井下探測(cè)救援機(jī)器人平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告.doc

河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 選題名稱(chēng)：井下探測(cè)救援機(jī)器人平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 專(zhuān)業(yè)班級(jí)：08機(jī)設(shè)四班 姓 名： 黃 磊 學(xué) 號(hào)：0828050004 指導(dǎo)老師：陳 西 平 日 期：2012-04-03河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告題目名稱(chēng)井下探測(cè)救援機(jī)器人平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名黃磊專(zhuān)業(yè)班級(jí)機(jī)設(shè)08-4班學(xué)號(hào)0828050004一、 選題的目的和意義：我國(guó)是世界上災(zāi)害、事故發(fā)生次數(shù)最多的國(guó)家之一，地震、火災(zāi)、塌方、以及各類(lèi)人為事故，給人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成極大的危害。災(zāi)害發(fā)生后，如何及時(shí)有效的發(fā)現(xiàn)被困幸存者并實(shí)施快速的救援是災(zāi)后應(yīng)急救援的頭等大事。然而復(fù)雜危險(xiǎn)的災(zāi)后環(huán)境常常會(huì)給救援工作帶來(lái)困難。危險(xiǎn)物質(zhì)、大火、易燃易爆氣體、不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)等等危險(xiǎn)因素的存在，時(shí)常威脅到救援隊(duì)員的生命安全，阻礙救援工作的快速展開(kāi)。如何能夠在最少人員傷亡前提下快速高效地開(kāi)展搜索救援工作一直是我們重點(diǎn)研究的問(wèn)題。煤礦也是最復(fù)雜、最危險(xiǎn)的工作環(huán)境之一，在發(fā)生安全事故之后，常常會(huì)因?yàn)榫聫?fù)雜危險(xiǎn)的環(huán)境而阻礙救援人員深入井下開(kāi)展工作。血的事實(shí)告訴我們，沒(méi)有高效的災(zāi)害生命搜索定位裝備，沒(méi)有實(shí)用的應(yīng)急救助設(shè)備，在災(zāi)害發(fā)生之后，我們就無(wú)力營(yíng)救我們被困的礦工，無(wú)法為我們的同胞提供應(yīng)有的幫助。開(kāi)展應(yīng)急救災(zāi)搜索定位裝備是當(dāng)前函待解決的重大課題，它關(guān)系到我們的建設(shè)和諧社會(huì)主義的理念能否體現(xiàn)，它關(guān)系到我們的人權(quán)和我們的國(guó)際聲譽(yù)。搜救機(jī)器人作為一種高效的搜索定位工具已經(jīng)開(kāi)始在災(zāi)害救助工作中嶄露頭角。像煤礦井下這類(lèi)環(huán)境惡劣的情況下，正是搜救機(jī)器人的理想工作場(chǎng)合。二、 國(guó)內(nèi)外研究綜述：(1) 我國(guó)搜救機(jī)器人的現(xiàn)狀我國(guó)的搜救機(jī)器人技術(shù)起步較晚，但是近年來(lái)引起了越來(lái)越多的關(guān)注并取得了一定的成果，沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、國(guó)防科技大學(xué)、上海交通大學(xué)、廣東富衛(wèi)公司等機(jī)構(gòu)都設(shè)計(jì)了自己的搜救機(jī)器人系統(tǒng)。2005年中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所與日本國(guó)際救援系統(tǒng)研究院聯(lián)合成立的“中日救援與安全機(jī)器人技術(shù)研究中心“在沈陽(yáng)揭牌成立，這標(biāo)志著我國(guó)的搜救機(jī)器人研究進(jìn)入了一個(gè)更加快速發(fā)展的時(shí)期。2006年6月22日，由中國(guó)礦業(yè)大學(xué)可靠性與救災(zāi)機(jī)器人研究所研制的國(guó)內(nèi)首臺(tái)煤礦搜救機(jī)器人(樣機(jī))在徐州誕生。