学号”要写全号（如 02011401不能只写最后 2 位或 1 位数字； 5. 有关年月日等日期的填写，应当按照国标 7408 94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“ 2016 年 3 月 15 日”或“ 2016 6. 指导教师意见和所在系意见用黑墨水笔工整书写，不得随便涂改或潦草书写。毕业设计开题报告 1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写 2000 字左右的文献综述：文献综述景与意义随着科技的发展和环境的日益恶化，灾害救援机器人的应用越来越广泛。由于人类居住环境的复杂多变，自然灾害、恐怖活动以及各种突发事故的频发，人类的安全一直受到威胁，同时也引起了人们对灾害预防和灾害处理工作的广泛关注。另一方面，虽然人们对于灾难的预防和反应能力已有所提高，但是因为应对灾难的救援工作不及时、不专业，从而间接地造成了不必要的伤亡。因此，如何将营救行动技术以及机器人技术等多学科的技术有机地融合在一起，去更好地解决灾难救援工作，是一个亟待解决的问题。近些年，随着机器人技术和相关辅助学科的发展，人们尝试将相关技术进行有机融合，研制和开发用于灾难搜寻与救援的救援机器人，这也是机器人学研究的一个拥有广阔前景的新领域。尤其是在“ 件之后，国际上很多国家开始关注对各类反恐、矿难救援、震后搜救等功能救援机器人的研制 1并将救援机器人的研究提高到了国家安全战略的层面。本设计的救援机器人主要是针对灾难后的救援机械进行设计，该机械人具有连续救援功能；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；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；灵活，可以进入那些人和搜救犬无法进入的危险地带 7 通过设计救援机器人，具有以下的意义：（ 1）经过查询文献，可以掌握国内救援机器人的发展历程和最新动态；（ 2）在人为不可控的灾难发生之后，救援机器人可以及时有效的开展营救工作，避免不必要的伤亡；（ 3）通过对救援机器人的结构设计，不仅可以初步了解机器人的设计流程，还可以将救援机器人不断优化和完善，最终不断提高和优化我国救援机器人的性能，从而使机器人更好的服务于人类。内外研究发展趋势外研究现状国外针对救援机器人的研究较早，技术也相对比较成熟，并且已经有了很多成功的研究成果，其中大部分已有的救援机器人可以用于灾难现场的侦测和搜救工作 11。主要典型的有以下几类：美国司研发的器人和器人（如图 1 2 所示）。它们体积较大，有很好的承载能力，并且由于履带式结构使得它们有较好的地面适应性，可以用于在废墟堆中作业。目前国内外很多侦测救援机器人都是履带式结构以及在此基础上的改进形式。图 1 器人图 2 器人日本东京消防厅研制的一种救援机器人（图 3），被设计用来在灾害现场尤其是在爆炸现场搜索确定受害者的位置并将受害者撤离危险区，其对于自然灾害救援也同样适用。图 3 器人爬行者（日本横滨警察署研发设计的一种救援机器人（图 4），能将灾害遇难人员转移到安全地带。该机器人内部空间舒适，承载极限为 250 作为“舱体”将伤员安置转移 12。图 4 爬行者（器人美国疗设备公司为美国军方研制的一种战场后送救援机器人。如图 5 所示。图 5 其改型内研究现状我们针对救援机器人技术研究起步较晚，但是在广发科研人员的努力下，救援机器人已经取得了相当大的成绩。典型的有哈尔滨工业大学、北京理工大学以及科研院所研究的救援机器人等 13 哈尔滨工业大学机器人研究所与唐山开诚电器有限公司于 2007 年研制了救援探测机器人。该机器人为三节履带机构形式，分为驱动部分、摆臂部分和摆腿部分。结构如图 6 所示。图 6 哈尔滨工业大学机器人清华大学、北京理工大学、中国矿业大学联合承担了国家 863 项目，共同研制了救援机器人，采用了六履带四摆臂的履带行走机构，可以有效攀爬台阶越障碍。如图 7所示。