移地铁火灾救援车载机械臂结构设计
35页 14000字数+论文说明书+25张CAD图纸【详情如下】
丝杠固定架.dwg
丝杠轴承架.dwg
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大臂固定架等5张.dwg
大臂板架.dwg
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小臂装配图.dwg
底盘.dwg
底盘装配图.dwg
手臂装配图.dwg
电机固定架.dwg
移地铁火灾救援车载机械臂结构设计论文.doc
轮组等6张.dwg
摘 要
本次设计的是一款履带式消防机器人基础级载体，设计内容包括设计行走底盘和四自由度手臂以及对机器人的局部受力情况作了具体的分析。试制整体机器人结构。在设计试制过程中，不断的观察分析其他机器人的结构，吸取前人经验，进行方案比较选定。并深入工厂加工一线进行学习，了结加工制造技术，避免走上只停留书面设计而脱离实际制造的弯路。
本次毕业设计的重点在于机器人的试制研究工作，由于机器人整体的设计难度较大，材料和机构精度要求较高，本试制产品还不能作为成熟产品进行加制造，只能做为指导性样机以供参考。
关键字：机器人；履带底盘；机械臂；控制电路；
Abstract
What this design was a section of marching fire robot foundation level carrier, the design content walks the chassis including the design and the four degrees-of-freedom arms as well as has made the concrete analysis to robot's partial stress situation. Trial manufacturing overall robot structure. In the design trial manufacturing process, the unceasing observation analyzes other robot's structure, absorbs the predecessor to experience, carries on the plan quite to designate. And goes down to the factory to process one to carry on the study, brings to completion the processing technique of manufacture, avoids stepping onto only pauses the written design to be separated from the actual manufacture the tortuous path.
This graduation project's key point lies in robot's trial manufacturing research work, because the robot whole's design difficulty is big, the material and the organization accuracy requirement is high, this trial manufacturing product has not been able to take the mature product to carry on adds the manufacture, can only do for the guidance prototype supplies the reference.
Key words: Robot; Caterpillar band chassis; Mechanical arm; Control circuit;
目 录
第一章 绪论 1
1.1 项目概述 1
1.2 目的及意义 1
1.3 国内外发展概况 2
1.4 主要研究内容 4
第二章 方案比较与方案选择 5
2.1 行走机构方案比较 5