這臺(tái)煤礦搜救機(jī)器人采用自主避障和遙控引導(dǎo)相結(jié)合的行走控制方式，能在煤礦災(zāi)害發(fā)生后深入事故現(xiàn)場(chǎng)，探測(cè)火災(zāi)溫度、瓦斯?jié)舛取?zāi)害場(chǎng)景、呼救聲訊等信息，并實(shí)時(shí)回傳采集到的信息和圖像，為救災(zāi)指揮人員提供重要的災(zāi)害信息。同時(shí)，機(jī)器人還能攜帶急救藥品、生命維持液、食品和千斤頂、撬棍等自救工具以協(xié)助被困人員實(shí)施自救和逃生。2006年11月8日，山東省科學(xué)院自動(dòng)化研究所聯(lián)合沈陽(yáng)新松機(jī)器人有限公司申報(bào)的山東省2006年自主創(chuàng)新重大科技專(zhuān)項(xiàng)井下探險(xiǎn)搜救機(jī)器人的研究正式通過(guò)審批。該項(xiàng)目將開(kāi)展適合井下復(fù)雜路況和環(huán)境的探險(xiǎn)搜救機(jī)器人的研究，攻克探險(xiǎn)搜救機(jī)器人瓦斯等氣體、環(huán)境參數(shù)、生命探測(cè)等以及防水、防爆和無(wú)線通訊等關(guān)鍵技術(shù)，建立完善的探險(xiǎn)搜救機(jī)器人開(kāi)發(fā)和試驗(yàn)環(huán)境，完成井下探險(xiǎn)機(jī)器人和搜救機(jī)器人的研制和示范應(yīng)用。(2) 國(guó)外搜救機(jī)器人的發(fā)展過(guò)程及現(xiàn)狀目前美國(guó)及日本的災(zāi)害機(jī)器人研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)開(kāi)始大量參加實(shí)際災(zāi)害救援行動(dòng)，通過(guò)與消防部門(mén)、災(zāi)害應(yīng)急機(jī)構(gòu)等部門(mén)的合作，不斷積累實(shí)際救災(zāi)經(jīng)驗(yàn)。從這些實(shí)際需要出發(fā)來(lái)修改和完善搜救機(jī)器人的設(shè)計(jì)，以提高機(jī)器人對(duì)實(shí)際災(zāi)害行動(dòng)的適應(yīng)能力。另外，為了促進(jìn)國(guó)際間的災(zāi)害搜救機(jī)器人相互交流，國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)每年舉辦一次搜救機(jī)器人大賽。RoboCupResuce作為RoboCup中的一個(gè)下屬賽事，在2000年成為RoboCup的正式比賽項(xiàng)目，當(dāng)前包括仿真組和實(shí)物機(jī)器人兩種類(lèi)型的比賽。這兩種研究成果的集成將創(chuàng)造未來(lái)數(shù)字化的國(guó)際救援隊(duì)。2003年澳大利亞SIMTARS煤礦研究人員與美國(guó)機(jī)器人輔助救援中心(CRASAR)合作，開(kāi)發(fā)了一個(gè)煤礦災(zāi)害搜救機(jī)器人，并在澳大利亞昆士蘭州的15米地下訓(xùn)練場(chǎng)進(jìn)行了試驗(yàn)。這個(gè)機(jī)器人專(zhuān)門(mén)是為礦山災(zāi)害而研制。它的尺寸大小像一個(gè)蜂蜜罐子，它可以通過(guò)地面的鉆孔進(jìn)入煤礦井下然后爬過(guò)障礙物和泥漿，利用傳感器搜尋被困礦工，探測(cè)有毒或者可燃性氣體，還可以將地面供氣供水軟管拖到被困礦工身邊，給他們新鮮的空氣和水。種機(jī)器人在通過(guò)鉆孔時(shí)像一條蛇一樣將自己擠過(guò)巖石，一旦到達(dá)井下地面，它就會(huì)像一個(gè)小型坦克一樣行動(dòng)，搜尋被困礦工。CRASAR希望能夠進(jìn)一步為該機(jī)器人添加新型的醫(yī)學(xué)傳感器讓救援義務(wù)人員能夠通過(guò)觀看、交談、診斷的方式來(lái)了解被困礦工的健康狀況。三、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）所用的主要技術(shù)與方法：移動(dòng)機(jī)構(gòu)作為救災(zāi)機(jī)器人的移動(dòng)載體,必須具備以下特點(diǎn):一定的移動(dòng)速度和低能耗;良好的姿態(tài)穩(wěn)定性和高運(yùn)動(dòng)精度;能夠適應(yīng)各種各樣的地理環(huán)境,有一定的爬坡和越障能力。 