救援机器人结构设计

1、 救援机器人结构设计摘要：火灾的发生快速而迅猛，很多时候由于空气中残留大量易燃易爆气体，使得救援工作很难开展。全世界很关注救援机器人的发展，因为救援机器人体积灵活，可以持续工作，能够及时就出遇害人员。文中对救援机器人国内外的发展和研究作了详细介绍，强调了本文使用救援机器人的必要性。本文通过对救援机器人国内外的发展趋势和具体应用，了解了救援机器人的好处。本文对救援机器人提出了总体的设计方案和自由度结构的设计，做出了详细的计算。最后设计行走机构和机身设计。机械臂采用四关节机械手。关键字：救援机器人；结构设计；模块化分析；四关节机械手Rescue Robot of Structure DesignA

2、bstract :The complexity of the work of fire disaster rescue,some time because of residual danger air rescue work has brought great difficulties. Rescue robot with its small size, flexible virtues such as disaster rescue tool assisted and caused widespread concern in the world. This paper analyzes th

3、e use of emergency rescue rescue robots necessity and feasibility, introduced the research history and development situation of domestic and foreign rescue robot.This paper discusses the development history of the rescue robot, application status at home and abroad, and its great superiority, the ro

4、bot specific design requirements, the design, overall design and detailed design of each degree of freedom structure calculation; the final design of the walking mechanism and the fuselage design. Manipulator with four joints manipulator.Keywords: disaster rescue robot；structure design；modularizatio

5、n analize；four joint manipulator；目 录摘要IAbstractII目录III1绪论11.1 课题研究意义11.2 国内外救援机器人研究现状11.3 救援机器人发展趋势32救援机器人总体方案的确定42.1 传动系统设计52.2 驱动方式52.3 确定负载52.4 运动速度53行走机构的设计63.1 行走机构方案的讨论63.1.1行走机构结构设计63.2 大小锥齿轮的设计和校核113.3 输出轴的设计和校核133.4 键的校核193.5 双摆臂的设计204机身设计及大臂的设计214.1 机身的设计214.1.1支撑架的设计214.1.2机座的设计214.1.3机身箱

6、体材料的选择214.1.4机身的结构设计及制造工艺214.2 大臂的设计214.2.1大臂的材料选择224.2.2大臂部结构设计224.2.3大臂电机及减速器选型225机械手小臂结构设计245.1 手部的设计245.2 腕部设计245.3 手腕偏转驱动计算255.4 轴分析及计算285.5 轴承的寿命校核295.6 轴的强度校核30总结与展望31参考文献32致谢34IV1 绪论由于现在的环境恶化越来越严重，很多灾害不断发生，有些情况是我们无法控制的，因此广泛的使用救援机器人是必然的趋势1。因为在灾害发生之后，灾害现场的复杂性和危险性使得救援工作进行缓慢。据大量数据表明，如果在灾难发生后的48小

7、时之内救不了那些幸存者，他们的死亡率就会急剧上升。而在危险又紧急的情况下，如果救援工作不能及时展开，这无疑是对遇害人员生命的威胁。这种情况下，使用救援机器人进行辅助营救就显的非常重要2。1.1 课题研究意义火灾的发生往往迅猛，消防员很难进入使得火情得到控制。救援工作受到空间限制、高温浓烟、危险物质的影响，使得遇害人员不能够及时的得到救助。火灾救援机器人应该小巧灵活，在救援过程中能够克服各种障碍，适应各种复杂环境。很快找到幸存者的位置并且可以避免消防人员进入救援现场受到事故二次发生的伤害3-4。火灾救援机器人还能克服高温，浓烟的环境，持而有序的长时间进行救援，所以研究火灾救援机器人在救援工作中有

