六足清障機器人

1、“大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃”項目申請表（創(chuàng)新訓練項目）項目名稱：六足清障機器人負 責 人：賈智超 院系名稱：機械工程學院 專業(yè)班級： 機電10-3 聯(lián)系電話填表日期： 2012/9/2 遼寧工程技術大學校團委、教務處、科學技術處、學生處 制填表須知一、項目申請表要按照遼寧工程技術大學大學生創(chuàng)新性實驗計劃管理辦法和遼寧工程技術大學大學生創(chuàng)新性實驗計劃實施方案的相關要求，逐項認真填寫，填寫內容必須實事求是，表達明確嚴謹。二、項目申請表填寫內容應言簡意賅，思路清晰，論證充分，用計算機輸入打印。填寫中如欄目篇幅不夠，可自行加頁。表格中正文字體應為小四號宋體，22磅行距，需簽字部

2、分由相關人員以黑色鋼筆或碳素筆簽寫。三、項目申請表由項目負責人填寫，負責人所在單位領導審核，簽署明確意見。院系評審匯總后統(tǒng)一上報學校大學生創(chuàng)新性實驗計劃辦公室。四、本申請表一式兩份，均用A4紙雙面打印，于左側豎訂成冊。五、填表過程中如有不明事宜，請與校大學生創(chuàng)新性實驗計劃辦公室聯(lián)系，電項 目 名 稱六足清障機器人研究起止時間2012年 10月至 2013年 10月申請經費10000元負責人姓 名賈智超院系班級機電10-3上一學年加權成績76學 號1007060307聯(lián)系電-mail88938379團隊成員姓 名學 號院系班級上一學年加權成績

3、聯(lián)系電話E-mail張品好1007060307機電10-27918841845739272367526向洪塵1107060124機電11-17818241893488843951999朱凱旋1107220129熱能11-182182418912471763002540指導教師姓 名陳洪月院系機械學院職稱/學位 講師E-mailChinaren_1314 聯(lián)系電項依據(jù)（項目背景及研究現(xiàn)狀500字以內）一、項目背景最近幾年我國經常發(fā)生自然災害，比如山體塌方、泥石流、滑坡。自然災害所帶來的建筑物與建筑物的破壞，如房屋倒塌、橋梁斷落、水壩開裂等事故。這些事故造成車輛被掩埋，道

4、路受阻，因此工作人員很難進入險地完成清障任務。即使到達場地也很難作業(yè)，而且很容易會發(fā)生人員二次傷亡。傳統(tǒng)大型清障機械，如抓鉤機，鏟車都只能用來清掃比較平坦的路面，雖然效率高，但是由于體積大幾乎無法進入受災場地，行動不便，作業(yè)非常困難。而且會消耗大量的人力，物力，財力，這樣給人們帶來很大的不便。由于受災地區(qū)需要及時的搶修和急救，時間緊迫，目前沒有有效的機械能夠高效的完成任務，因此我們設計了一種六足清障機器人，代替人工作業(yè)。二、研究現(xiàn)狀現(xiàn)有的機械化清障裝置比較龐大，存在著行走困難，工作效率低，得不到很好的清障效果，延誤了救災進程。我們設計的六足清障機器人采用六足行走，與傳統(tǒng)的輪式、履帶式機械相比越

5、障、攀爬的能力更強，采用對稱抓手結構，能夠完成單鏟很難完成的任務，抓取搬運較大的石塊和不規(guī)則障礙物，并且可遙控操作，即使機器人在很危險的環(huán)境工作也能保證工作人員的安全。項目內容、研究方法、創(chuàng)新點、預期成果（2000字以內）三、項目內容1結構原理的設計與研究（1）整體結構的設計研究 圖1 六足清障機器人三維圖（2）工作原理的設計與研究1）機器人由人工遙控操作控制，六足機器人通過兩側的足交替著地來行進和轉彎，越障、攀爬到達目的地，六只行進足分別有六個各自工作的液壓馬達驅動，攀爬時船型腳足鉤住坡面，提供前進動力進而向前越障，當達到指定排障位置時，控制軸盤360度旋轉，確定伸縮臂的位置后控制臂的升降來

6、調整高度。最后讓六足機器人打開對稱抓手抓取石塊或其他的障礙物開始排障工作。2）六足清障機器人電控系統(tǒng)采用PIC單片機，整個系統(tǒng)抗干擾能力強，可以深入危險惡劣的環(huán)境中工作，能夠輕松的排障，同時人可以在安全的地方操作。2實現(xiàn)功能的設計與研究（1）由圖2可知，越障機器人整體以車型體現(xiàn)，六只行進足分別有六個各自工作的液壓馬達驅動，越障過程中分兩組交替提供前進動力。 圖2 六足機器人整體剖析1腳足上端與車體軸連接部分2. 三級鉸接曲臂 3.排障對稱抓手4.船型行進足5.伸縮臂旋轉軸盤（2）、足部行走結構及原理 圖3為機器人實驗過程中某時刻的運動圖，下一時刻進行運動足的組交換,從而按照一定的運動規(guī)律前進。

7、三只足交替著地實現(xiàn)行走功能，兩側著地足反向用力車體兩側受相反方向摩擦力實現(xiàn)轉向。 圖3 機器人越障運動過程1.行進足2.傳動軸裝置3.機器人主體底盤4.機體與足的連接軸（3）圖4是機器人行走的步態(tài)圖，六足機器人行走時足分為兩組交替行進，以一側的前足后足和另一側的中足作為一組，每一步都能組成一個三角的支撐結構，因此六足結構的穩(wěn)定性強。圖4 機器人行走步態(tài)圖直線行走時的步態(tài)如圖2所示。機器人開始向前運動時左側的2號腿和右側的4、6號腿抬起，準備向前擺動，另外3條腿1、3、5處于支撐狀態(tài)，支撐機器人本體確保機器人的原有重心位置處于3條支撐腿所構成的三角形內，使機器人處于穩(wěn)定狀態(tài)不至于摔倒，見圖2中a

