六足清障机器人

1、“大学生创新创业训练计划”项目申请表（创新训练项目）项目名称：六足清障机器人负 责 人：贾智超 院系名称：机械工程学院 专业班级： 机电10-3 联系电话填表日期： 2012/9/2 辽宁工程技术大学校团委、教务处、科学技术处、学生处 制填表须知一、项目申请表要按照辽宁工程技术大学大学生创新性实验计划管理办法和辽宁工程技术大学大学生创新性实验计划实施方案的相关要求，逐项认真填写，填写内容必须实事求是，表达明确严谨。二、项目申请表填写内容应言简意赅，思路清晰，论证充分，用计算机输入打印。填写中如栏目篇幅不够，可自行加页。表格中正文字体应为小四号宋体，22磅行距，需签字部

2、分由相关人员以黑色钢笔或碳素笔签写。三、项目申请表由项目负责人填写，负责人所在单位领导审核，签署明确意见。院系评审汇总后统一上报学校大学生创新性实验计划办公室。四、本申请表一式两份，均用A4纸双面打印，于左侧竖订成册。五、填表过程中如有不明事宜，请与校大学生创新性实验计划办公室联系，电项 目 名 称六足清障机器人研究起止时间2012年 10月至 2013年 10月申请经费10000元负责人姓 名贾智超院系班级机电10-3上一学年加权成绩76学 号1007060307联系电-mail88938379团队成员姓 名学 号院系班级上一学年加权成绩

3、联系电话E-mail张品好1007060307机电10-27918841845739272367526向洪尘1107060124机电11-17818241893488843951999朱凯旋1107220129热能11-182182418912471763002540指导教师姓 名陈洪月院系机械学院职称/学位 讲师E-mailChinaren_1314 联系电项依据（项目背景及研究现状500字以内）一、项目背景最近几年我国经常发生自然灾害，比如山体塌方、泥石流、滑坡。自然灾害所带来的建筑物与建筑物的破坏，如房屋倒塌、桥梁断落、水坝开裂等事故。这些事故造成车辆被掩埋，道

4、路受阻，因此工作人员很难进入险地完成清障任务。即使到达场地也很难作业，而且很容易会发生人员二次伤亡。传统大型清障机械，如抓钩机，铲车都只能用来清扫比较平坦的路面，虽然效率高，但是由于体积大几乎无法进入受灾场地，行动不便，作业非常困难。而且会消耗大量的人力，物力，财力，这样给人们带来很大的不便。由于受灾地区需要及时的抢修和急救，时间紧迫，目前没有有效的机械能够高效的完成任务，因此我们设计了一种六足清障机器人，代替人工作业。二、研究现状现有的机械化清障装置比较庞大，存在着行走困难，工作效率低，得不到很好的清障效果，延误了救灾进程。我们设计的六足清障机器人采用六足行走，与传统的轮式、履带式机械相比越

5、障、攀爬的能力更强，采用对称抓手结构，能够完成单铲很难完成的任务，抓取搬运较大的石块和不规则障碍物，并且可遥控操作，即使机器人在很危险的环境工作也能保证工作人员的安全。项目内容、研究方法、创新点、预期成果（2000字以内）三、项目内容1结构原理的设计与研究（1）整体结构的设计研究 图1 六足清障机器人三维图（2）工作原理的设计与研究1）机器人由人工遥控操作控制，六足机器人通过两侧的足交替着地来行进和转弯，越障、攀爬到达目的地，六只行进足分别有六个各自工作的液压马达驱动，攀爬时船型脚足钩住坡面，提供前进动力进而向前越障，当达到指定排障位置时，控制轴盘360度旋转，确定伸缩臂的位置后控制臂的升降来

6、调整高度。最后让六足机器人打开对称抓手抓取石块或其他的障碍物开始排障工作。2）六足清障机器人电控系统采用PIC单片机，整个系统抗干扰能力强，可以深入危险恶劣的环境中工作，能够轻松的排障，同时人可以在安全的地方操作。2实现功能的设计与研究（1）由图2可知，越障机器人整体以车型体现，六只行进足分别有六个各自工作的液压马达驱动，越障过程中分两组交替提供前进动力。 图2 六足机器人整体剖析1脚足上端与车体轴连接部分2. 三级铰接曲臂 3.排障对称抓手4.船型行进足5.伸缩臂旋转轴盘（2）、足部行走结构及原理 图3为机器人实验过程中某时刻的运动图，下一时刻进行运动足的组交换,从而按照一定的运动规律前进。

7、三只足交替着地实现行走功能，两侧着地足反向用力车体两侧受相反方向摩擦力实现转向。 图3 机器人越障运动过程1.行进足2.传动轴装置3.机器人主体底盘4.机体与足的连接轴（3）图4是机器人行走的步态图，六足机器人行走时足分为两组交替行进，以一侧的前足后足和另一侧的中足作为一组，每一步都能组成一个三角的支撑结构，因此六足结构的稳定性强。图4 机器人行走步态图直线行走时的步态如图2所示。机器人开始向前运动时左侧的2号腿和右侧的4、6号腿抬起，准备向前摆动，另外3条腿1、3、5处于支撑状态，支撑机器人本体确保机器人的原有重心位置处于3条支撑腿所构成的三角形内，使机器人处于稳定状态不至于摔倒，见图2中a