8、着重要的意义。1.2 国内外救援机器人研究现状机器人技术起初是为了进行军事战场的战情侦查和战场清扫等工作，在上个世界的八十年代以前，就有人已经提出将机器人用在救援上面。自从发生了美国俄克拉荷马州的大楼爆炸案和日本神户大阪的地震之后，救援机器人的应用得到了充分的肯定，各个国家也开始了对救援机器人的研究5。机械人技术的研究，在2001年美国9.11事件中得到了实践，美国机器人研究中心和相关的参研单位共同开发了救援机械人，其结构示意图如图1.1所示。它们是oster-Miller公司的SOLEM系统、Tolon系统以及lnuklun公司的VGTV系统和Microlac系统，机器人在此次救援行动中取得

9、了成功。但是在应用的同时也发现了视野狭窄、控制方式不好等缺点6。图1.1 救援机器人系统在9.11事件中，机器人发挥了重要的作用，同时引发了对机器人研究的热潮，在广大科研人员和高校等相关单位的共同努力下，取得了大量的研究成果，无论是理论上还是实际应用上，都取得了突飞猛进的成果，研制出了各式各样用于侦查和搜救的救援机器人。主要典型的有履带式机器人、蛇形机器人、飞行机器人等几类7-8。（1）履带式机器人履带式救援机器人是将履带套在车轮上，从而增大受力面积，使得机器人能够适应各种复杂地形。复合式履带可以调整爬坡角度和方向，因此具有很好的越野性能，其结构示意图如图1.2所示。图1.2 SUGV履带式机

10、器人（2） 蛇形（蠕虫）机器人系统蛇形机器人主要结合仿生学的相关经验，它通过模仿自然界肢节动物，例如蛇的运动特点而设计。其结构如图1.3所示。图1.3 ACM-R5蛇形机器人（3） 飞行机器人飞行机器人由美国在20世纪30年代率先提出的，俗话说：站的高看的远。飞行机器人用于高空作业，视野更宽阔，观察范围更广9。如图1.4所示。 图1.4飞行机器人1.3 救援机器人发展趋势9.11以来救援机器人研究的迅速进展，解决了一系列困扰救援机器人发展的问题，机器人由半自主向全自主方向发展。由于单个机器人的各种功能不完善，所以现在救援机器人正向群体发展10。2 救援机器人总体方案的确定救援机器人是为救援而采

11、取先进科学技术研制的机器人，经查阅资料可知，主要运用的是系统工程学中具有的学科分支知识来解决问题11。根据系统学分析，我们要将机器人的各个零件设计有序合理的组合在一起，使其功能能够更加完善12。救援机器人通常包括驱动系统和控制系统组成。驱动系统，它包括作为动力源的驱动器，驱动单元，伺服驱动系统由各种传动零、部件组成的传动系统。控制系统，它主要包括具有运算、存储功能的电子控制装置（计算机或其他可编程编辑控制装置），人机接口装置（键盘、示教盒等），各种传感器的信息放大、传输和处理装置，传感器、离线编程、设备的输入/输出通讯接口，内部和外部传感器以及其他通用或专用的外围设备。经过对救援机器人相关资料

12、的查询和研读，本文结合任务书要求，设计了一种用于火灾后环境下的救援机械人。（1）首先该机器人采用履带式的行走机构，救援机器人在执行救援任务时，通过履带可以快速行走，并且具有可以爬坡、越沟等特点；（2）工业中机械手具有通用性和灵活性，可以完成材料的传送。这里也将运用机械手的设计来完成对幸存者的救援。（3）由于救援机器人工作的环境因素，机器人必须小巧灵活，拆卸方便，因此对机身的设计要承载大小臂所有的重量。救援机器人总体结构方案如图2.1所示。图2.1 救援机器人的总体结构本文设计的救援机器人的工作原理：在火灾救援环境中，机器人可以长时间工作。行走机构在伺服电机、轴、驱动轮以及履带的联合作用力下，使