8、；擺動腿2、4、6向前跨步，見圖2中b，支撐腿1、3、5一面支撐機器人本體，一面在小型直流驅動電機和鏈條傳動機構的作用下驅動機器人本體，使機器人機體向前運動一個半步長（約為機器人身長的三分之一），見圖2中c；在機器人機體移動到位時，擺動腿2、4、6立即放下，呈支撐態(tài)。使機器人的重心位置處于2、4、6三條支撐腿所構成的三角形穩(wěn)定區(qū)內，原來的支撐腿1、3、5已抬起并準備向前跨步，見圖2中d。擺動腿1、3、5向前跨步，見圖2中e，支撐腿2、4、6此時一面支撐機器人本體，一面驅動機器人機體使機器人機體向前運動一個步長，如此不斷重復步態(tài)，如圖2中f循環(huán)往復實現(xiàn)機器人不斷向前運動。（4）伸縮臂旋轉軸盤帶動

9、曲臂能夠360度轉向，尋找目標位置。曲臂可以上下伸縮移動，將對稱抓手送到石塊或障礙物的位置，兩側均利用三個平行四邊形機構來保證抓手在豎直方向的平衡，最后進行抓取物體執(zhí)行所需任務。（5）外部動力方面可以是液壓馬達驅動，可以是柴油機驅動，也可以是電動機驅動，根據(jù)不同機器人類型而定，以確保整體的靈活性、安全性、可靠性。（6）控制系統(tǒng)方面，機器人采用的是PIC單片機，PIC單片機在戶外抗干擾能力強，可以讓整個系統(tǒng)穩(wěn)定的工作，機器人清障達到更好的效果。四、研究方法 六足清障機器人的研究方法主要有：系統(tǒng)研究法、虛擬樣機設計法、實物樣機試驗法，具體實現(xiàn)過程如下：（1）系統(tǒng)研究法 根據(jù)系統(tǒng)原則，考慮機械整體結

10、構，綜合研究內部外部和各個子系統(tǒng)之間的相互關系，協(xié)調各子系統(tǒng)幾間相互作用，使整個系統(tǒng)的功能表現(xiàn)為最佳狀態(tài)；（2）虛擬樣機設計法 根據(jù)初步設計方案及草圖，利用三維設計軟件Inventor進行各部分結構建模，在軟件中進行預裝配，三維模型建立完成后，對機械系統(tǒng)進行運動仿真，再根據(jù)運動仿真得到的數(shù)據(jù)，對機械系統(tǒng)進行有限元分析，準確的分析機構的結構強度及動態(tài)特性。最后對模型進行優(yōu)化，預計機械在真實工況下的特征和影響。（3）實物樣機試驗法 根據(jù)相似理論，按照一定比例研制一小型樣機。障礙物由小石塊代替。整個機器人樣機完全按照實際要求進行設計和加工，由于樣機空間的限制，其操控在樣機中用遙控手柄控制，進行實驗，

11、通過樣機實際排障工作，驗證理論計算和分析的合理性。五、創(chuàng)新點：1、結構創(chuàng)新采用六足行走，與傳統(tǒng)的輪式、履帶式行走相比越障、攀爬的能力更強。采用對稱抓手結構，效率更高，能夠完成單鏟很難完成的任務。2、功能創(chuàng)新可遙控操作，即使機器人在危險的環(huán)境工作也能夠確保工作人員的安全。3、應用創(chuàng)新 通過實際工作和測試各種實驗數(shù)據(jù)，證明該新型六足機器人排障效果明顯，并且可以推廣應用于受災現(xiàn)場，及時幫助開展清障工作，具有很大的實際應用價值。六、預期成果序號 成果名稱1 研究報告一份2 與相關企業(yè)合作，投入實際應用，解決實際問題3 實用新型專利一項 4 項目樣機一個5 學術論文兩篇項目進度安排1.實地考察了解201

12、2/9-2012/10 調查我國北方易發(fā)塌方事故地區(qū)，收集相關資料，了解現(xiàn)有清障機械的功能，獲得相關設計的數(shù)據(jù)資料；2012/10-2012/12 進行實地考察，了解當?shù)毓と巳绾吻逭系南嚓P信息，廣泛收集第一手資料。2.整體功能分析2012/12-2013/1 對現(xiàn)有清障機械進行功能和結構分析，以提供設計所需的工作原理、機械結構設計的基本資料；3.方案可行性論證2013/2-2013/3 對“六足清障機器人”進行技術方案討論，并對功能實現(xiàn)和結構設計，以及工藝技術和經濟可行性進行論證；4.總體方案的設計與論證2013/3-2013/4 在若干技術方案中確定最佳施行方案，對選定方案進行相關論證，并繪

13、制和設計方案實現(xiàn)流程圖；5.技術設計2013/4-2013/6 設計“六足清障機器人”的總裝配圖，并確定“六足清障機器人”各部分結構，進行三維建模，及相關運動學、力學分析；6.施工設計2013/7-2013/8 根據(jù)設計需要及實際需求購買原材料，進行加工制作“六足清障機器人”；7.調試試驗2013/8-2013/9 對裝配好的“六足清障機器人”進行調試試驗。經費預算與用途經費使用詳細項目金 額 (元)調研考察費1500資料費500原材料購置費2500加工制作費2500論文版面費200郵寄費100專利申請費1500試驗調試費1200合計 10000 項目指導教師意見本項目具有很強的創(chuàng)新價值，經濟價值。根據(jù)實際情況，