图 7 北京理工大学机器人展趋势来救援机器人研究的迅速进展，解决了一系列困扰救援机器人发展的问题，机器人由半自主向全自主方向发展 16。当前，救援机器人研究的热点是机器人运动控制、人机交互研究、环境感知与地图生成技术、传感与人体检测技术、信息标准等。（ 1）群体机器人研究目前，救援机器人研究正在从个体走向群体。在救援工作中，往往释放很多的机器人，以扩大搜索范围，提高工作效率，并且多个机器人协同作业，可以提高信息的可靠性和准确性 17。各个机器人之间相互交流可以解决诸如定位、全覆盖、翻越障碍等单个机器人难以处理的问题。群体机器人研究也是机器人技术中的 N 个共性技术，很多研究人员从人类社会以及其他动物的社会性、组织性等得到灵感，进行多机器人系统的研究。（ 2）全自主机器人研究无线控制方式和电缆控制方式，在复杂的救援环境中都有一定的局限性。理想的解决方案就是实现救援机器人自主路径规划、自主导航、自主搜索指定区域。目前的救援机器人系统多为半自主系统，机器人需要在人为的操纵下才能够完成复杂的运动任务。实现机器人行为的自主化，需要深入研究人工智能，重点解决自主导航、路径规划、自动绘制地图、自身定位、目标识别等技术难题 18。虽然目前救援机器人还没有完全实现全自主活动，但在未来的任何重大突破都将为救援机器人的发展带来划时代的影响。（ 3）任务多样化及传感检测技术目前救援机器人只能为救援人员提供一些侦查、监视、搜索等简单任务，还远不能满足人们对救援机器人的要求。单一传感器所能获得的信息非常有限，它所获得的是局部、片面的环境特征信息。将多种类型的传感器作为几个整体研究，可以提高系统的容量能力、完整描述环境的能力、提高测量精度和信息处理速度，降低信息获取成本 19。把信息融合技术与救援机器人技术结合起来就可以显著地提高机器人的智能化水平，完成更加复杂的任务。参考文献： 1K, , . 011: 33052W. at 009. 3贾广利 ,魏娟 ,马宏伟 J. 机床与液压 ,2008,11:87. 4赵润州 ,侍才洪 ,陈炜 J2013,37(4):3185王忠民 ,张朗 ,胡滨等 J2013,(10):1176刘建君 ,尚伟燕 ,叶川崎等 J2013,(15):1. 7刘金国 ,王越超 ,李斌等键性能及展望 J2006,42(12):18董晓坡 ,王绪本 J2007,27(1):1129刘庆运 J2009,(7):14910柴钰 ,贾晓劢 ,卫苏晶等 J2014,33(5):7711王楠 ,吴成东 ,王明辉等 J2011,33(2):20212李智卿 ,马书根 ,李斌等履复合变形移动机器人的开发 J2011,47(5):113黑沫 D2010. 14李智卿履复合变形移动机器人的研究 D2011. 15李海泓 D2011. 16朱学才 D2006. 17 刘又午 . 多体动力学的休斯敦方法及其发展 J. 中国机械工程 ,2000,11(6):60118 王川伟 . 煤矿救援机器人虚拟样机设计 D. 西安科技大学 ,19严天一 ,刘大维 ,陈焕明等 J2007,43(2):163 毕业设计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）：究或解决的问题本毕业设计拟解决的问题主要有以下几个方面：（ 1）从研究灾害救援中使用救援机器人的必要性入手，分析了救援机器人辅助救灾的优势、救援机器人的发展历程及其现状。（ 2）完成机器人的总体方案设计，该机器人主要含有行走机构、双臂驱动系统、机械手大臂和小臂的设计计算、机身的设计和校核计算。（ 3）完成机器人各部分的设计，主要包括有：行走机构的设计；双臂驱动系统的计算；机械手大臂手腕机构设计（包含电机和减速器）；小臂结构设计以及强度校核计算；机身的设计和校核计算。（ 4）在完成上述的结构设计后，绘制出救援机器人的装配图以及零件图设计。该救援机器人具备以下功能和优点：（ 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；可以深入危险地带进行搜救工作；（ 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；（）灵活，可以进入那些人和搜救犬无法进入的危险地带。