13、得行走机构开始行走。在靠近幸存者的时候，通过传感器将信息传递给机身系统，从而命令机械手开始救援。机械臂整体机构安装在机身上，在轴与轴承的配合下，使大臂绕着垂直方向和绕基座孔做360的旋转运动；在大臂运动过程中，通过轴与轴承的配合下，驱动小臂沿着水平方向做360的旋转运动，从而实现小臂对目标的精确定位；在小臂接近目标位置之后，将动力传动至小臂的两指手指的上，两根手指通过合适的张开和闭合来抓取可疑物，开启阀门，清除障碍物，同时还可以支撑起压在使幸存者身上的重物，帮助幸存者脱离危险环境。2.1 传动系统设计机械手传动装置中应尽可能做到结构紧凑、重量轻、转动惯量和体积小，在传动链中要考虑采用消除间隙措

14、施，以提高机械手的运动和位置控制精度。在机械手中常采用的机械传动机构有齿轮传动、滚珠丝杠传动、同步齿形带传动、链传动等，其中齿轮传动使用寿命长、效率高、传动比准确、工作可靠等优点，故本次设计选用齿轮传动。2.2 驱动方式由于伺服电机具有良好的控制性能，控制灵活性强，可实现速度、位置的精确控制，对环境没有影响，体积小，效率高，适用于运动控制要求严格的中、小型机械手等特点，故本次设计采用了伺服电机驱动。2.3 确定负载经查阅资料，目前我国的救援救援机器人负载能力的范围很大，最小的额定负载在5N以下，最大可达9000N。负载大小的确定主要是考虑沿机械手各运动方向作用于机械接口处的力和扭矩。其中要包括

15、机械手末端执行器的重量、夹持物体的重量，运动的速度等。初次估计本次设计属于小负载15。2.4 运动速度机械手操作机手臂的各个动作的最大行程确定后，按照循环时间安排确定每个动作的时间，就能进一步确定各动作的运动速度，用m/s表示，各动作的时间分配要考虑多方面的因素。3 行走机构的设计3.1 行走机构方案的讨论根据国内外的救援机器人的行走机构大致可分蠕动移动方式、履带移动方式、滚轮式移动方式等几种方式。其各有优缺点。以下分别介绍。（1）蠕动移动式的优点是适应微小管径。缺点是控制复杂且移动速度慢。（2）履带移动式的优点是适应性强，越障力好。缺点是转弯半径大，要保持履带的张紧，结构复杂。（3）滚轮移动

16、式优点是运动速度快。缺点是在只适应于平坦道路，复杂路面下容易打滑，不易行走。通过对上述的几种行走机构方式进行讨论，结合火灾后救援机器人的使用环境的特殊性，本文最后选取为履带式行走机构。如图3.1所示。图3.1 履带式行走机构简图3.1.1 行走机构结构设计（1）履带的外形尺寸首先，确定履带的宽度。由于救援机器人要进入到成人无法进入的狭小空间里，所以履带的宽度较小，那么它的工作所提供的驱动力就会减小；而其宽度太大时，所受到的阻力就会很大。通过作图的方法，取履带的宽度为：=115mm。其次，确定履带的长度。履带的长度越长其转弯的灵活性就会受到影响。所以，履带的长度不能太长。所以其长度L为：L=58

17、8mm。（2）确定行走机构的结构由于外形尺寸的限制，电机内置在履带组中，同时采用锥齿轮来换向，最后驱动履带轮。其结构图如下图所示：1轴01，2电机，3小锥齿轮，4驱动带轮，5轴026直齿轮01，7直齿轮02，8轴03，9大锥齿轮，10从动带轮图3.2 行走机构结构示意图（3）确定行走机构中的履带轮和同步带采用同步带的结构来设计履带。以下是同步带传动的优点：适用于两轴中心距较大传动，承载能力较大。带具有良好的弹性，可以缓冲、吸振，传动平稳，噪声小。结构简单，制造和维护较为方便，价格低廉。（1）首先，确定同步带的主要参数：齿形：梯形齿距制式：模数制节距：（2）设计带轮：初选带轮的齿数：；选择切削带