8、；摆动腿2、4、6向前跨步，见图2中b，支撑腿1、3、5一面支撑机器人本体，一面在小型直流驱动电机和链条传动机构的作用下驱动机器人本体，使机器人机体向前运动一个半步长（约为机器人身长的三分之一），见图2中c；在机器人机体移动到位时，摆动腿2、4、6立即放下，呈支撑态。使机器人的重心位置处于2、4、6三条支撑腿所构成的三角形稳定区内，原来的支撑腿1、3、5已抬起并准备向前跨步，见图2中d。摆动腿1、3、5向前跨步，见图2中e，支撑腿2、4、6此时一面支撑机器人本体，一面驱动机器人机体使机器人机体向前运动一个步长，如此不断重复步态，如图2中f循环往复实现机器人不断向前运动。（4）伸缩臂旋转轴盘带动

9、曲臂能够360度转向，寻找目标位置。曲臂可以上下伸缩移动，将对称抓手送到石块或障碍物的位置，两侧均利用三个平行四边形机构来保证抓手在竖直方向的平衡，最后进行抓取物体执行所需任务。（5）外部动力方面可以是液压马达驱动，可以是柴油机驱动，也可以是电动机驱动，根据不同机器人类型而定，以确保整体的灵活性、安全性、可靠性。（6）控制系统方面，机器人采用的是PIC单片机，PIC单片机在户外抗干扰能力强，可以让整个系统稳定的工作，机器人清障达到更好的效果。四、研究方法 六足清障机器人的研究方法主要有：系统研究法、虚拟样机设计法、实物样机试验法，具体实现过程如下：（1）系统研究法 根据系统原则，考虑机械整体结

10、构，综合研究内部外部和各个子系统之间的相互关系，协调各子系统几间相互作用，使整个系统的功能表现为最佳状态；（2）虚拟样机设计法 根据初步设计方案及草图，利用三维设计软件Inventor进行各部分结构建模，在软件中进行预装配，三维模型建立完成后，对机械系统进行运动仿真，再根据运动仿真得到的数据，对机械系统进行有限元分析，准确的分析机构的结构强度及动态特性。最后对模型进行优化，预计机械在真实工况下的特征和影响。（3）实物样机试验法 根据相似理论，按照一定比例研制一小型样机。障碍物由小石块代替。整个机器人样机完全按照实际要求进行设计和加工，由于样机空间的限制，其操控在样机中用遥控手柄控制，进行实验，

11、通过样机实际排障工作，验证理论计算和分析的合理性。五、创新点：1、结构创新采用六足行走，与传统的轮式、履带式行走相比越障、攀爬的能力更强。采用对称抓手结构，效率更高，能够完成单铲很难完成的任务。2、功能创新可遥控操作，即使机器人在危险的环境工作也能够确保工作人员的安全。3、应用创新 通过实际工作和测试各种实验数据，证明该新型六足机器人排障效果明显，并且可以推广应用于受灾现场，及时帮助开展清障工作，具有很大的实际应用价值。六、预期成果序号 成果名称1 研究报告一份2 与相关企业合作，投入实际应用，解决实际问题3 实用新型专利一项 4 项目样机一个5 学术论文两篇项目进度安排1.实地考察了解201

12、2/9-2012/10 调查我国北方易发塌方事故地区，收集相关资料，了解现有清障机械的功能，获得相关设计的数据资料；2012/10-2012/12 进行实地考察，了解当地工人如何清障的相关信息，广泛收集第一手资料。2.整体功能分析2012/12-2013/1 对现有清障机械进行功能和结构分析，以提供设计所需的工作原理、机械结构设计的基本资料；3.方案可行性论证2013/2-2013/3 对“六足清障机器人”进行技术方案讨论，并对功能实现和结构设计，以及工艺技术和经济可行性进行论证；4.总体方案的设计与论证2013/3-2013/4 在若干技术方案中确定最佳施行方案，对选定方案进行相关论证，并绘

13、制和设计方案实现流程图；5.技术设计2013/4-2013/6 设计“六足清障机器人”的总装配图，并确定“六足清障机器人”各部分结构，进行三维建模，及相关运动学、力学分析；6.施工设计2013/7-2013/8 根据设计需要及实际需求购买原材料，进行加工制作“六足清障机器人”；7.调试试验2013/8-2013/9 对装配好的“六足清障机器人”进行调试试验。经费预算与用途经费使用详细项目金 额 (元)调研考察费1500资料费500原材料购置费2500加工制作费2500论文版面费200邮寄费100专利申请费1500试验调试费1200合计 10000 项目指导教师意见本项目具有很强的创新价值，经济价值。根据实际情况，