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1、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告
題 目
履帶式移動(dòng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
系 部
機(jī)電系
專 業(yè)
機(jī)械工程及自動(dòng)化
學(xué)生姓名
學(xué)號
指導(dǎo)教師
職稱
畢設(shè)地點(diǎn)
1課題綜述
1.1履帶式移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)的意義
在世界各地,由于自然災(zāi)害、恐怖活動(dòng)和各種突發(fā)事故等原因,災(zāi)難經(jīng)常發(fā)生。 在災(zāi)難救援中,救援人員只有非常短的時(shí)間(約48小時(shí))用于在倒塌的廢墟中尋找幸存者,否則發(fā)現(xiàn)幸存者的幾率幾乎為0。 在這種緊急而危險(xiǎn)的環(huán)境下,救災(zāi)機(jī)器人可以為救援人員提供幫助。 因此,將具有自主智能的救災(zāi)機(jī)器人
2、用于危險(xiǎn)和復(fù)雜的災(zāi)難環(huán)境下“搜索和營救”。它們不但能夠幫助工作人員執(zhí)行救援工作,而且能夠代替工作人員執(zhí)行搜救任務(wù),在災(zāi)難救援中起著越來越重要的作用。
具體表現(xiàn)為: (1)機(jī)器人具有靈活性好、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)的特點(diǎn),有較好的爬坡和越障能力,能適應(yīng)現(xiàn)場各種各樣的地理環(huán)境。 比如,蛇形救災(zāi)機(jī)器人能適應(yīng)任何的復(fù)雜環(huán)境,在井下能自由運(yùn)動(dòng)。 (2)機(jī)器人的探測技術(shù)發(fā)展迅速,能迅速找到井下遇險(xiǎn)礦工的位置。 機(jī)器人利用傳感器通過探測井下遇險(xiǎn)礦工的呻吟聲、體溫的變化及心臟跳動(dòng)的頻率的信息能找到他們的位置。 其次,機(jī)器人的視頻探測器(CCD攝像頭)具有信息直觀、能實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助控制等特點(diǎn),可以將現(xiàn)場環(huán)境的圖像返回到救災(zāi)
3、中心,為進(jìn)1步控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方向,制定下1步救災(zāi)的方案提供決策依據(jù)。 最后,機(jī)器人還能進(jìn)入井下區(qū)域,監(jiān)測事故現(xiàn)場(如溫度、瓦斯以及有害氣體的濃度)的變化,防止事故的2次發(fā)生。 (3)機(jī)器人具有為井下遇險(xiǎn)礦工投放小包食品、藥物和通訊裝置等輔助功能,能有效地減少遇險(xiǎn)礦工的傷亡人數(shù)。
1.2履帶式移動(dòng)機(jī)器人國內(nèi)外的現(xiàn)狀
從20 世紀(jì)80 年代起,國外就對小型履帶式機(jī)器人開展了系統(tǒng)研究。其中影響較大的是美國的NUGV 機(jī)器人、URBOT 和Talon 機(jī)器人。我國對履帶式機(jī)器人的研究也取得了一定成果,如北京航空航天大學(xué)研制的可重構(gòu)履腿機(jī)器人、沈陽自動(dòng)化研究所研制的CLIMBER 機(jī)構(gòu)履腿機(jī)器人、
4、沈陽自動(dòng)化研究所研制的CLIMBER 機(jī)器人、北京理工大學(xué)研制的四履腿機(jī)器人等。
綜合分析國內(nèi)外所研究的履帶式移動(dòng)機(jī)器人,大致可分為單節(jié)雙履帶式、雙節(jié)四履帶式、多節(jié)多履帶式、多節(jié)輪履復(fù)合式以及自重構(gòu)式移動(dòng)機(jī)器人。
(1)單節(jié)雙履帶式移動(dòng)機(jī)器人
由中國航天科工集團(tuán)第四研究院探測與控制技術(shù)研究所研制的雪豹20 是我國新一代排爆機(jī)器人,用于代替人工在危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行危險(xiǎn)物搜索和排除,以減少人員傷亡。該機(jī)器人能適應(yīng)野外惡劣環(huán)境,能夠抓取15kg 重的可疑物,可放置帶線引爆裝置;通過更換專用手抓可實(shí)現(xiàn)不同形狀目標(biāo)的抓取
由美國白特爾公司(Battelle)開發(fā)的ROCOMP 機(jī)動(dòng)平臺(tái)主要用于運(yùn)輸軍用
5、物資,其可上下樓梯和斜坡,能通過窄小房間和過道,采用無線電控制或按計(jì)算機(jī)預(yù)編程路線行駛,行駛中還能自動(dòng)避開障礙物。
雪豹20 機(jī)器人
(2)雙節(jié)雙履帶式移動(dòng)機(jī)器人
Quince 是一款由日本千葉工業(yè)大學(xué)開發(fā)的小型機(jī)器人。其體積只有玩具車大小,配備有四套滾輪、踏板設(shè)備以及6 個(gè)電燈馬達(dá)。Quince 機(jī)器人的機(jī)械手靈活到足以抓住門把手而打開門,可以運(yùn)送食物或其他補(bǔ)給品,尤其是傳感器,它裝備的紅外感應(yīng)器同時(shí)也是二氧化碳探測器,能夠監(jiān)測人體呼吸和體溫狀況。
Quince 機(jī)器人