18、轮齿形的刀具类型切出直线齿廓的特别刀具；节距: ； 节圆直径:；模数：；齿侧间隙：；名义径向间隙：；径向间隙：；外圆直径：；外圆齿距：；外圆齿槽宽：；齿槽角：齿槽深：；齿槽底宽：；齿根圆角半径：； ；（3）设计履带：由于采用同步带的结构来设计履带，同时履带用于特殊的工作环境，所以不能完全采用同步带的参数，根据具体的结构尺寸设计履带。节距：；齿形角：；齿根厚： mm；齿高：mm；带高： mm；齿顶厚：mm；节顶距：mm ；带宽：；确定大小锥齿轮参数整个行走装置里，锥齿轮的主要作用-换向，传递动力。同时考虑到其完全在行走装置内部，尺寸受到限制。根据以上的因素，设计大小锥齿轮的具体参数。根据总体结构

19、设计图，采用轴交角。齿轮类型为：直齿锥齿轮、齿形制为GB/T 123691990,齿形角为20、齿顶高系数、顶隙系数。大锥齿轮的次数;小锥齿轮的次数。大小锥齿轮的具体参数分别如下。大锥齿轮：法向模数：；齿数： ；法向齿形角：分度圆直径：分度圆锥角：齿顶圆直径：齿根圆直径：=71.347mm锥距：齿顶角：齿根角：顶圆锥角：根圆锥角：齿宽：小锥齿轮：法向模数：；齿数：；法向齿形角：分度圆直径：分度圆锥角：齿顶圆直径：齿根圆直径：锥距：齿顶角：齿根角：顶圆锥角：根圆锥角：齿宽：（5）确定直齿轮的参数在整个行走装置中，直齿轮的作用，主要是传递动力。出于对行走机构的结构和尺寸限制的考虑，才用两个完全相同

20、的直齿轮，同时降低的成本。设定齿顶高系数、顶隙系数。齿数，模数。其具体参数如下：分度圆直径：齿顶高：齿根高：mm，全齿高：；齿顶圆直径：齿根圆直径：齿厚： 齿根宽： 中心距： 顶隙：3.2 大小锥齿轮的设计和校核选择齿轮的类型,精度等级,材料和齿数。选择直齿圆锥齿轮，8级精度齿轮，软齿面。小齿轮的材料为40Cr，调制处理，硬度为280HBS；大齿轮的材料为45钢，调制处理HBS。初选小齿轮的齿数；大齿轮的齿数为。按齿面接触疲劳强度设计计算根据轴承布置方式和载荷的冲击情况，取。查得小齿轮的接触疲劳极限为： 大齿轮的接触疲劳极限为：计算接触疲劳许用应力：计算小齿轮的分度圆直径其中；按齿根弯曲疲劳强

21、度设计计算： 计算当量齿数并查取齿形系数，两齿轮的分度圆锥角分别为： 当量齿数为： 查得：由得：小齿轮的弯曲疲劳极限为：计算弯曲疲劳许用应力： 大齿轮数值大，代入计算锥距为：分度圆直径为： 分度圆锥角为：，齿宽：3.3 输出轴的设计和校核（1）按扭转强度条件，初步估计轴径： 其中，查得 代入上面得值，计算可得： 由于轴上有一键槽，所以：，取轴的最小直径为：。 （2）轴的结构简图如图3.3所示。图3.3 轴的结构示意图（3）按弯扭合成强度进行强度校核做出轴的计算简图如图3.4所示。轴所受的载荷是从轴上零件传来的。根据结构尺寸，做出其受力简图如下图所示：图3.4 轴的受力图 校核所需要的基本参数计

22、算齿轮的啮合力：A:直齿轮的齿轮啮合力齿轮圆周力：齿轮径向力：B: 锥齿轮的齿轮啮合力齿轮圆周力：齿轮径向力：齿轮轴向力：求水平面的支反力和做出弯矩图:其受力分析图如下图所示: 对A点求矩： 则有： =372.848 N对B点求矩： 则有： = = -144.216 N根据上面的计算结果，画出弯矩图，如图3.5所示。 图3.5 弯矩图求垂直面内的支反力，并作出弯矩图受力分析如图3.6所示。图3.6 受力示意图对A点求矩：则有：（其中） = -8.590 N对D点求矩：则有：= -8.590 N = -38.423 N做出对应弯矩图求支反力 =149.246 N 弯矩图如图3.7所示。图3.7

