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履帶式搜救機器人機械結構設計

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更新時間：2014-09-04
發布人： kongbei

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摘要
煤礦災害尤其是瓦斯煤塵爆炸事故發生后,礦井環境十分復雜,井下因災受傷人員面臨極其危險的狀況,需盡快地轉移與救護；而救援工作異常困難和危險,往往在救援工作中造成救護人員的傷亡。研發代替或部分代替救護人員及時、快速深入礦井災區進行環境探測和搜救工作的救災機器人具有極其重要的意義。
本論文研究工作的目的是設計結構新穎、具有獨創性的可攜帶、抗一定沖擊的履帶移動機器人，以能夠適應在惡劣環境和復雜路況下工作。通過在移動系統上加載不同的模塊，能夠實現搜救機器人不同的使用功能，本研究意義在于為后續設計的搜救機器人提供一個基礎的動力平臺，以便于能夠開發出更多使用功能的搜救機器人。
本研究所設計的搜救機器人移動方案是履帶式驅動結構。該方案采用模塊化設計，便于拆卸維修，可以分段自適應復雜路面，并可主動控制兩側翼板模塊的轉動來調節機器人姿態變化，輔助爬坡、越障和跨溝；機器人經過合理的結構布局和設計后具有良好的環境適應能力、機動能力并能抵抗一定高度的掉落沖擊。所設計的機器人移動機構主要由四部分組成：主動輪減速驅動機構、翼板轉動機構、自適應路面執行機構、履帶及履帶輪運動機構，本論文對上述各部分方案分別進行論證、結構設計計算、3D建模，并設計了搜救機器人虛擬樣機。

關鍵字：搜救機器人；復合移動機構；模塊化設計；

目錄
前言 1
1 緒論 3
1.1 課題研究背景及意義 3
1.1.1 課題研究背景 3
1.1.2 課題研究意義 3
1.2 國內外的研究概況 5
1.2.1 國外研究現狀 5
2.2國內研究現狀 10
1.2.3 發展趨勢 11
2 搜救機器人的總體結構方案設計 12
2.1 井下復雜環境對救災機器人的要求 12
2.2 典型移動機構方案論證分析 13
2.2.1 輪式移動機構特點 13
2.2.2 腿式移動機構特點 14
2.2.3 履帶式移動機構特點 15
2.2.4 履、腿式移動機構特點 16
2.2.5 輪、履、腿式移動機構性能比較 17
2.3 本研究采用的行走機構 17
2.4 救災機器人性能指標與設計 18
2.5 本章小結 19
3礦用搜救機器人運動參數設計計算 20
3.1機器人越障分析 20
3.1.1機器人跨越臺階 20
3.1.2跨越溝槽 21
3.2斜坡運動分析 22
3.3 本章小結 23
4機器人移動平臺機械設計 24
4.1驅動電機的選則 24
4.1.1基于平地的最大速度的電機功率計算 24
4.1.2爬坡最大坡度的驅動電機功率計算 25
4.2 本章小結 26
5 驅動輪減速器設計 27
5.1減速器方案分析 27
5.1.1減速器應滿足的要求 27
5.1.2 減速器方案分析 27
5.2 減速器的設計計算 29
5.2.1減速器的傳動方案分析 29
5.2.2配齒計算 29
5.2.3初步計算齒輪的主要參數 30
5.2.4裝配條件的計算 34
5.2.5高速級齒輪強度的驗算 35
5.2.6 軸的設計及校核 44
5.3 本章小結 46
6移動機構履帶及翼板部分設計 47
6.1履帶的選擇 47
6.1.1 確定帶的型號和節距 48
6.1.2確定主從動輪直徑 48
6.1.3確定節線長度和帶寬 49
6.2 翼板部分設計 51
6.3 本章小結 51
7機器人搖臂的設計 52
7.1 搖臂作用概述 52
7.2搖臂傳動減速器設計 53
7.3本章小結 55
8 總結與展望 56
致謝 58
參考文獻 59
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