地震救援机器人设计说明书

1、地震救援机器人设计规范参与单位：华北科技学院作者：孙浩然梁晨赞冯忠豪刘军讲师：田目录一、工作介绍.1二.主要功能指标.23.工作原理.44.动作分析.54.1腿部运动过程.54.2主题转移过程.6V.动态分析.85.1仅由电机供电.85.2气缸和电机共同提供动力.9六.实用性的可能性.11七.市场前景.13八个。作品外观的照片.14九.参考.16一、工作介绍这项工作是在抗震救灾的背景下设计和开发的，它是一种先进的设备，可以清除障碍物，标记事故地点和探索救援道路。这项工作具有灵活、易操作、适用性强、功能扩展多的特点，非常适合救灾和救援工作。高度智能化和自动化是这项工作的另一个主要特点，也是具有很

2、强竞争力的一个主要优势。同时，采用了先进的控制系统和算法，进一步增强了系统的通用性和适用性，能够很好地完成各项任务。这项工作包括一个中央平台，安装在平台四个角上的四个机械腿，中间的两个液压支架，以及一个建造在平台上的挖掘装置。机械腿由关节电机驱动实现腿的运动，安装在其上的蜗杆装置实现腿的伸缩。四条腿依次移动后，电机再次旋转，实现机械本体的整体推进。到达预设位置后，平台上的气泵开始工作，带动整个装置提升和挖掘，起到清除障碍物和清理道路的作用。同时，腿部结构设计先进，使机械本体具有一定的越障能力，摆脱了传统救灾装备行动能力不足的缺陷，对灾区环境适应性强。双模行走机构大大提高了系统的灵活性和动力性。

3、轮式行走可以使机器人快速移动和灵活部署；当机器人腿行进时，机器人可以稳定地工作并深入灾区。采用双模式换乘的出行方式不仅可以节省宝贵的时间，还可以提高工作效率，同时具有节能的特点。二.主要功能指标该机器人是着眼于地震灾区的各种救援任务而开发的。其独特的外形设计和结构设计使其能够在地震灾区执行各种任务，如搜救、援助、运输和支持。首先，通过安装红外传感设备、人体探测雷达等仪器设备，可以在地震灾区大范围内执行搜救任务。机器人中心平台采用模块化设计，可根据实际需要立即更换搜救设备。安装前置摄像头后，救援人员可以远距离遥控，使救援人员更好地了解灾区的地形和建筑结构，避免危险区域对近距离救援人员的潜在威胁；

4、安装先进的人体探测雷达后，救援人员可以立即了解灾区被困人员的分布情况和生理状态，便于及时营救较弱的被困人员，最大限度地提高灾区被困人员的救援和生存概率。其次，在执行辅助任务时，优化了机器人中央承载平台的面积，使其能够承载不同的角色模块，在不同的条件下执行辅助任务。当配备语音模块时，可通过单向或双向语言交流引导和帮助行动不便的被困人员自救和逃生；搬运吊装构件时，能快速完成灾区废墟的开启工作，并将汽油等危险品转移到安全区域；配备红外传感器模块后，机器人可以在夜间执行救援任务，在72小时的黄金时间内连续执行救援任务，有效利用了宝贵的时间，提高了工作效率，减轻了救援人员的工作量，提高了被困人员的救援概

5、率。第三，通过加强中心所承载的平台，可以完成运输量巨大的运输任务。在地震灾区，运输生活物资的车辆不能进入，所以他们需要其他运输工具来代替它们。机器人具有这种运输功能。它的四条腿结构牢固，运动灵活，有一定的跨越障碍的能力。它能更好地适应灾区的路况，及时将生活必需品等物资运送到指定地点。同时，它还具有运送人员的能力，可以在往返行程中运送救援人员和被困人员，从而避免了人力运输的缺点。最后，机器人的支持功能是独一无二的。微型机器人在其中心平台上配备了专用支撑工具、前置CCD摄像机、全身传感系统和北斗卫星导航系统，能够在废墟中完成不适合大型机械支撑的任务，减轻废弃道路的压力，并能很好地在废墟中开辟通道，