23、弯矩图合成弯矩图 合成弯矩图如图3.8所示。图3.8 合成弯矩图根据已知条件，做出扭矩图，如图3.9所示。 图3.9 扭矩图校核危险截面综上所知，C面为危险截面：(其中，由于扭转切应力为脉动循环变应力，所以取，T=36100) = ，轴满足要求。3.4 键的校核强度校核要根据工作表面所受的挤压应力计算。在输出轴上的键其结构尺寸最小，受力较大。在这里就只校核该键，其余可以不予与校核。普通平键的强度条件：其中:T -传递扭矩： ； -键与轮毂键槽的接触高度： -键的工作长度，圆头平键为： -轴的直径 由于键的材料为45，同时其载荷性质为轻微冲击，查机械设计（P-106）表6-2可得：所以 ，键满足

24、要求。3.5 双摆臂的设计双摆臂的作用就是为了机器人在越障是起到支撑和辅助的功效，使机器人能够更好的适应崎岖的环境。摆臂的主体是一块钢板，能够支撑起前导轮，使之可以自由转动。安装在短轴上，通过螺母螺栓与翼板相连。同时可以支撑起车体，辅助车体越过障碍。例如爬楼梯，机器人借助摆臂的初始摆角，在履带机构的驱使下，使其主履带前段搭在台阶上，继续移动，驱动摆臂逆时针摆动，当重心超过台阶边缘时，旋转摆臂关节，机器人在自身重力的影响下，车体下移，顺利爬上台阶。如图3.10所示：图3.10 机器人爬楼梯分析图4 机身设计及大臂的设计4.1 机身的设计主要包括支撑架的设计、机座的设计、机身箱体材料的选取以及机身

25、的结构设计及制造工艺等几大类问题。4.1.1 支撑架的设计支撑架主要承载大小臂上所有零件的重量，左端设计大臂平衡弹簧的固定连接孔，右端设计大臂驱动电机支撑架。考虑机身回转时的偏心力，合理设计支撑架与回转轴的连接，采用柱销式连接，两边用螺钉紧固。同时设计一个支撑圆盘加以固定，使其转动更加平衡。为了减轻自重，选用ZL401材料。4.1.2 机座的设计机座在中间轴对应的位置处加工一个轴承固定座，其他无特殊要求。机身系统的内部设计主要是对传动系统的各部件进行设计计算与校核。4.1.3 机身箱体材料的选择因为灰口铸铁凝固是收缩量小，抗震性好。机身箱体可选用灰口铸铁HT250制造。能够提高机身自身的稳定性

26、，并且经济实惠。4.1.4 机身的结构设计及制造工艺由于整个箱体的结构尺寸由内部各零件配合情况决定，其形状较为复杂，故采用铸造的方法制造箱体，为了内部各零件的配合及方便安装，在顶部与右侧开盖。由于是卧式放置电机，考虑电机的质量，在左侧用托板托住电机。将电机的伸出轴用联轴器与锥齿轮轴连接，通过与输入轴的锥齿轮端啮合满足改变传动方向的要求。输入，中间，输出三根轴垂直放置并实现二级减速传动。由于齿轮悬置，需用圆螺母及止动垫圈定位与放松。底座出于稳定的考虑设计为圆形，可用沉头螺钉与行走机构连接。4.2 大臂的设计臂部部件是关节机械手的主要部件之一。它主要的作用是支撑手部，带动手部完成各种动作，灵活的将

