【《某消防机器人结构的总体设计案例》2200字】

PAGE40某消防机器人结构的总体设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u19288某消防机器人结构的总体设计案例 14021.1引言 1156201.2消防机器人设计的基本要求 193421.3底盘驱动形式选择 1174181.4消防机器人行走装置的方案确定 275381.5消防机器人动力装置的方案确定 41.1引言消防机器人作为特种机械，作业环境严苛，地形不具有确定性，因此优先采用履带驱动，使用电力驱动，考虑到装具所面临工作环境的严苛，应着重加强材料的选取，重点注重耐高温与防水性能、耐腐蚀性能等方面。随着火灾现场的不确定性日益严重，我们需要为消防机器人配置更多的装备来提高其作业效率，包括但不限于：1、水枪灭火；2、风扇排烟；3、底盘越障；4、机械臂破拆；5、火灾现场环境采样。结合设计指标，本文将对履带消防机器人的全方位性能作出设计。1.2消防机器人设计的基本要求本次设计的消防机器人因适应火场恶劣条件，其环境、地形特点主要为：（1）环境炎热干燥：火场多为高温干燥，且消防作业时会产生大量水滴及水蒸气。（2）地形复杂：由于建筑物爆炸倒塌所产生的废墟残骸对消防机器人行动造成了诸多不便。为此，针对火场的环境、地形特点，消防机器人应该具备在气温炎热，地形复杂的火场保持稳定且高效的运行，为方便维修还应具有结构较为简单，为适应复杂地形小型化，燃油经济性高，灭火效率高的特点。1.3底盘驱动形式选择目前市场上最常见的驱动方式主要分为轮式/履带式驱动形式轮式驱动尽管能在平坦路面上能进行高速移动，并且能量利用效率较高，但其对复杂地形无能为力，环境适用能力较差；相较于履带底盘，与地面接触面积较小，对地面压强较大，面对泥泞路面/未知复杂火场环境，轮式底盘的适应性很难与履带底盘相提并论。相较于轮式底盘，履带底盘与地面接触面积更大，对地面压强更小，适应地形能力强，运行较平稳，通过性能好，缺点是在高地落差较大的地形条件下运动较困难，但通过合理设计履带底盘接近角与四轮一带高度可以大幅度改善这类情况。并且结合消防机器人使用情况，其一般会由消防车携带至火灾现场，并不需要独立进行大范围公路机动，其自身的优点体现的并不明显。且火灾现场环境较复杂，燃烧导致坍塌的建筑物残骸极容易对消防机器人行动带来极大困难，而这正是轮式底盘最大的弊端。综上，消防机器人应选择履带底盘。1.4消防机器人行走装置的方案确定行走装置是消防机器人的支撑部分，承受着机器的自重及工作水枪喷射时的反力，同时能在复杂地面进行机动作战。结合消防机器人工作环境，其行走装置应满足以下要求：（1）应有较大的牵引力，使消防机器人具有良好的越障性能与爬坡能力。尽量做到原地转向的能力。（2）在重心较低，避免侧倾/倾覆的前提下，具有较高的离地间隙，使之拥有良好的通过能力。（3）消防机器人与地面接触面积应较大，使之对地面压强小。（4）消防机器人在斜坡下行时能防止失速和超速溜坡现象，使消防机器人工作安全可靠。（5）为应对狭小空间内作业的要求，消防机器人体积应尽可能小。（6）结构稳定，具备耐高温、防水等特点，适应恶劣条件。图2-1技术路线Fig.2-1Techniqueroute1.4.1悬挂装置分类【90】悬挂系统性能好坏与整车机动性能直接挂钩。其重要性同样不可忽视。目前，悬挂主要分为三大类。1、主动悬挂尽管主动悬挂性能较好，因主动悬挂零部件多、可靠性堪忧，且占用体积较大，控制系统复杂，生产研制较难。导致生产成本过高，故不适合应用，本文所设计的履带消防机器人不采用此种悬挂。2、被动悬挂被动悬挂按弹性元件主要分为扭杆悬挂、油气悬挂与混合悬挂等。（1）扭杆悬挂其零部件主要包含扭杆弹簧、减振器及平衡肘等，通过扭转吸收地面对车体的冲击能量．。优点：体积小、结构简单、工艺成熟、保护性较好。②缺点：在强冲击、大负载下工作，阻尼力不足，且受扭杆材料性能限制，悬挂动行程较小，导致其路面适应能力较差。（2）混合悬挂尽管混合悬挂性能优异且价格便宜，零部件较少、可靠性较高，但由于本文设计消防机器人尺寸较小，且仅采用3对支承轮，故不适合采用混合悬挂。（3）油气悬挂其零部件主要包含油气弹簧、导向机构及控制机构等，油气弹簧进行缓冲减振，提升车辆运行稳定性，同时相较于扭杆悬挂，油气悬挂去掉了减振器，结构简单，价格合适，可靠性高，适合在小型设备上进行应用。但在使用时一定要注意其密封性，保证其作业能力。综上，本文所研究的履带消防机器人使用油气悬挂。1.5消防机器人动力装置的方案确定1.5.1动力传动系统结构分类动力传动系统按照机械动力传动系统传递动力的结构差异，可主要分为单动力源集中驱动[10]，双动力源单独驱动[11]这两种常见的形式。1、单动力源集中驱动：动力来源只有一个部件，能量从动力电池到电动机，而后减速器，再到差速器，最后到行走机构。驱动装置主要将能量转化为机械能，该机械动力传动系统技术成熟，可移植性好，应用广泛，但是传动链长，传动零部件很多，动力元件会占据很大的空间，不利于整车零部件的布置，如图1.1所示：Fig1.1Diagramofsinglepowersourceindependentdrivestructure图1.1单动力源集中驱动结构示意图2双动力源独立驱动：动力主要来源为两个发动机，动力传递相互不干扰，能量流动方向从统一的能量储备来源，到各自的发动机，再到减速器、最后到行走机构。该驱动结构由于左右电机转速可单独控制、传动链短、效率高，使用在履带底盘上故驱动驱动策略灵活，如图1.2所示：Fig1.2Diagramofdualpowersourceindependentdrivestructure图1.2双动力源独立驱动结