采用的研究手段初步拟采用理论分析和结构设计相结合的研究方法。针对救援机器人主要采取以下方法：（ 1）总体方案是设计，主要通过查阅资料，主要采用借阅国外（国内）成熟的机构并进行改进优化；（ 2）行走机构的设计拟采用履带式机构进行设计；（ 3）双臂驱动系统的计算拟主要根据理论力学和材料力学的知识进行相关计算；（ 4）机械手大臂手腕机构设计部分采取传统的结构进行设计，这部分不做改进；（ 5）小臂结构设计采用外卡式两指钳爪机构进行设计；（ 6）机身的设计主要根据前面的结构尺寸进行综合设计，该部分的设计主要包括支撑架和机座的设计。作进度安排 2 月 29 日 3 月 29 日查找相关资料，完成开题报告 3 月 30 日 5 月 25 日熟悉与课题相关的软硬件环境完成有关项目的设计 5 月 26 日 6 月 5 日毕业设计说明书的撰写及参加毕业答辩毕业设计开题报告指导教师意见：王莉萱同学在查阅了大量的相关图书文献的基础上，完成了毕业设计救援机器人结构设计的开题报告，对课题有了较为深入的认识。本开题报告内容详实，对课题的开发目的、意义以及国内外发展概况做了详细地阐述，针对灾难后的救援机器人进行了方案设计，提出了较为详细的设计方法，对于要完成的设计任务较为明确，设计方案具有可行性。开题报告的格式规范，语句通畅，参考文献具有一定的参考性和借鉴性，较好地完成了课题前期的准备工作，工作量适中。同意开题。指导教师： 2016 年 3 月 20 日所在系审查意见：同意开题系主任： 2016 年 3 月 22 日 I 救援机器人结构设计摘要：火灾的发生快速而迅猛，很多时候由于空气中残留大量易燃易爆气体，使得救援工作很难开展。全世界很关注救援机器人的发展，因为救援机器人体积灵活，可以持续工作，能够及时就出遇害人员。文中对救援机器人国内外的发展和研究作了详细介绍，强调了本文使用救援机器人的必要性。本文通过对救援机器人国内外的发展趋势和具体应用，了解了救援机器人的好处。本文对救援机器人提出了总体的设计方案和自由度结构的设计，做出了详细的计算。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：救援机器人；结构设计；模块化分析；四关节机械手 of of of as in of s of of at of of of 录摘要 . I . 录 . 绪论 . 1 题研究意义 . 1 内外救援机器人研究现状 . 1 援机器人发展趋势 . 3 2 救援机器人总体方案的确定 . 4 动系统设计 . 5 动方式 . 5 定负载 . 5 动速度 . 5 3 行走机构的设计 . 6 走机构方案的讨论 . 6 走机构结构设计 . 6 小锥齿轮的设计和校核 . 11 出轴的设计和校核 . 13 的校核 . 19 摆臂的设计 . 20 4 机身设计及大臂的设计 . 21 身的设计 . 21 撑架的设计 . 21 座的设计 . 21 身箱体材料的选择 . 21 身的结构设计及制造工艺 . 21 臂的设计 . 21 臂的材料选择 . 22 大臂部结构设计 . 22 臂电机及减速器选型 . 22 5 机械手小臂结构设计 . 24 部的设计 . 24 部设计 . 24 腕偏转驱动计算 . 25 分析及计算 . 28 承的寿命校核 . 29 的强度校核 . 30 总结与展望 . 31 参考文献 . 32 致谢 . 错误 !未定义书签。 1 1 绪论由于现在的环境恶化越来越严重，很多灾害不断发生，有些情况是我们无法控制的，因此广泛的使用救援机器人是必然的趋势 1。因为在灾害发生之后，灾害现场的复杂性和危险性使得救援工作进行缓慢。据大量数据表明，如果在灾难发生后的 48 小时之内救不了那些幸存者，他们的死亡率就会急剧上升。而在危险又紧急的情况下，如果救援工作不能及时展开，这无疑是对遇害人员生命的威胁。这种情况下，使用救援机器人进行辅助营救就显的非常重要 2。