四连杆履带式搜救机器人总体设计开题报告 钱

河南理工大学万方科技学院本科毕业设计（论文）开题报告题目名称四连杆履带式搜救机器人总体设计学生姓名钱龙飞专业班级08机设2班学号0828070150一、 选题的目的和意义：目的：近年来，多发的自然灾害（如地震、火灾、洪水）、人为的恐怖活动、武力冲突及各种生化病毒、有毒物质、辐射等恐怖不断威胁着人类的安全，使得人们普遍关注对各种灾害的应急能力、灾后的快速响应处理能力。在突发恐怖事件、自然灾害及意外伤害发生后，巨大的灾害往往造成大范围的建筑物坍塌和人员伤亡，现场搜索与救援成为人不最为紧急的工作。然而现场多为坍塌环境，结构复杂、不稳定，有些狭小空间救援人员和搜救犬根本无法进入，从而使搜救范围限制在倒塌建筑物表面范围。救援人员进入建筑物也将有巨大的风险，其体重和移动可能会引起建筑物进一步倒塌，造成对救援人员和幸存者的再次伤害。因此，救援队员必须在结构工程师进行评估，并对不稳定的倒塌结构进行支撑加固后才能进入，这个过程延误了搜救受灾者的时间。同时，由于搜寻空间条件恶劣，易导致救援队员劳累，从而易对周围建筑结构作出错误判断，错过没有知觉受灾者的概率上升，而且救援人员也存在重大的健康风险和安全风险，影响救援工作的快速展开。意义：将机器人技术、营救行动技术、灾害学等多学科知识有机融合，研制与开发用于搜救与营救的救援机器人，将有效地提高救援的效率和减少救援人员的伤亡。四连杆变形履带式搜救机器人是指用于公安、武警在灾后非结构环境下执行搜索与救援任务的特种机器人。机器人在搜索与救援过程中明显具有以下几个方面的优势。（1）在发生倒塌后，机器人可以立即展开对幸存者的搜索，进入结构不稳定的建筑物，降低救援队员的风险，为搜救工作节约时间。（2）可以进入狭窄空间，扩展搜救专家的工作范围。建筑物倒塌会形成各种各样的空间，这些空间可能就会有幸存者，但搜救人员难以进入，而机器人却可以一展身手。（3）可以携带多种传感器，探测幸存者空间状况，在机器人软件的帮助下对搜索区域实行完整的三维搜索，绘制结构图，提升工作效率和可靠性。搜救机器人可以携带温度探测器、一氧化碳探测器、爆炸界限探测器、氧气、PH探测器、辐射探测器和杀伤性武器探测器，从而测定空气读数，探测有害物质，分析后向救援人员提出警告。图为机器人给幸存者测量脉搏的示意图。二、 国内外研究综述：近十年来,尤其是“911”事件之后,美国、日本等西方发达国家在地震、火灾等救机器人的研究方面做了大量的工作,研究出了各种可用于灾难现场救援的机器人。以牵引和运动方式的不同搜救机器人主要可分为以下几类:2. 1 履带式搜救机器人履带式机器人是为了满足军事侦察、拆除危险物等作业的需要,在传统的轮式移动机器人的基础上发展起来的。 图1图1 给出了目前国际上几家著名机器人公司的典型产品,他们主要是为了满足军事需要而开发的,体积普遍偏大,不太适合在倒塌的建筑物废墟中狭小空间内搜寻幸存者。2. 2 可变形(多态) 搜救机器人为了能进入狭小空间展开搜救工作,要求机器人的体积要尽可能小,但体积小了搜索视野就会受到限制,为了解决这一矛盾,近年来在传统牵引式搜救机器人平台基础上,研制出了形态可变的履带式多态搜救机器人。三、 毕业设计（论文）所用的主要技术与方法：四连杆变形履带式机器人结构布局, 主要由机架和两个对称分布的履带变形模块组成。位于机器人中部的机架作为移动平台可装载直流电源及与控制相关的各种设备, 用于完成各种特定的任务, 在机器人运动过程中一般保持水平。机架两侧是基于平行四边形结构的履带变形模块, 主要由四连杆变形机构、主驱动轮、被动轮及绕在履带轮上的履带组成, 其中四连杆变形机构由连杆、主动曲柄、被动曲柄组成, 用于提供驱动力, 并且可以绕机架旋转, 实现履带变形, 在越障时给机器人提供额外的辅助运动。机器人共有3个自由度, 即一个平动自由度和两个旋转自由度。安装在机器人两个主驱动轮内的电机通过联轴器传动, 将主驱动轮的旋转运动转变为履带的平移运动, 实现机器人的直线前进、后退和转向。另外一个电机安装在机架上, 通过链传动驱动左右两侧履带变形模块中的主动曲柄绕位于机架前方的轴转动, 从而实现四连杆机构的变形, 最终使绕在其四周的履带构形发生变化。该结构的特点在于巧妙地利用四连杆机构实现了机器人的行进与履带的变形, 使机器人具备良好的越障性能和地面适应性。方法：1在图书馆借阅相关书籍2在学校数据库查找相关资料3通过老师的指导4通过浏览因特网上的相关资料5对相关资料和数据进行理论计算和分析6. 设计参考有关设计样板，完善设计方法，进一步完善设计结果7 通过与同学探讨得出有关结论8 自己总结资料得出结论四、 主要参考文献与资料获得情况： 1 汪增福,关胜晓,曹洋.一种主动适形越障机器人的设计与特性分析 J . 计算机仿真, 2007, 24( 4 ) : 2 冯虎田, 欧屹, 高晓燕. 小型地面移动机器人特殊运行姿态动力学建模及分析 J . 南京理工大学学报. 2006, 30 ( 4) 3 蔡自兴. 机器人学M . 北京:清华大学出版社, 2000. 4 孙恒,陈作模. 机械原理M . 北京:高等教育出版社, 2000.五、 毕业设计（论文）进度安排（按周说明）第57周 毕业实习，完成实习报告，收