河南理工大學萬方科技學院畢業(yè)設計（論文）開題報告 選題名稱：井下探測救援機器人平臺結構設計 專業(yè)班級：08機設四班 姓 名： 黃 磊 學 號：0828050004 指導老師：陳 西 平 日 期：2012-04-03河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）開題報告題目名稱井下探測救援機器人平臺結構設計學生姓名黃磊專業(yè)班級機設08-4班學號0828050004一、 選題的目的和意義：我國是世界上災害、事故發(fā)生次數(shù)最多的國家之一，地震、火災、塌方、以及各類人為事故，給人民生命財產(chǎn)安全造成極大的危害。災害發(fā)生后，如何及時有效的發(fā)現(xiàn)被困幸存者并實施快速的救援是災后應急救援的頭等大事。然而復雜危險的災后環(huán)境常常會給救援工作帶來困難。危險物質、大火、易燃易爆氣體、不穩(wěn)定的結構等等危險因素的存在，時常威脅到救援隊員的生命安全，阻礙救援工作的快速展開。如何能夠在最少人員傷亡前提下快速高效地開展搜索救援工作一直是我們重點研究的問題。煤礦也是最復雜、最危險的工作環(huán)境之一，在發(fā)生安全事故之后，常常會因為井下復雜危險的環(huán)境而阻礙救援人員深入井下開展工作。血的事實告訴我們，沒有高效的災害生命搜索定位裝備，沒有實用的應急救助設備，在災害發(fā)生之后，我們就無力營救我們被困的礦工，無法為我們的同胞提供應有的幫助。開展應急救災搜索定位裝備是當前函待解決的重大課題，它關系到我們的建設和諧社會主義的理念能否體現(xiàn)，它關系到我們的人權和我們的國際聲譽。搜救機器人作為一種高效的搜索定位工具已經(jīng)開始在災害救助工作中嶄露頭角。像煤礦井下這類環(huán)境惡劣的情況下，正是搜救機器人的理想工作場合。二、 國內外研究綜述：(1) 我國搜救機器人的現(xiàn)狀我國的搜救機器人技術起步較晚，但是近年來引起了越來越多的關注并取得了一定的成果，沈陽自動化研究所、哈爾濱工業(yè)大學、國防科技大學、上海交通大學、廣東富衛(wèi)公司等機構都設計了自己的搜救機器人系統(tǒng)。2005年中科院沈陽自動化研究所與日本國際救援系統(tǒng)研究院聯(lián)合成立的“中日救援與安全機器人技術研究中心“在沈陽揭牌成立，這標志著我國的搜救機器人研究進入了一個更加快速發(fā)展的時期。2006年6月22日，由中國礦業(yè)大學可靠性與救災機器人研究所研制的國內首臺煤礦搜救機器人(樣機)在徐州誕生。這臺煤礦搜救機器人采用自主避障和遙控引導相結合的行走控制方式，能在煤礦災害發(fā)生后深入事故現(xiàn)場，探測火災溫度、瓦斯?jié)舛?、災害場景、呼救聲訊等信息，并實時回傳采集到的信息和圖像，為救災指揮人員提供重要的災害信息。同時，機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)助被困人員實施自救和逃生。2006年11月8日，山東省科學院自動化研究所聯(lián)合沈陽新松機器人有限公司申報的山東省2006年自主創(chuàng)新重大科技專項井下探險搜救機器人的研究正式通過審批。該項目將開展適合井下復雜路況和環(huán)境的探險搜救機器人的研究，攻克探險搜救機器人瓦斯等氣體、環(huán)境參數(shù)、生命探測等以及防水、防爆和無線通訊等關鍵技術，建立完善的探險搜救機器人開發(fā)和試驗環(huán)境，完成井下探險機器人和搜救機器人的研制和示范應用。(2) 國外搜救機器人的發(fā)展過程及現(xiàn)狀目前美國及日本的災害機器人研究機構已經(jīng)開始大量參加實際災害救援行動，通過與消防部門、災害應急機構等部門的合作，不斷積累實際救災經(jīng)驗。