课题研究意义火灾的发生往往迅猛，消防员很难进入使得火情得到控制。救援工作受到空间限制、高温浓烟、危险物质的影响，使得遇害人员不能够及时的得到救助。火灾救援机器人应该小巧灵活，在救援过程中能够克服各种障碍，适应各种复杂环境。很快找到幸存者的位置并且可以避免消防人员进入救援现场受到事故二次发生的伤害 3 火灾救援机器人还能克服高温，浓烟的环境，持而有序的长时间进行救援，所以研究火灾救援机器人在救援工作中有着重要的意义。国内外救援机器人研究现状机器人技术起初是为了进行军事战场的战情侦查和战场清扫等工作，在上个世界的八十年代以前，就有人已经提出将机器人用在救援上面。自从发生了美国俄克拉荷马州的大楼爆炸案和日本神户大阪的地震之后，救援机器人的应用得到了充分的肯定，各个国家也开始了对救援机器人的研究 5。机械人技术的研究，在 2001 年美国件中得到了实践，美国机器人研究中心和相关的参研单位共同开发了救援机械人，其结构示意图如图示。它们是司的统、统以及司的统和统，机器人在此次救援行动中取得了成功。但是在应用的同时也发现了视野狭窄、控制方式不好等缺点 6。 2 图援机器人系统在件中，机器人发挥了重要的作用，同时引发了对机器人研究的热潮，在广大科研人员和高校等相关单位的共同努力下，取得了大量的研究成果，无论是理论上还是实际应用上，都取得了突飞猛进的成果，研制出了各式各样用于侦查和搜救的救援机器人。主要典型的有履带式机器人、蛇形机器人、飞行机器人等几类 7 （ 1）履带式机器人履带式救援机器人是将履带套在车轮上，从而增大受力面积，使得机器人能够适应各种复杂地形。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，其结构示意图如图示。图带式机器人 3 （ 2）蛇形（蠕虫）机器人系统蛇形机器人主要结合仿生学的相关经验，它通过模仿自然界肢节动物，例如蛇的运动特点而设计。其结构如图示。图形机器人（ 3）飞行机器人飞行机器人由美国在 20 世纪 30 年代率先提出的，俗话说：站的高看的远。飞行机器人用于高空作业，视野更宽阔，观察范围更广 9。如图示。图行机器人救援机器人发展趋势来救援机器人研究的迅速进展，解决了一系列困扰救援机器人发展的问题，机器人由半自主向全自主方向发展。由于单个机器人的各种功能不完善，所以现在救援机器人正向群体发展 10。 4 2 救援机器人总体方案的确定救援机器人是为救援而采取先进科学技术研制的机器人，经查阅资料可知，主要运用的是系统工程学中具有的学科分支知识来解决问题 11。根据系统学分析，我们要将机器人的各个零件设计有序合理的组合在一起，使其功能能够更加完善 12。救援机器人通常包括驱动系统和控制系统组成。驱动系统，它包括作为动力源的驱动器，驱动单元，伺服驱动系统由各种传动零、部件组成的传动系统。控制系统，它主要包括具有运算、存储功能的电子控制装置（计算机或其他可编程编辑控制装置），人机接口装置（键盘、示教盒等），各种传感器的信息放大、传输和处理装置，传感器、离线编程、设备的输入 /输出通讯接口，内部和外部传感器以及其他通用或专用的外围设备。经过对救援机器人相关资料的查询和研读，本文结合任务书要求，设计了一种用于火灾后环境下的救援机械人。（ 1）首先该机器人采用履带式的行走机构，救援机器人在执行救援任务时，通过履带可以快速行走，并且具有可以爬坡、越沟等特点；（ 2）工业中机械手具有通用性和灵活性，可以完成材料的传送。这里也将运用机械手的设计来完成对幸存者的救援。（ 3）由于救援机器人工作的环境因素，机器人必须小巧灵活，拆卸方便，因此对机身的设计要承载大小臂所有的重量。救援机器人总体结构方案如图示。图援机器人的总体结构本文设计的救援机器人的工作原理：在火灾救援环境中，机器人可以长时间工作。行走机构在伺服电机、轴、驱动轮以及履带的联合作用力下，使得行走机构5 开始行走。在靠近幸存者的时候，通过传感器将信息传递给机身系统，从而命令机械手开始救援。