【一款能用于火灾救援的轮足式机器人整体系统方案概述1400字】

一款能用于火灾救援的轮足式机器人整体系统方案概述目录TOC\o"1-3"\h\u31970一款能用于火灾救援的轮足式机器人整体系统方案概述 1299231.1整体结构概述 148671.2单腿结构概述 2152091.3越障机构的设计 3本论文主要设计了一款能用于火灾救援的轮足式机器人，该机人主要用于火灾现场对被困人员或财物进行查找或定位的搜救机器人。其实质是将该机人作为移动平台搭载相关设备以此来实现该搜救机器人的功能，因此本设计主要对该机器人运动结构进行设计，要求该机器人拥有轮式机器人的快速移动和足式机器人的越障功能，并且在运动结构上提出了自己设计上的创新。1.1整体结构概述图1.1四足机器人腿布置方式本设计的搜救机器人为四足轮足式机器人，对于四足机器人，其腿排列组合方式共有四种，即全膝式、前膝后肘、前肘后膝和全肘式四种[21]，如上图1.1所示，该四足轮足式机器人的越障结构设计主要是仿照四足动物的爬行方式，因此本设计采取了前膝后肘的布置方式。主要结构由机身和四条轮腿组成，分别位于机身四角，左右对称，且在四条腿腿部末端装有脚轮，可以通过轮足切换机构实现足式与轮式运动方式的自由切换[22-23]。其轮式运动方式如图1.2所示，其足式运动方式如图1.3所示。图1.2轮式运动方式图图1.3足式运动方式1.2单腿结构概述由于腿部机构是机器人移动机构的关键部分，不管是在平地上轮式移动，还是进行越障的足式移动都依赖于腿部的结构设计，设计的腿部机构应满足以下三个基本要求：①为保证机器人能灵活运动到预定位置，腿部机构的自由度应大于三个。②必须具备较强的刚性与承载能力，确保机器人能在负重状态下运动。③结构在满足运动性能的基础上设计的尽量简化。考虑到本设计轮足式机器人实际行走的情况，根据设计要求，腿部机构需具有４个自由度，分别为：大腿的前后移动、大腿的上下摆动、小腿的上下摆动以及脚轮的上下摆动。单腿分“髋部”、“大腿”、“膝部”、“小腿”“踝部”“脚轮”六部分，机身通过髋部与大腿连接，大腿通过膝部与小腿连接，小腿通过踝部与脚轮连接。其髋部含有两舵机控制大腿的前后移动和上下摆动，膝部含有一舵机控制小腿上下摆动，踝部为轮足运动切换机构，其内含有舵机能够控制轮足运动方式的切换，脚轮上装有直流电机控制脚轮的转动[24-28]，其大致结构如下图1.4和图1.5所示：图1.4轮式移动结够图1.5足式越障1.3越障机构的设计为了使该轮足式机器人能够顺利地跨越一定高度的障碍物，应该将轮足的结构设计成可以越障的结构。本设计为模仿四足爬行动物的步态设计的越障机构，自然界的四足生物由走到跑变换步态以提高速度时，最常使用的中等移动速度步态是对角小跑步态。这是因为当对角线上的两条腿处于支撑状态时，这条支撑线正好处于身体的下方，所以对角小跑步态是一种比较稳定的动态移动方式。因此在设计四足仿生机器人在足式运动时拟采用对角小跑步态，斜对角线的两条腿分别成对动作，如图1.6所示：图1.6轮足机器人越障步态该机器人各关节的运动由舵机提供动力，髋关节的舵机控制大腿的前后和上下移动，膝部的舵机控制小腿的上下移动，以此来实现该机器人的越障运动，并且四足的布置方式为前膝后肘式，提高了机器人越障时的稳定性和抗倾覆性。其越障示意图如下图1.7所示图2.7越障示意图该机构要越过20cm以内的阶梯，假设其大腿长度为L1，小腿长队为L2，为保证其结构能越过20cm以内的阶梯，则L1+L2>20cm（1.1）考虑到该设计的机器人小腿末端装有轮足切换机构，因