27、手部送到空间的任意一点。增减臂部自由度可以实现手部的姿态(方位)关节姿态的改变。因此，机械手导向杆采用无缝钢管材料来提高臂部结构的刚度，增强承载能力。同时要合理的控制手臂运动的速度，减少冲击。还需在手臂上安装定位和检测机构，使机械手运动的位置精度高。4.2.1 大臂的材料选择本文机械臂壳体采用铸造铝合金。一方面使机械臂受到载荷时，不会变形或者断裂，另一方面可减小机械臂的重量，减小了对机身的载荷。最小壁厚：每种铸造合金都有其适宜的壁厚，不同铸造合金所能浇注出铸件的“最小壁厚”也不相同，主要取决于合金的种类和铸件的大小，见表4.1所示：铸件尺寸 铸钢 灰铸铁 球墨铸铁 可锻铸铁 铝合金 铜合金 2

28、00200 200200500500 500500 58 1012 1520 35 410 1015 46 812 1220 35 68 33.5 46 35 68 表4.1 砂型铸造铸件最小壁厚计（mm）4.2.2 大臂部结构设计大臂壳体采用铸铝，方形结构，质量轻，强度大。4.2.3 大臂电机及减速器选型假设小臂及腕部绕第二关节轴的重量：,，则：大臂速度为10r/min ，则旋转开始时的转矩可表示如下：式中：T-旋转开始时转矩；J-转动惯量。-角加速度使机械手大臂从到所需的时间为：则： 若考虑绕机械手手臂的各部分重心轴的转动惯量及摩擦力矩，则旋转开始时的启动转矩可假定为10N.m，取安全系数

29、为2，则谐波减速器所需输出的最小转矩为： 选择谐波减速器：型号：XB3-50-120 （XB3型扁平式谐波减速器）额定输出转矩：20 减速比：设谐波减速器的的传递效率为：，步进电机应输出力矩为： 选择BF反应式步进电机型号：55BF003静转矩：0.686步距角：1.55 机械手小臂结构设计5.1 手部的设计 机械手在救援过程中主要的作用是抓取可疑物，开启阀门。本文采用两根手指式的张开和闭合来实现物体的抓持。在设计时手指要结构简单，有足够的张紧力和刚度。手指张紧力的计算：NK1*K2*K3*G式中：K1安全系数 K2工作情况系数，主要考虑惯性力的影响 K3方位系数 G被抓持物体的重量5.2 腕

30、部设计腕部能够连接机器人的臂部和手部，支撑并且改变手部的姿态。腕部设计的要求有：结构紧凑、质量轻；动作灵活、平稳，定位精度高；所用材料强度、刚度高；与臂部及手部的连接部位的结构合理，传感器和驱动装置的合理布局及安装等。本次设计要求腕部实现俯仰和偏转，即BB型手腕，如图5.1所示。为减轻整个小臂的自重，采取腕部步进电机后置远距离间接驱动，将其装在大臂的底部，固定在机身圆盘上，再通过两条链传动，一条链直接带动腕部的摆动，另一条链传动带轮带动锥齿轮轴通过一级锥齿轮的传递带动腕部的转动，虽然在腕摆时会产生手腕的附加转动，但是可以通过控制步进电机来控制干涉。图5.1 BB型手腕示意图该机器人在救援过程中

31、有时需伸入狭窄的空间进行作业，所以为了满足手腕部分结构紧凑、质量轻、动作灵活等要求将其外形和尺寸设计成如图5.2所示。图5.2 手腕外形尺寸示意图5.3 手腕偏转驱动计算手腕的偏转是通过后置于大臂底部一侧的步进电机驱动，两级带轮链条传动，再经过锥齿轮啮合传动改变方向来实现偏置的。手腕的驱动力来自步进电机，首先要计算手腕偏转所需要的转矩，再计算电机的输出转矩，确定步进电机的型号，从而计算设计链传动以及锥齿轮传动的传动参数及相关尺寸。a) 选择步进电机手腕偏转时，需要克服摩擦阻力矩、工件负载阻力矩和腕部启动时的惯性力矩。根据转矩的计算公式15：式中： 手腕偏转所需力矩（Nm）；摩擦阻力矩（Nm）；