現(xiàn)有的救災(zāi)機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有:無(wú)肢運(yùn)動(dòng)(以蛇形機(jī)器人為主) 、輪式、腿式、輪腿式和履帶式等。 蛇形機(jī)器人具有運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性好、適應(yīng)地形能力強(qiáng)和高的牽引力等特點(diǎn),但多自由度的控制困難,運(yùn)動(dòng)速度低;輪式機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、輪式滾動(dòng)摩擦阻力小和機(jī)械效率高等特點(diǎn),但越過(guò)壕溝、臺(tái)階的能力差;腿式機(jī)器人具有適應(yīng)地形能力強(qiáng)的特點(diǎn),能越過(guò)大的壕溝和臺(tái)階,其缺點(diǎn)是速度慢;輪腿式機(jī)器人融合腿式機(jī)構(gòu)的地形適應(yīng)能力和輪式機(jī)構(gòu)的高速高效性能,其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜;履帶式機(jī)器人地形適應(yīng)能力強(qiáng),動(dòng)載荷小,設(shè)計(jì)緊湊,其缺點(diǎn)是重量大,能耗大。根據(jù)本題目的設(shè)計(jì)要求及技術(shù)特點(diǎn)，采用同步帶雙擺臂結(jié)構(gòu)。1擺臂 2擺臂驅(qū)動(dòng)電機(jī) 3擺臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)4同步帶 5電池箱 6回轉(zhuǎn)平臺(tái) 7驅(qū)動(dòng)電機(jī)機(jī)動(dòng)平臺(tái)總體方案簡(jiǎn)圖機(jī)器人本體和擺臂都采用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其原因有以下幾點(diǎn)：1、直流電機(jī)控制起來(lái)相對(duì)較方便，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、調(diào)速等；2、電驅(qū)動(dòng)的扭矩很好 3、電機(jī)驅(qū)動(dòng)不會(huì)有大量的熱量排出，而且噪聲很小。綜合考慮，機(jī)器人本體采用后輪驅(qū)動(dòng)，通過(guò)齒輪傳動(dòng)將其動(dòng)力傳給前輪。四、 主要參考文獻(xiàn)與資料獲得情況：1 美丹尼斯.克拉克 邁克爾.歐文斯著.宗光華，張慧慧譯.機(jī)器人設(shè)計(jì) 與控制.北京：科學(xué)出版社，20042 張光裕.工程機(jī)械底盤(pán)構(gòu)造與設(shè)計(jì).中國(guó)建筑工業(yè)出版社3 達(dá)太，馬香峰.工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用.冶金工業(yè)出版社.20034 美R.西格沃特 I.R.諾巴克什著.李人厚譯.自主移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)論.西 安：西安交通大學(xué)出版社，2006.85 周建釗.底盤(pán)結(jié)構(gòu)與原理.國(guó)防工業(yè)出版社6 白興.機(jī)器人學(xué).清華大學(xué)出版社.20027 白興，張鐘俊.機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展機(jī)器人.1987, 3: 58-628 黃永志，陳衛(wèi)東.兩輪移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).機(jī)器人.2004 (1): 40-448、時(shí)間進(jìn)程設(shè)計(jì)進(jìn)程實(shí)習(xí)或設(shè)計(jì)內(nèi)容第 4 周在校完成實(shí)習(xí)報(bào)告、實(shí)習(xí)日記、開(kāi)題報(bào)告第 5 周通過(guò)資料了解整個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)成第 6 周了解整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)機(jī)構(gòu)及相關(guān)第 7 周研究方案并做出修改和調(diào)整第 8 周總體方案設(shè)計(jì)