3486 四連桿履帶式搜救機器人設計,連桿,履帶式,搜救,機器人,設計 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）開題報告題目名稱 四連桿履帶式搜救機器人學生姓名 錢龍飛 專業(yè)班級 08 機設 2 班 學號 0828070150一、 選題的目的和意義：目的：近年來，多發(fā)的自然災害（如地震、火災、洪水） 、人為的恐怖活動、武力沖突及各種生化病毒、有毒物質(zhì)、輻射等恐怖不斷威脅著人類的安全，使得人們普遍關注對各種災害的應急能力、災后的快速響應處理能力。在突發(fā)恐怖事件、自然災害及意外傷害發(fā)生后，巨大的災害往往造成大范圍的建筑物坍塌和人員傷亡，現(xiàn)場搜索與救援成為人不最為緊急的工作。然而現(xiàn)場多為坍塌環(huán)境，結構復雜、不穩(wěn)定，有些狹小空間救援人員和搜救犬根本無法進入，從而使搜救范圍限制在倒塌建筑物表面范圍。救援人員進入建筑物也將有巨大的風險，其體重和移動可能會引起建筑物進一步倒塌，造成對救援人員和幸存者的再次傷害。因此，救援隊員必須在結構工程師進行評估，并對不穩(wěn)定的倒塌結構進行支撐加固后才能進入，這個過程延誤了搜救受災者的時間。同時，由于搜尋空間條件惡劣，易導致救援隊員勞累，從而易對周圍建筑結構作出錯誤判斷，錯過沒有知覺受災者的概率上升，而且救援人員也存在重大的健康風險和安全風險，影響救援工作的快速展開。意義：將機器人技術、營救行動技術、災害學等多學科知識有機融合，研制與開發(fā)用于搜救與營救的救援機器人，將有效地提高救援的效率和減少救援人員的傷亡。四連桿變形履帶式搜救機器人是指用于公安、武警在災后非結構環(huán)境下執(zhí)行搜索與救援任務的特種機器人。機器人在搜索與救援過程中明顯具有以下幾個方面的優(yōu)勢。（1）在發(fā)生倒塌后，機器人可以立即展開對幸存者的搜索，進入結構不穩(wěn)定的建筑物，降低救援隊員的風險，為搜救工作節(jié)約時間。（2）可以進入狹窄空間，擴展搜救專家的工作范圍。建筑物倒塌會形成各種各樣的空間，這些空間可能就會有幸存者，但搜救人員難以進入，而機器人卻可以一展身手。（3）可以攜帶多種傳感器，探測幸存者空間狀況，在機器人軟件的幫助下對搜索區(qū)域?qū)嵭型暾娜S搜索，繪制結構圖，提升工作效率和可靠性。搜救機器人可以攜帶溫度探測器、一氧化碳探測器、爆炸界限探測器、氧氣、PH 探測器、輻射探測器和殺傷性武器探測器，從而測定空氣讀數(shù)，探測有害物質(zhì)，分析后向救援人員提出警告。圖為機器人給幸存者測量脈搏的示意圖。2二、 國內(nèi)外研究綜述：近十年來,尤其是“911”事件之后,美國、日本等西方發(fā)達國家在地震、火災等救機器人的研究方面做了大量的工作,研究出了各種可用于災難現(xiàn)場救援的機器人。以牽引和運動方式的不同搜救機器人主要可分為以下幾類:2. 1 履帶式搜救機器人履帶式機器人是為了滿足軍事偵察、拆除危險物等作業(yè)的需要,在傳統(tǒng)的輪式移動機器人的基礎上發(fā)展起來的。圖1圖1 給出了目前國際上幾家著名機器人公司的典型產(chǎn)品,他們主要是為了滿足軍事需要而開發(fā)的,體積普遍偏大,不太適合在倒塌的建筑物廢墟中狹小空間內(nèi)搜尋幸存者。2. 2 可變形(多態(tài)) 搜救機器人為了能進入狹小空間展開搜救工作,要求機器人的體積要盡可能小,但體積小了搜索視野就會受到限制,為了解決這一矛盾,近年來在傳統(tǒng)牽引式搜救機器人平臺基礎上,研制出了形態(tài)可變的履帶式多態(tài)搜救機器人。三、 畢業(yè)設計（論文）所用的主要技術與方法：四連桿變形履帶式機器人結構布局, 主要由機架和兩個對稱分布的履帶變形模塊組成。位于機器人中部的機架作為移動平臺可裝載直流電源及與控制相關的各種設備, 用于完成各種特定的任務, 在機器人運動過程中一般保持水平。機架兩側是基于平行四邊形結構的履帶變形模塊, 主要由四連桿變形機構、主驅(qū)動輪、被動輪及繞在履帶輪上的履帶組成, 其中四連桿變形機構由連桿、主動曲柄、被動曲柄組成, 用于提供驅(qū)動力, 并且可以繞機架旋轉(zhuǎn), 實現(xiàn)履帶變形, 在越障時給機器人提供額外的輔助運動。機器人共有3個自由度, 即一個平動自由度和兩個旋轉(zhuǎn)自由度。安裝在機器人兩個主驅(qū)動輪內(nèi)的電機通過聯(lián)軸器傳動, 將主驅(qū)動輪的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)槁膸У钠揭七\動, 實現(xiàn)機器人的直線前進、后退和轉(zhuǎn)向。另外一個電機安裝在機架上, 通過鏈傳動驅(qū)動左右兩側履帶變形模塊中的主動曲柄繞位于機架前方的軸轉(zhuǎn)動, 從而實現(xiàn)四連桿機構的變形, 最終使繞在其四周的履帶構形發(fā)生變化。該結構的特點在于巧妙地利用四連桿機構實現(xiàn)了機器人的行進與履帶的變形, 使機器人具備良好的越障性能和地面適應性。方法：31．在圖書館借閱相關書籍2．在學校數(shù)據(jù)庫查找相關資料3．通過老師的指導4．通過瀏覽因特網(wǎng)上的相關資料5．對相關資料和數(shù)據(jù)進行理論計算和分析6. 設計參考有關設計樣板，完善設計方法，進一步完善設計結果7 通過與同學探討得出有關結論8 自己總結資料得出結論四、 主要參考文獻與資料獲得情況：[ 1 ]汪增福,關勝曉,曹洋.一種主動適形越障機器人的設計與特性分析[ J] . 計算機仿真, 2007, 24( 4 ) :[ 2 ] 馮虎田, 歐屹, 高曉燕. 小型地面移動機器人特殊運行姿態(tài)動力學建模及分析[ J] . 南京理工大學學報. 2006, 30 ( 4) [ 3 ] 蔡自興. 機器人學[M ] . 北京:清華大學出版社, 2000.[ 4 ] 孫恒,陳作模. 機械原理[M ] . 北京:高等教育出版社, 2000.五、 畢業(yè)設計（論文）進度安排（按周說明）第 5～7 周 畢業(yè)實習，完成實習報告，收集資料，完成開題報告。第 8～10 周 總體方案設計，初步完成設計計算，外文翻譯。第 11～13 周 完成總裝圖和零件圖的繪制和設計說明書。第 14～15 周 修改和完善，準備畢業(yè)答辯。六、 指導教師審批意見：指導教師： （簽名）年 月 日 4