井下探测救援机器人平台结构设计（全套含CAD图纸）
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本科毕业设计开题报告 题 目： 井下探测救援机器人平台结构设计 院 （系）： 机械工程学院 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 教师职称： 讲师 题 目井下探测救援机器人平台结构设计来源生产实际1、 研究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。2、 国内外发展情况(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。3、 研究/设计的目标：设计目标： 1垂直越障高度为0.3m； 2最大爬坡角度不小于40；3最大进退速度不小于0.5m/s；4最大跨沟槽宽度400mm；5机器人平台和搭载装置总重不超过40kg。4、设计方案：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。1机器人移动平台的总体结构设计； 2移动平台驱动系统结构设计； 3回转平台的设计；4升降机构的设计；5移动平台运动与动力学分析。 移动平台是整个机器人实现各项任务的载体，在机器人总体结构设计时，要考虑到机器人的整体刚度与强度，考虑机器人的越障性能，要求机器人能够满足工作条件等多方面因素的制约，使机器人满足结构简单，可靠，小型化，轻量化的要求，并且1摆臂 2摆臂驱动电机 3摆臂电机 4同步带 5电池箱 6回转平台 7驱动电机8摆臂导向轮 9摆臂驱动轮 10支重轮 11驱动轮5、方案的可行性分析：井下探测救援机器人摆臂动作的实现，采用直流电机，齿轮空心轴传动机构来实现。机器人的转向通过左右驱动电机转速不同，传递给驱动轮使得两边轮速不一致从而实现转弯。6、该设计的创新之处在机器人的框架顶端设计一旋转平台和升降平台，可以根据具体工作的需要搭载不同的传感器装置。旋转平台可以360旋转，在周向可以使机器人选一个有利的角度进行工作，升降平台可以升起一段有效距离可以使机器人探测范围更加的广泛。在机器人框架前端设置导向轮，在机器人转弯时可以避免被岩石卡住。7、设计产品的主要用途和应用领域：煤矿井下救灾行动中深入危险区域进行环境参数采集，估计灾害性质，进行生命搜索，提供通信平台，日常安全检查中，对一些盲巷等危险区域进行测量。废弃矿山中瓦斯浓度、温度的参数的采集和监测。8、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 周总体方案设计第 9 周同步带行走机构设计第 10 周同步带行走机构设计第 11 周摆臂设计第 12 周摆臂设计第 13 周回转平台和升降平台设计第 14 周机器人总体结构尺寸及传动机构设计第 15 周绘制CAD图第 16 周整理说明书第 17 周准备答辩9、参考文献：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): 40-44指导教师意见教师签字：年 月 日开题答辩小组意见：组长签字： 成员签字：年 月 日毕业设计领导小组意见: 组长签字：年 月 日09/20 11:46 102机体齿飞面孔双卧多轴组合机床及CAD设计09/08 20:02 3kN微型装载机设计09/20 15:09 45T旋挖钻机变幅机构液压缸设计08/30 15:32 5吨卷扬机设计10/30 17:12 C620轴拨杆的工艺规程及钻2-16孔的钻床夹具设计09/21 13:39 CA6140车床拨叉零件的机械加工工艺规程及夹具设计83100308/30 15:37 CPU风扇后盖的注塑模具设计09/20 16:19 GDC956160工业对辊成型机设计08/30 15:45 LS型螺旋输送机的设计10/07 23:43 LS型螺旋输送机设计09/20 16:23 P-90B型耙斗式装载机设计09/08 20:17 PE10自行车无级变速器设计10/07 09:23 话机机座下壳模具的设计与制造09/08 20:20 T108吨自卸车拐轴的断裂原因分析及优化设计09/21 13:39 X-Y型数控铣床工作台的设计09/08 20:25 YD5141SYZ后压缩式垃圾车的上装箱体设计10/07 09:20 ZH1115W柴油机气缸体三面粗镗组合机床总体及左主轴箱设计09/21 15:34 ZXT-06型多臂机凸轮轴加 09/09 23:40 仪表外壳塑料模设计09/08 20:57 传动盖冲压工艺制定及冲孔模具设计09/08 21:00 传动系统测绘与分析设计10/07 23:46 保护罩模具结构设计09/20 15:30 保鲜膜机设计10/04 14:35 减速箱体数控加工工艺设计10/04 13:20 凿岩钎具钎尾的热处理工艺探索设计09/08 21:33 分离爪工艺规程和工艺装备设计10/30 15:26 制定左摆动杠杆的工工艺规程及钻12孔的夹具设计10/29 14:03 前盖板零件的工艺规程及钻8-M16深29孔的工装夹具设计10/07 08:44 加油机油枪手柄护套模具设计09/20 15:17 加热缸体注塑模设计10/07 09:17 动模底板零件的工艺规程及钻52孔的工装夹具设计10/08 20:23 包缝机机体钻孔组合机床总体及夹具设计09/21 15:19 升板机前后辅机的设计09/09 22:17 升降式止回阀的设计09/22 18:52 升降杆轴承座的夹具工艺规程及夹具设计09/09 16:41 升降杠杆轴承座零件的工艺规程及夹具设计08/30 15:59 半自动锁盖机的设计（包装机机械设计）08/30 15:57 半轴零件的机械加工工艺及夹具设计10/29 13:31 半轴零件钻6-14孔的工装夹具设计图纸09/26 13:53 单吊杆式镀板系统设计08/30 16:20 单级齿轮减速器模型优化设计08/30 16:24 单绳缠绕式提升机的设计09/09 23:08 卧式加工中心自动换刀机械手设计09/08 22:10 厚板扎机轴承系统设计09/18 20:56 叉杆零件的加工工艺规程及加工孔20的专用夹具设计08/30 19:32 双卧轴混凝土搅拌机机械部分设计09/09 22:33 双模轮胎硫化机机械手控制系统设计09/09 22:32 双辊驱动五辊冷轧机设计09/08 20:36 变位器工装设计-0.1t普通座式焊接变位机09/28 16:50 叠层式物体制造快速成型机机械系统设计09/08 22:41 可急回抽油机速度分析及机械系统设计09/08 22:42 可移动的墙设计及三维建模10/04 13:25 右出线轴钻2-8夹具设计10/04 13:23 右出线轴钻6-6夹具设计09/08 22:36 咖啡杯盖注塑模具设计10/07 08:33 咖啡粉枕式包装机总体设计及横封切断装置设计09/09 16:15 啤酒贴标机的设计（总体和后标部分的设计）10/29 13:58 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