美國iRobot 公司的Warrior(斗士)機(jī)器人,其已與日本國產(chǎn)清掃機(jī)組合,依靠履帶在建筑物內(nèi)進(jìn)行移
6、動(dòng)清掃作業(yè),此組合也可用于其他作業(yè)。
Warrior 機(jī)器人
(3)多節(jié)多履帶式移動(dòng)機(jī)器人
由中國航天科工集團(tuán)第四研究院探測與控制技術(shù)研究所研制的“排爆奇兵”機(jī)器人,其是我國新一代排爆機(jī)器人,用于代替人工在危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行危險(xiǎn)物搜索和排除。該機(jī)器人能適應(yīng)野外惡劣環(huán)境,能夠抓取20kg 重的可疑物,可放置帶線引爆裝置,通過更換專用手抓可實(shí)現(xiàn)不同形狀目標(biāo)的抓取。
“靈蜥-B”型遙控移動(dòng)式作業(yè)機(jī)器人是一種具有抓取、銷毀爆炸物等功能的新型機(jī)器人。它由本體、控制臺(tái)、電動(dòng)收纜裝置和附件箱四部分組成,體形“矯健” 由電池電力驅(qū)動(dòng),可維持工作數(shù)小時(shí);三段履帶的設(shè)計(jì)可以讓機(jī)器人平穩(wěn)上下樓梯,跨越0.45
7、m 高的障礙,實(shí)現(xiàn)全方位行走,具備較強(qiáng)的地面適應(yīng)能力。
“排爆奇兵”機(jī)器人
(4)多節(jié)輪履復(fù)合式移動(dòng)機(jī)器人
輪履復(fù)合式一般為3 節(jié),其中間為輪式,兩端為履帶臂。這種結(jié)構(gòu)形式既可以充分發(fā)揮輪子的快速功能,又可以突出履帶良好的地面適應(yīng)性。目前國內(nèi)外正在積極開發(fā)該種機(jī)器人。像Y.Maeda 等多功能機(jī)器人、Andros 系列機(jī)器人以及中科院沈陽自動(dòng)化所研制的CLIMBER 機(jī)器人等。
美國Remotec 公司(諾思羅普-格魯曼集團(tuán)下屬全資子公司) 生產(chǎn)的MINI Andros II 機(jī)器人,其是Andros F6A 機(jī)器人的小型化版本,質(zhì)量54kg,最大越障礙高度0.25m,輪胎可快
8、速拆卸變?yōu)槁膸J?,可自由攀爬樓梯。Andros 系列機(jī)器人已經(jīng)有600 多臺(tái)在服役,用戶包括SWAT、美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)等。
MINI Andros II 機(jī)器人
2001 年研制的Andros F6A 機(jī)器人如圖6 所示,其也是美國Remotec 公司的產(chǎn)品,自重160kg,最大抓重25kg;行進(jìn)速度5.5km/h,連續(xù)可調(diào);爬坡能力45°,可自行上樓梯;機(jī)械手底盤可旋轉(zhuǎn),輪胎可快速拆卸變?yōu)槁膸J?;可快速裝備北約標(biāo)準(zhǔn)12 號散彈槍、催淚彈發(fā)射器、煙幕發(fā)射器、激光或視頻瞄準(zhǔn)器等。2003 年開始在伊拉克使用。
Andros F6A 機(jī)器人
履帶式移動(dòng)機(jī)器人具有較強(qiáng)的實(shí)用
9、性和廣泛的適用性。履帶式機(jī)器人的研究與發(fā)展將方便人民日常的生產(chǎn)生活同時(shí)也方便了科學(xué)探測。
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1. 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)要研究或解決的問題和擬采用的方法:
2.1研究及解決的問題
1、 ?履帶式移動(dòng)機(jī)器人發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇
2、 ?履帶式移動(dòng)機(jī)器人傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3、 ?履帶式移動(dòng)機(jī)器人減震系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
4、 履帶式移動(dòng)機(jī)器人履帶的設(shè)計(jì)及選擇
5、 繪制履帶式移動(dòng)機(jī)器人裝配圖
2.2 采用的方法
1、根據(jù)所需要的提供功率和扭矩選擇查閱資料選擇發(fā)動(dòng)機(jī)
2、根據(jù)最終要求的移動(dòng)速度,結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)、履帶輪等機(jī)構(gòu)初步估算傳動(dòng)比,然后根據(jù)估計(jì)得到的傳動(dòng)比設(shè)計(jì)減速器
3、參照已有移動(dòng)機(jī)器人上的實(shí)例設(shè)計(jì)減震系統(tǒng)
4、根據(jù)地面情況、車身重量、驅(qū)動(dòng)節(jié)圓半徑等參數(shù)設(shè)計(jì)選擇履帶
5、運(yùn)用CAD繪制二維裝配圖級零件圖或者Proe、UG建三維模型,裝配后直接出二維圖
指導(dǎo)教師意見(對課題的深度、廣度及工作量的意見和對畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)結(jié)果的預(yù)測):
指導(dǎo)教師簽字: 年 月 日
上級審查意見:
負(fù)責(zé)人簽字: 年 月 日