6、营救被困在墙板下的被困人员。同时，他们可以从不同的角度和方向打开通道，选择最佳的通道引导被困人员脱离危险区域。具有攀爬能力的机器人能够在三维空间中实现支撑功能，在救灾工作中发挥着不可替代的作用。三.工作原理机器人的主要任务是打开一个救援通道，当它行进到工作区域时，障碍清除功能被启动。具有四足机构的机器人能够在路况复杂的道路上平稳行驶，两级腿结构具有很强的伸缩能力，能够克服各种障碍。到达指定区域后，机器人可以通过手动遥控选择合适的角度和方向，并做好准备。机器人中心的平台上装有独立的挖掘工具，即液压挖掘机。目前，液压部分由气泵代替。准备工作完成后，开挖系统运行，气泵由程序控制，气泵的伸缩根据实际情

7、况和实际需要进行调整，以达到最佳的开挖量。由于挖掘机的设计目标是能够在360度范围内工作，而且其工作范围很广，通过优化液压系统的设计，可以为挖掘机提供强大的动力，加上其灵活的机械腿，可以很好地完成打开通道的任务。当机器人在城市废墟中工作时，机器人前面的大功率水泥切割机工作。在很多情况下，面对巨大的水泥地面和混凝土废墟，救援人员无能为力，因此地震救援机器人可以发挥其不可替代的作用：切断地面，打破废墟的障碍，开辟救援渠道。通过水泥切割机和挖掘机的合作，机器人可以在短时间内开辟出一条希望之路。当多个机器人同时工作时，可以更有效地完成人工难以完成的任务。四.动作分析救援机器人工作区域地形复杂，采用模拟

8、四足动物行走的方式，先移动左前腿向前移动，再移动右前腿向前移动，最后移动左前腿，具有较高的攀爬能力，增加了整机的稳定性和平稳性，更好地在地震废墟下前进。整个机器的运动分为两个主要过程：腿向前运动、主体向前运动和到达指定目的地后的障碍物清除。以下三个过程分别描述：4.1腿部运动过程当机器收到预定指令并准备向前移动时。首先，利用分布在机器腿上的接触式传感器和位于行李箱上的距离传感器对系统进行初始检测，以保证整个机器在运行时在设定的状态下稳定启动。4.1.1初始化完成后，机械腿处于平衡位置，腿完全处于收缩状态，程序开始运行。4.1.2程序开始运行后，四个机械腿和两个液压支架同时工作，整个机器人身体平

9、稳提升，直到机械腿完全伸展并停止。此时，机器人达到最佳工作状态，具有最佳越障能力。4.1.3机器人行走的第一步是抬起左前腿，带动蜗杆转动，机械腿抬起。然后，机械腿被水平放置在腿中的关节马达驱动向前移动，并且当运行到机械腿的最大步幅时停止向前移动。机械腿由关节电机驱动落地，行走的第一步完成。然后，右后腿重复第一步的移动过程，直到右前腿和左后腿完成移动，机器人的四条腿停止移动，机器人身体准备向前移动。4.1.4当机械腿停止前进后，程序发出指令启动液压支架的电机，两个液压支架依次提升到最大高度。驱动四个机械腿向前移动的四个电机同时启动。在地面摩擦力的作用下，机器人本体相对于机械腿向前移动，向前移动的

10、距离仍然是机械腿的最大步幅。整体向前移动后，两个液压支架依次下降到地面，为下一步做准备。4.2主题迁移流程腿推进过程完成后，四个机械腿已经在主体前面。此时，程序控制四个DC电机驱动机械腿同步向前运动，主体通过四个机械腿与地面产生的摩擦力向前平移，完成一个周期。然后，通过初始化，机械腿向前移动，主体向前移动，从而机械运动向前移动。当机器人移动到指定位置时，执行机器人的主体过程。清障过程：达到预定目的后，程序将关闭第一阶段的所有过程，并在动作结束并初始化时初始化第二阶段运行的设备。初始化后，程序将控制电源向气泵电机供电，给气缸充气。充气一段时间后，放置在主体中央装载平台上的小气阀通过手动阀开关通风

11、，使挖掘机可以调整其工作状态和位置，挖掘机可以通过控制挖掘机各关节部位的气泵来进行挖掘工作，使其工作处于稳定状态。在机器人前进的过程中，如果很难越过太高的障碍物，机器人前方的水泥切割机会工作，将机器人前方区域的障碍物切断，挖掘机会将它们运送到开阔的道路两侧，以保证救援道路的畅通。由于机器人采用高机械功率的腿部结构，其越障能力大大提高，与传统的履带式结构相比具有无可比拟的优势，可以深入灾区执行任务。V.体育分析5.1仅由电机供电由马达单独提供的动力意味着马达通过蜗杆和涡轮提供动力来驱动每个关节的运动，从而模拟腿的运动并最终驱动整个运动。腿暂时定义为两个关节(其他辅助结构暂时不讨论)。电机主要用于