2.2手臂机构方案比较 7
2.3 消防机器人整体机构选定 9
第三章 整体机构设计 10
3.1 方案确定 10
3.1.1 确定传动方案 10
3.1.2 选择电动机 10
3.1.3 机体框架材料的选择 11
3.1.4 传动机构选定 12
3.1.5 电动机类型确定 12
3.2 大臂机构设计及电动机选择 13
3.3小臂机构设计机电动机选择 15
3.4手腕机构设计机电动机选择 18
3.5回转盘机构设计机电动机选择 18
3.6履带驱动轮机构设计机电动机选择 19
3.7部分校核 20
3.8 本章小结 22
第四章 控制电路及控制器设计 25
4.1控制电路设计 25
4.2 开关元件选用 26
4.3 控制器设计 26
4.4 本章小结 27
参考文献 29
致 谢 31
第一章 绪 论
1.1 项目概述
本文介绍的是一种移地铁火灾救援车载机械臂结构设计, 结构简单、制造方便、性能可靠、成本低廉。消防行走机构, 使机器人具有更出色的越障能力。两条履带均设置有正反转，且可无级调速，使机器人行走、转弯更加灵活。整机共七个自由度，可实现物体的夹持、搬运、码放。在消防领域，此机器人可在加装声像传输设备等辅助设备的情况下，完成火场侦察、勘测、救援、灭火等任务。此设计为实物制造设计，在加工能力有限的情况下，如何选选择更为合理可行的设计方案和加工方法来避开技术瓶颈，且相对提高精度成为匠心之处。论文在这方面具有一定意义。
1.2 目的及意义
本题目研制开发一种制造简单，使用方便的消防机器车载手臂。
常言道水火无情，这其中道出了水火对人类的威胁及人们对水火的无奈。提起火灾，人们会联想起一起起悲剧。据有关部门统计，仅1995年一年我国就发生火灾38000起，死亡2233人，受伤3770人，直接经济损失10.8亿多元。1997年发生火灾14万余起，死亡2722人，伤4930人，造成财产损失15.4亿元。多么触目惊心的数字啊！
近年来，我国石化等基础工业有了飞速的发展，在生产过程中的易燃易爆和剧毒化学制品急剧增长，由于设备和管理方面的原因，导致化学危险品和放射性物质泄漏、燃烧爆炸的事故增多。消防机器人作为特种消防设备可代替消防队员接近火场实施有效的灭火救援、化学检验和火场侦察。它的应用将提高消防部队扑灭特大恶性火灾的实战能力，对减少国家财产损失和灭火救援人员的伤亡将产生重要的作用。在深圳清水河火爆炸、南京金陵石化火灾、北京东方化工厂罐区火灾等事件发生后，国内消防部队要求研制、配备消防机器人的呼声越来越高。消防机器人的研制，对我国21世纪的消防装备的发展以及消防部队的技战术的拓展将产生重要的影响。
为了能够尽快地扑灭火灾，防止火灾的进一步蔓延，寻找火灾根源，采取近距离作战的灭火方法是提高灭火效能的最佳途径，但是，凶猛的火灾往往使勇敢的消防队员无法靠近。
在化学灾害的处置过程中，由于事故现场的情况十分复杂，泄漏物的毒性、腐蚀性、易燃易爆特性或放射性等物质会使消防队员处于更加危险的境地。
谁能够帮助我们可爱的消防队员把灭火、救人和消灭化学灾害事故的处置工作做得更好？谁能够代替他们去承受死亡的威胁？答案是：消防机器人。
消防机器人往往需要在高温、强热辐射、浓烟、地形复杂、障碍物多、化学腐蚀、易燃易爆等恶劣环境中进行火场侦察，化学危险品探测、灭火、冷却、洗消、破拆、救人、启闭阀门、搬移物品、堵漏等作业，因此，作为某种特定功能的消防机器人应该具备以下某项或几项行走和自卫功能：
a.登爬坡、登梯及障碍物跨越功能； b.耐高温和抗热辐射功能； c.防雨淋功能；d.防爆(隔爆)功能； e.防化学腐蚀功能； f.防电磁干扰功能； g.遥控功能等。
1.3 国内外发展概况
4.2 开关元件选用
电路中的主要负载部分及电源电动机已经确定，下面对开关、变阻器选用指示电路部分的发光二极管电阻进行选择。
开关、变阻器这类元器件都有外露的受控部分，必须考虑手动的合理性和开关自身的可安装性，由于在我们现有加工能力条件下钻圆孔最为容易实现。所以均选用螺纹紧定式元件。换向开关选用ds037-01d 三位两通按钮，总开关选用XN-19按钮，变阻器选用 SA-198旋钮式变阻器，发光二极管选用圆柱头发光二极管。
4.3 控制器设计
控制器设计上，为使整个控制过程更加自如方便可靠，更加人性化，所以采用了与整个机械机构同形式布局的方法，开关起停形式与机器人各机构运动方向相同，使得控制更加得心应手。