机械臂整体机构安装在机身上，在轴与轴承的配合下，使大臂绕着垂直方向和绕基座孔做 360的旋转运动；在大臂运动过程中，通过轴与轴承的配合下，驱动小臂沿着水平方向做 360的旋转运动，从而实现小臂对目标的精确定位；在小臂接近目标位置之后，将动力传动至小臂的两指手指的上，两根手指通过合适的张开和闭合来抓取可疑物，开启阀门，清除障碍物，同时还可以支撑起压在使幸存者身上的重物，帮助幸存者脱离危险环境。传动系统设计机械手传动装置中应尽可能做到结构紧凑、重量轻、转动惯量和体积小，在传动链中要考虑采用消除间隙措施，以提高机械手的运动和位置控制精度。在机械手中常采用的机械传动机构有齿轮传动、滚珠丝杠传动、同步齿形带传动、链传动等，其中齿轮传动使用寿命长、效率高、传动比准确、工作可靠等优点，故本次设计选用齿轮传动。驱动方式由于伺服电机具有良好的控制性能，控制灵活性强，可实现速度、位置的精确控制，对环境没有影响，体积小，效率高，适用于运动控制要求严格的中、小型机械手等特点，故本次设计采用了伺服电机驱动。确定负载经查阅资料，目前我国的救援救援机器人负载能力的范围很大，最小的额定负载在 5N 以下，最大可达 9000N。负载大小的确定主要是考虑沿机械手各运动方向作用于机械接口处的力和扭矩。其中要包括机械手末端执行器的重量、夹持物体的重量，运动的速度等。初次估计本次设计属于小负载 15。运动速度机械手操作机手臂的各个动作的最大行程确定后，按照循环时间安排确定每个动作的时间，就能进一步确定各动作的运动速度，用 m/s 表示，各动作的时间分配要考虑多方面的因素。 6 3 行走机构的设计行走机构方案的讨论根据国内外的救援机器人的行走机构大致可分蠕动移动方式、履带移动方式、滚轮式移动方式等几种方式。其各有优缺点。以下分别介绍。（ 1）蠕动移动式的优点是适应微小管径。缺点是控制复杂且移动速度慢。（ 2）履带移动式的优点是适应性强，越障力好。缺点是转弯半径大，要保持履带的张紧，结构复杂。（ 3）滚轮移动式优点是运动速度快。缺点是在只适应于平坦道路，复杂路面下容易打滑，不易行走。通过对上述的几种行走机构方式进行讨论，结合火灾后救援机器人的使用环境的特殊性，本文最后选取为履带式行走机构。如图示。图带式行走机构简图走机构结构设计（ 1）履带的外形尺寸首先，确定履带的宽度。由于救援机器人要进入到成人无法进入的狭小空间里，所以履带的宽度较小，那么它的工作所提供的驱动力就会减小；而其宽度太大时，所受到的阻力就会很大。通过作图的方法，取履带的宽度15 其次，确定履带的长度。履带的长度越长其转弯的灵活性就会受到影响。所以，履带的长度不能太长。所以其长度 L 为： L=588 （ 2）确定行走机构的结构由于外形尺寸的限制，电机内置在履带组中，同时采用锥齿轮来换向，最后驱7 动履带轮。其结构图如下图所示： 1 轴 01， 2 电机， 3 小锥齿轮， 4 驱动带轮， 5 轴 02 6 直齿轮 01， 7 直齿轮 02， 8 轴 03， 9 大锥齿轮， 10 从动带轮图走机构结构示意图（ 3）确定行走机构中的履带轮和同步带采用同步带的结构来设计履带。以下是同步带传动的优点：适用于两轴中心距较大传动，承载能力较大。带具有良好的弹性，可以缓冲、吸振，传动平稳，噪声小。结构简单，制造和维护较为方便，价格低廉。（ 1）首先，确定同步带的主要参数：齿形：梯形齿距制式：模数制节距： 2）设计带轮：初选带轮的齿数： 17z ；选择切削带轮齿形的刀具类型切出直线齿廓的特别刀具；节距 : 节圆直径 : 19177 ；模数： 7m ；齿侧间隙： 1 名义径向间隙：； 8 径向间隙： 3 ；外圆直径： 212020 ；外圆齿距： 00( ) / 3 . 1 4 1 1 6 . 5 1 7 2 1 . 5 2 9p d z m m ；外圆齿槽宽： 0 1 0 . 0 6 1 1 1 . 0 6mb s c m m ；齿槽角： 4022 齿槽深：；齿槽底宽：；齿根圆角半径：；；（ 3）设计履带：由于采用同步带的结构来设计履带，同时履带用于特殊的工作环境，所以不能完全采用同步带的参数，根据具体的结构尺寸设计履带。