12、使关节自由运动，至少在一定的角度范围内。在腿本身的关节上，可以使用涡轮和蜗杆，电机可以旋转驱动蜗杆，驱动涡轮并拉动关节两部分之间的角度变化，从而达到关节运动的目的。在腿与主机构连接的关节处，蜗轮也用于驱动腿在主体上的某一点旋转一定角度。这样，腿可以有多角度运动的空间，也就是说，腿可以向前运动。另一个重要的功能是它为身体前进提供了动力。在我们的讨论中，当腿移动到一个合适的位置，并且相对于地面固定位移时，躯干通过反作用力向前移动。结合实际情况，上述仅由电机驱动的情况有以下优点和缺点：优点：可通过限位开关精确控制。最重要的是，自动和精确的控制可以通过程序实现。缺点：结合模型的各个部分，蜗杆和涡轮机构

13、比较大，每个关节的运动步骤不一致，每个关节都需要一个装置，这使得整个结构，包括关节和躯干，很容易变得复杂和臃肿。5.2气缸和电机一起提供动力在每个需要移动的关节处，气缸缩回并拉动或推动腿的关节移动。马达装置通过用蜗杆代替涡轮来驱动支腿和机器主要部分之间的相对运动。模型组件提供一个小气压=动态模型。有一个气泵来提供压力和气压。气体通过塑料管传输。气动装置驱动关节运动的原理是具有伸缩功能的气缸两端分别铰接在关节的两部分，当气缸伸缩时，可以通过改变长度来改变关节的角度。因此，关节可以在一定角度范围内运动，达到模拟关节运动的目的。马达提供腿相对于主机构部分的相对旋转，这与马达单独提供的动力相同，并且由

14、涡轮蜗杆驱动，使得腿可以围绕主机构部分上的固定点在一定角度范围内自由旋转。从而随着关节的运动在一定空间内自由移动。类似地，当每条腿到达一个合适的位置并相对于地面固定后，马达旋转，主机构通过反作用向前移动。结合实际模型，电机和气缸提供的混合动力有以下优点和缺点。优点：虽然有许多气缸，一个气泵可以同时提供压力，从而简化了连接装置。并且易于组装。缺点：最大的缺点是无法实现精确控制。另外，气缸的膨胀和收缩只能通过手动开关来控制，不能通过程序控制来实现。六.实际应用的可能性该机器人是现实生活中不可缺少的高级救援机器人，具有执行各种任务的能力。其独特的中心承载平台提供了强大的承载能力，可以根据需要承载不同

15、的任务组件，在不同的条件下完成各种任务。该机器人采用先进的模块化装配技术，能够同时完成多项任务。该机器人功能强大，具有很强的市场竞争力和发展潜力，在不影响后续使用的情况下，能够很好地满足后续的改进和升级工作。在救灾工作中，其极高的工作效率和极强的适应性是赢得订单的最重要因素。在能量充足的情况下，它可以一天24小时执行救灾任务，也可以在人们不应该接近的地方执行任务。通过携带不同的部件，可以完成拍照、测绘、探查活体、打开通道、定位救援点、运送救灾物资等工作，增加了被困人员的生存希望，为救援人员的工作提供了极大的便利，使救援工作顺利进行。地震救援机器人不仅功能多样，而且结构灵活。四足机器人的独立性可

16、以使它在水平面上向任何方向移动，而其他四足机器人没有这种能力。这种性能是它在复杂环境中仍能自由行走的根本保证。机器人强大的承载能力非同寻常，其强大的驱动力和坚实的结构基础使其能够承载超过自身重量的负载，这是救灾运输中最迫切需要的能力，也是救灾任务中最有价值的能力。多携带一份救援物资会给被困者多一份获救的希望。独特的清障系统也是该机器人的一大竞争优势，它摒弃了传统清障工具轻便、工作范围小、缺乏三维工作能力等缺点，大大提高了工作效率和工作能力。不同大小的机器人可以胜任不同环境下的清障工作，并在灾区执行任务。七.应用前景该机器人性能先进，功能灵活，可广泛应用于国防研究、抗震救灾、工业生产、医疗保障、交通运输等领域。在国防科学研究领域：该机器人可用作样本研究的实验机器人，探索各种结构的可行性以及携带各种功能部件的系统的兼容性。同时，它可以改造成一个特殊的机器人来执行一些特殊的