4.4 本章小结
在现代化的生产中，生产机械的自动化成都反映了工业生产发展的水平。现代化的生产设备与系统已不再是传统意义上的单纯的机械系统，而是机电一体化的综合系统，电气传动与控制系统已经成为现代生产机械的重要组成部分。机与电、传动与控制已经成为不可分割的整体。
所谓电气传动，是指以电动机为原动机驱动生产机械的系统的总称，它的目的是将电能转变为机械能，实现生产机械的启动、停止以及速度调节，完成各种生产工艺要求，保证生产过程的正常进行。
在现代工业中，为了实现生产过程自动化要求，机电传动不仅包括拖动生产机械的电动机，而且包含控制电动机的一整套控制系统，也就是说，现代机电传动是和由各种控制元件组成的自动控制系统紧密联系在一起的。
虽然在本次设计中最终选用了24V直流电动机，采用换向开关控制，但在试制过程中进行了使用单片机驱动步进电机实现智能控制的探索。进行了单片机控制电路的试制。虽未完全成功，但是获得了一定既定成果，拓展了知识面。为最终的设计和试制奠定了坚实基础。
直流电动机的控制虽然相对简单，但要求与总体设计效果相匹配。工作过程安全可靠。如果需要对控制系统加以自动化改进，可以在接头部分方便的加入智能模块。也可添加外挂型附属设备。
本次设计取得成功。
参考文献
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[16] 《机器人制作入门》美〕David Cook著 崔维娜 王巍 高玉苹 郑静 译 北京航空航天大学出版社
致 谢
论文完成之际，我要特别感谢我的指导老师的热情关怀和悉心指导。在我撰写论文的过程中，刘老师倾注了大量的心血和汗水，无论是在论文的选题、构思和资料的收集方面，还是在论文的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了刘老师悉心细致的教诲和无私的帮助，特别是他广博的学识、深厚的学术素养、严谨的治学精神和一丝不苟的工作作风使我终生受益，在此表示真诚地感谢和深深的谢意。
光阴似箭，大学已经即将走完四年，在毕业之前我们经历了大学最后一次严峻考验-毕业设计，大家都知道，我们大学学到的知识是实用的知识，而不是浮于理论浮于表面的知识，为的是在以后将大学所学的知识应用到实践工作当中去，最大限度地为将来的工作服务，但是由于我们大学学的知识大部分都是在课堂上完成的，加之整个体系的不重视，难免使我们疏于动手。我们的毕业设计是经历四年的专业知识系统学习后，经过沉淀，厚积薄发的过程，是理论联系实际的桥梁，毕业设计是我们掌握基本知识后在指导老师的指导下，进行专业性有代表性的工程设计，它主要培养了我们独立思考，将理论知识转化成实际操作的能力，并能培养我们不畏艰难勇于进取的精神，百折不挠的精神，展现了当代大学生的素质。
这次毕业设计我设计的是消防消防机器人，并进行实物制造。这个过程具备相当的难度。它主要涉及了机械原理、机械设计、机械制造、金属工艺学、电工技术、现代加工方法以及加工实践等方面知识。涵盖大学四年的所学知识，这不仅是对四年专业知识的温故而知新的过程，更是将所学知识根据具体情况在现实工作中的应用，将理论知识上升到实际的高度，而不是简单的纸上谈兵，全面考核了大学期间所学的专业知识及专业技能。通过本次设计,我学到了很多知识,在拟定方案,进行结构分析,结构设计尤其是解决实际加工问题方面都得到了极大锻炼,初步掌握了设计的基本方法和步骤 ，而且在工程技术人员所必须具备的基本技能方面也得到了训练，如计算、绘图、查阅设计资料和手册、熟悉国家标准和规范等，在编写有关技术文件方面也得到了进一步训练。毕业设计使我扩展了设计思路，提高了我的思维能力、创造能力，为我将来从事社会工作打下了良好的基础。
设计过程中虽然遇到了很多困难，但在指导教师刘增龙老师的指导下，经过不懈努力，终于克服了种种困难，圆满地完成了本次设计任务。
由于本次设计限于本人能力有限、缺乏经验以及加工能力限制，设计难免会有一些缺陷，尽管努力，误漏之处再所难免，希望各位老师，各位专家给以批评指正。最后，向在百忙中抽出时间对本文进行评审并提出宝贵意见的各位专家表示衷心地感谢！
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