节距：齿形角： 402 ；齿根厚：齿高： 2.4 带高： 7.7 齿顶厚： 7 节顶距：带宽： 115sb ；确定大小锥齿轮参数整个行走装置里，锥齿轮的主要作用递动力。同时考虑到其完全在行走装置内部，尺寸受到限制。根据以上的因素，设计大小锥齿轮的具体参数。根据总体结构设计图，采用轴交角 90 。齿轮类型为：直齿锥齿轮、齿形制为 12369 1990,齿形角为 20、齿顶高系数 1*顶隙系数 * 。 9 大锥齿轮的次数 301 z;小锥齿轮的次数 232 z。大小锥齿轮的具体参数分别如下。大锥齿轮：法向模数： 5.2 齿数： 30z ；法向齿形角： 203 0 2 . 5 7 5d m z m m 分度圆锥角：211 2631522330co t a r r c齿顶圆直径： 4 1* 齿根圆直径：1* c o s)(2 =距： 5 i 222211 齿顶角： 51a r c t a na r c t a n * R a齿根角： )( a r c t a na r c t a n * R a顶圆锥角： 93355 根圆锥角： 254448 齿宽： 5 小锥齿轮：法向模数：；齿数： 23z ；法向齿形角： 20 分度圆直径： 2 3 2 . 5 5 7 . 5d m z m m 10 分度圆锥角：121 3428373023co t a r r c齿顶圆直径： 6 1* 齿根圆直径： o s)(2 1* 锥距： 5 i 222211 齿顶角： 51a r c t a na r c t a n * R a齿根角： )( a r c t a na r c t a n * R a顶圆锥角： 173041 根圆锥角： 334133 齿宽： 5 （ 5）确定直齿轮的参数在整个行走装置中，直齿轮的作用，主要是传递动力。出于对行走机构的结构和尺寸限制的考虑，才用两个完全相同的直齿轮，同时降低的成本。设定齿顶高系数 1*隙系数 c 。齿数 40z ，模数 5.2其具体参数如下：分度圆直径： 1 2 . 5 4 0 1 0 0d m z m m 齿顶高： * 1 2 . 5 2 . 5h m 齿根高： 47 1f ， a 41 3017 ， f 33 4133 ，全齿高： 6 2 fa 齿顶圆直径： 0 0211 齿根圆直径： 0211 齿厚： / 2 3 . 1 4 2 . 5 2 3 . 9 2 7 齿根宽： / 2 3 . 1 4 2 . 5 2 3 . 9 2 7 11 中心距： 100a d 顶隙： * 0 . 2 5 2 . 5 0 . 6 2 5c c m 大小锥齿轮的设计和校核选择齿轮的类型 ,精度等级 ,材料和齿数。选择直齿圆锥齿轮， 8级精度齿轮，软齿面。小齿轮的材料为 40制处理，硬度为 280齿轮的材料为 45 钢，调制处理初选小齿轮的齿数 211z ；大齿轮的齿数为 271 z 。按齿面接触疲劳强度设计计算 131 21 9 5 . 1t 根据轴承布置方式和载荷的冲击情况，取。查得小齿轮的接触疲劳极限为： li m 1 600H M p a 大齿轮的接触疲劳极限为： li m 2 550H M p a 计算接触疲劳许用应力： l i m 11 0 . 9 0 . 9 6 0 0 5 4 0 p a l i m 22 0 . 9 0 . 9 5 5 0 4 9 5 p a 12 5 4 0 4 9 5 5 1 7 . 522 p a 1 540H M 2H 495计算小齿轮的分度圆直径 t 23 211 其中； 12 5 0 9 5 5 0 3 6 . 按齿根弯曲疲劳强度设计计算： 132 2 213 . 2 1 计算当量齿数并查取齿形系数，两齿轮的分度圆锥角分别为： 12 227c o t c o t 5 2 0 7 2 5 21za r c a r 1 355237 当量齿数为： 1 1 1/ c o s 2 1 / c o s ( 3 7 5 2 3 5 ) 2 6 . 6 3 1 2 2 2/ c o s 2 7 / c o s ( 5 2 0 7 2 5 ) 4 3 . 9 0 4 查得： 124 . 5 8 ; 4 . 