從這些實際需要出發(fā)來修改和完善搜救機器人的設計，以提高機器人對實際災害行動的適應能力。另外，為了促進國際間的災害搜救機器人相互交流，國際機器人聯(lián)合會每年舉辦一次搜救機器人大賽。RoboCupResuce作為RoboCup中的一個下屬賽事，在2000年成為RoboCup的正式比賽項目，當前包括仿真組和實物機器人兩種類型的比賽。這兩種研究成果的集成將創(chuàng)造未來數(shù)字化的國際救援隊。2003年澳大利亞SIMTARS煤礦研究人員與美國機器人輔助救援中心(CRASAR)合作，開發(fā)了一個煤礦災害搜救機器人，并在澳大利亞昆士蘭州的15米地下訓練場進行了試驗。這個機器人專門是為礦山災害而研制。它的尺寸大小像一個蜂蜜罐子，它可以通過地面的鉆孔進入煤礦井下然后爬過障礙物和泥漿，利用傳感器搜尋被困礦工，探測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。種機器人在通過鉆孔時像一條蛇一樣將自己擠過巖石，一旦到達井下地面，它就會像一個小型坦克一樣行動，搜尋被困礦工。CRASAR希望能夠進一步為該機器人添加新型的醫(yī)學傳感器讓救援義務人員能夠通過觀看、交談、診斷的方式來了解被困礦工的健康狀況。三、 畢業(yè)設計（論文）所用的主要技術與方法：移動機構作為救災機器人的移動載體,必須具備以下特點:一定的移動速度和低能耗;良好的姿態(tài)穩(wěn)定性和高運動精度;能夠適應各種各樣的地理環(huán)境,有一定的爬坡和越障能力。 現(xiàn)有的救災機器人移動機構主要有:無肢運動(以蛇形機器人為主) 、輪式、腿式、輪腿式和履帶式等。 蛇形機器人具有運動穩(wěn)定性好、適應地形能力強和高的牽引力等特點,但多自由度的控制困難,運動速度低;輪式機器人具有結構簡單、重量輕、輪式滾動摩擦阻力小和機械效率高等特點,但越過壕溝、臺階的能力差;腿式機器人具有適應地形能力強的特點,能越過大的壕溝和臺階,其缺點是速度慢;輪腿式機器人融合腿式機構的地形適應能力和輪式機構的高速高效性能,其缺點是結構相對復雜;履帶式機器人地形適應能力強,動載荷小,設計緊湊,其缺點是重量大,能耗大。根據(jù)本題目的設計要求及技術特點，采用同步帶雙擺臂結構。1擺臂 2擺臂驅動電機 3擺臂驅動電機4同步帶 5電池箱 6回轉平臺 7驅動電機機動平臺總體方案簡圖機器人本體和擺臂都采用直流電機驅動，其原因有以下幾點：1、直流電機控制起來相對較方便，容易實現(xiàn)機器人的移動、轉動、調速等；2、電驅動的扭矩很好 3、電機驅動不會有大量的熱量排出，而且噪聲很小。綜合考慮，機器人本體采用后輪驅動，通過齒輪傳動將其動力傳給前輪。四、 主要參考文獻與資料獲得情況：1 美丹尼斯.克拉克 邁克爾.歐文斯著.宗光華，張慧慧譯.機器人設計 與控制.北京：科學出版社，20042 張光裕.工程機械底盤構造與設計.中國建筑工業(yè)出版社3 達太，馬香峰.工業(yè)機器人應用.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.自主移動機器人導論.西 安：西安交通大學出版社，2006.85 周建釗.底盤結構與原理.國防工業(yè)出版社6 白興.機器人學.清華大學出版社.20027 白興，張鐘俊.機器人技術的發(fā)展機器人.1987, 3: 58-628 黃永志，陳衛(wèi)東.兩輪移動機器人運動控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn).機器人.2004 (1): 40-448、時間進程設計進程實習或設計內容第 4 周在校完成實習報告、實習日記、開題報告第 5 周通過資料了解整個系統(tǒng)的構成第 6 周了解整個系統(tǒng)的各個機構及相關第 7 周研究方案并做出修改和調整第 8 周總體方案設計