32、负载阻力矩（Nm）；手腕偏转启动时惯性阻力矩（Nm）；工件负载对手腕回转轴线的转动惯量（）；手腕部分对回转轴线的转动惯量（）；手腕偏转角速度（rad/s）；手腕质量（kg）；负载质量（kg）；启动时间（s）；手腕部分材料密度（）；手腕部分外径和内径（m）；手腕的长度（m）；手腕偏转末端的线速度（m/s）。根据已知条件：，手腕部分采用的材料假定为铸钢，密度。将数据代入计算得： 因为腕部传动是通过两级带轮和一级锥齿轮实现的。弹性联轴器传动效率；滚子链传动效率；滚动轴承传动效率（一对）；锥齿轮传动效率；计算得传动的装置的总效率。电机在工作中实际要求转矩 根据计算得出的手腕偏转所需力矩，结合北京和利时

33、电机技术有限公司生产的90系列的五相混合型步进电机的技术数据和矩频特性曲线16，如图5.3和图5.4所示,选择90BYG5200B-SAKRML-0301型号的步进电机。图5.3 90BYG步进电机技术数据图5.4 90BYG5200B-SAKRML-0301型步进电机矩频特性曲线5.4 轴分析及计算轴的受力模型简化及受力计算图5.5 受力模型受力分析知： 5.5 轴承的寿命校核鉴于调整间隙的方便,轴承均采用正装17.预设轴承寿命为3年即12480h.校核步骤及计算结果见下表:表5.2 轴承寿命校核步骤及计算结果计算步骤及内容计算结果6014A端B端由手册查出Cr、C0r及e、Y值Cr=98.

34、5kNC0r=86.0kNe=0.68计算比值Fa/FrFaA /FrA e确定X、Y值XA=1 YA =0 查载荷系数fP1.2计算当量载荷P=Fp(XFr+YFa)PA=5796.24 PB=6759.14计算轴承寿命763399h大于12480h由计算结果可见轴承6014AC、6007均合格，最终选用轴承6014。5.6 轴的强度校核经分析知C、D两处为可能的危险截面，现来校核这两处的强度18，校核后图如图5.7所示。合成弯矩：扭矩T图：当量弯矩： 校核由手册查材料45的强度参数：C截面当量弯曲应力：由计算结果可见C截面安全。图5.7 弯扭组合图总结与展望本论文设计的救援机器人是为了能够

35、适应火灾的救援环境，对狭小空间里的幸存者实施及时救援的机器人。（1） 通过对履带尺寸大小、轴的校核、锥齿轮的设计、摆臂的设计，设计了机器人的行走机构，可以使救援机器人具备克服爬楼障碍，灵活转向等功能；（2） 通过对机身的设计，将机械臂与行走机构紧密的连接起来，实现机械臂与行走机构的协调配合。（3） 机械手是救援机械机器人的主要执行部位，通过对机械大臂小臂的详细设计和计算，可以使大臂与机身连接起来，同时能够足够支撑起小臂，对手腕的运动进行设计，使手腕可以自由旋转，实现多方位的运动。通过合理的配合，实现对狭小空间幸存者的救援。由于我对传感器技术、控制技术等学科的学习能力有限19，还有许多问题值得进一步讨论和更加深入的研究与展望：a) 机械结构优化问题：根据前人经验设计，采用模块化设计，只是将具有不同功能结构的模块连接起来，很多零件比实际尺寸大很多。b) 计算机的有限元的分析没有做。c）机械臂自主控制系统的建立有待于进一步研究，以及它的运动控制技术，路径规划技术，实时视觉技术，定位和导航技术，多传感集成和数据融合技术，高性能计算技术，无线通信与因特网技术问题也是多个有待研究的方面。机械手在未来生活中应用将会越来越广。通过对机械手机械臂系统设计，在整体系统的各各方面积累了比较丰富的设计经验，相信经过不断的发展和改进机械手将走向成熟