7 5F S F 由得：小齿轮的弯曲疲劳极限为： li m 1 280F M p a 计算弯曲疲劳许用应力： l i m 11 1 . 4 1 . 4 2 8 0 3 9 2 p a l i m 22 1 . 4 1 . 4 2 2 0 3 0 8 p a 1 1/ 4 . 5 8 / 3 9 2 0 . 0 1 1 6 8 ;F S 2 2/ 4 . 7 5 / 3 0 8 0 . 0 1 5 4 2 2 ;F S 大齿轮数值大，代入计算 1 6 3 83 0 223 221 1 锥距为： 221 分度圆直径为： 11 2 . 5 2 3 5 7 . 5d m z m m 13 22 2 . 5 3 0 7 5d m z m m 分度圆锥角为： 2 2 1a r c t a n ( / ) a r c t a n ( 3 0 / 2 3 ) 52 3126 ， 1 3 7 2 8 3 4 齿宽： 5 输出轴的设计和校核（ 1）按扭转强度条件，初步估计轴径： 300 其中 1100 A，查得 0 . 8 0 . 9 5 0 . 7 6 k w 1 6 1 7 /n r m 代入上面得值，计算可得： 0 1 8 3d m m 由于轴上有一键槽，所以： 0( 1 0 . 0 7 ) 1 9 . 7 7 4d d m m ，取轴的最小直径为：0 。（ 2）轴的结构简图如图示。图的结构示意图（ 3）按弯扭合成强度进行强度校核做出轴的计算简图如图示。 14 轴所受的载荷是从轴上零件传来的。根据结构尺寸，做出其受力简图如下图所示： 5 P 1 6 1 7 /n r m 0 1 8 3d m m d 0 图的受力图校核所需要的基本参数 20 48 62 计算齿轮的啮合力： A:直齿轮的齿轮啮合力 15 齿轮圆周力： t 齿轮径向力： t a n 6 8 5 . 9 t a n 2 0 2 4 9 . 6 4 7B r B t N B: 锥齿轮的齿轮啮合力齿轮圆周力： t 齿轮径向力： 1t a n o s 9 1 4 . 5 3 3 t a n 2 0 c o s 5 2 3 1 2 3 2 0 2 . 6 3 4C r C N 齿轮轴向力： 1t a n s i n 9 1 4 . 5 3 3 t a n 2 0 s i n 5 2 3 1 2 3 2 6 4 . 0 7 8C r C N 求水平面的支反力和做出弯矩图 : 其受力分析图如下图所示 : 对 A 点求矩： ()0 则有： 1 B t A B N H A D C t A CF l F l F ) ( ) B t A B N H A B B C C D C t A B B CF l F l l l F l C t A B B C B t A B B C C DF l l F lF l l l 9 1 4 . 5 3 3 ( 2 0 4 8 ) 6 8 5 . 9 2 02 0 4 8 6 2 = 对 B 点求矩： ()0 则有： 2 0 N H A D B t B D C t C DF l F l F () C t C D B t B C C B B C C DF l F l lF l l l 16 = 9 1 4 . 5 3 6 2 6 8 5 ( 4 8 6 2 )2 0 4 8 6 2 = 根据上面的计算结果，画出弯矩图，如图示。图矩图求垂直面内的支反力，并作出弯矩图受力分析如图图力示意图对 A 点求矩： ()0 则有：（其中2 1 0 B r A B C a C r A C N V A DF l M F l F C r A C C a B r A DF l M F lF l ()() C r A B B C C a B r A B C C DF l l M F ll l 6 4 . 0 7 8 7 52 0 2 . 6 3 4 ( 2 0 4 8 ) 2 4 9 . 6 4 7 2 02( 2 0 4 8 6 2 ) = 对 D 点求矩： ()0 则有： 2 0 N V A D B r B D C a C r C DF l F l M F 2 C a C r C D B r B l F lF l 2 6 4 . 0 7 8 7 5 2 0 2 . 6 3 4 6 2 2 4 9 . 6 4 7 ( 4 8 6 2 )2( 2 0 4 8 6 2 ) = 做出对应弯矩图求支反力 22A N H N F 22( 1 4 4 . 2 1 6 ) ( 3 8 . 4 2 3 ) = 2211D N H N F 2 3 8 3 1 4 9 6 3 1 2 5 22( 3 7 2 . 8 4 8 ) ( 8 . 5 9 0 ) 弯矩图如图示。 18 图矩图合成弯矩图 22( 2 8 8 4 . 3 2 ) ( 1 7 1 . 8 ) 22( 2 3 1 1 6 . 3 1 2 ) ( 1 1 3 9 8 . 9 3 6 )左 22( 2 3 1 1 6 . 3 1 2 ) ( 2 3 8 2 . 2 2 6 )左合成弯矩图如图示。图成弯矩图根据已知条件，做出扭矩图，如图示。图矩图 19 2 8 8 9 2 = 2 5 7 7 4 . 1 9 8 2 3 2 3 8 . 9 5 6 左校核危险截面综上所知， C 面为危险截面： 22左（ T ）(其中，由于扭转切应力为脉动循环变应力，， T=36100) 22( 2 3 2 3 8 . 9 5 6 ) 3 6 1 0 0 （ a W左 = 13 1 7 6 7 . 9 8 2 2 5 . 3 81 2 5 1 . 7 4 ，轴满足要求。键的校核强度校核要根据工作表面所受的挤压应力计算。在输出轴上的键其结构尺寸最小，受力较大。在这里就只校核该键，其余可以不予与校核。普通平键的强度条件： 32 1 0 其中 :T N m ； K l 头平键为： l L b d 由于键的材料为 45，同时其载荷性质为轻微冲击，查机械设计（ 6 20 1 0 0 1 2 0p M P a 所以，键满足要求。双摆臂的设计双摆臂的作用就是为了机器人在越障是起到支撑和辅助的功效，使机器人能够更好的适应崎岖的环境。摆臂的主体是一块钢板，能够支撑起前导轮，使之可以自由转动。安装在短轴上，通过螺母螺栓与翼板相连。同时可以支撑起车体，辅助车体越过障碍。例如爬楼梯，机器人借助摆臂的初始摆角，在履带机构的驱使下，使其主履带前段搭在台阶上，继续移动，驱动摆臂逆时针摆动，当重心超过台阶边缘时，旋转摆臂关节，机器人在自身重力的影响下，车体下移，顺利爬上台阶。如图示：图机器人爬楼梯分析图 21 4 机身设计及大臂的设计机身的设计主要包括支撑架的设计、机座的设计、机身箱体材料的选取以及机身的结构设计及制造工艺等几大类问题。撑架的设计支撑架主要承载大小臂上所有零件的重量，左端设计大臂平衡弹簧的固定连接孔，右端设计大臂驱动电机支撑架。考虑机身回转时的偏心力，合理设计支撑架与回转轴的连接，采用柱销式连接，两边用螺钉紧固。同时设计一个支撑圆盘加以固定，使其转动更加平衡。为了减轻自重，选用料。座的设计机座在中间轴对应的位置处加工一个轴承固定座，其他无特殊要求。机身系统的内部设计主要是对传动系统的各部件进行设计计算与校核。身箱体材料的选择因为灰口铸铁凝固是收缩量小，抗震性好。机身箱体可选用灰口铸铁造。能够提高机身自身的稳定性，并且经济实惠。身的结构设计及制造工艺由于整个箱体的结构尺寸由内部各零件配合情况决定，其形状较为复杂，故采用铸造的方法制造箱体，为了内部各零件的配合及方便安装，在顶部与右侧开盖。由于是卧式放置电机，考虑电机的质量，在左侧用托板托住电机。将电机的伸出轴用联轴器与锥齿轮轴连接，通过与输入轴的锥齿轮端啮合满足改变传动方向的要求。输入，中间，输出三根轴垂直放置并实现二级减速传动。由于齿轮悬置，需用圆螺母及止动垫圈定位与放松。底座出于稳定的考虑设计为圆形，可用沉头螺钉与行走机构连接。大臂的设计臂部部件是关节机械手的主要部件之一。它主要的作用是支撑手部，带动手部22 完成各种动作，灵活的将手部送到空间的任意一点。增减臂部自由度可以实现手

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。