履帶式搜救機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),履帶式搜救機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),履帶式,搜救,機(jī)器人,機(jī)械,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 前言 畢業(yè)實(shí)習(xí)是我們機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)中不可缺少的組成部分，并作為一個(gè)獨(dú)立的項(xiàng)目列入專業(yè)教學(xué)計(jì)劃中的。其目的在于通過(guò)實(shí)習(xí)使我們獲得基本生產(chǎn)的感性知識(shí)，理論聯(lián)系實(shí)際，擴(kuò)大知識(shí)面；了解這些工廠的生產(chǎn)情況，與本專業(yè)有關(guān)的各種知識(shí)，各廠工人的工作情況等等。親身感受了所學(xué)知識(shí)與實(shí)際的應(yīng)用；同時(shí)畢業(yè)實(shí)習(xí)又是鍛煉和培養(yǎng)我們業(yè)務(wù)能力及素質(zhì)的重要渠道，培養(yǎng)當(dāng)代大學(xué)生具有吃苦耐勞的精神，也是我們接觸社會(huì)、了解產(chǎn)業(yè)狀況、了解國(guó)情的一個(gè)重要途徑，逐步實(shí)現(xiàn)由學(xué)生到社會(huì)的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)我們初步擔(dān)任技術(shù)工作的能力、初步了解企業(yè)管理的基本方法和技能；體驗(yàn)企業(yè)工作的內(nèi)容和方法。這些實(shí)際知識(shí)，對(duì)我們學(xué)習(xí)后面的課程乃至以后的工作，都是十分必要的基礎(chǔ)。 1．實(shí)習(xí)目的和意義 隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)煤炭的需求量在逐年增加，但由于煤炭生產(chǎn)多是在井下作業(yè)，井下環(huán)境惡劣、條件復(fù)雜、災(zāi)害嚴(yán)重，時(shí)刻受到水、火、瓦斯、煤塵的威脅，煤礦事故時(shí)有發(fā)生，因此礦井是最迫切需要機(jī)器人的地方。煤礦井下搜救機(jī)器人的越障能力是其能否發(fā)揮作用的重要因素，本文首先提出了機(jī)器人總體設(shè)計(jì)方案，然后從運(yùn)動(dòng)學(xué)角度分析了機(jī)器人克服臺(tái)階、溝槽、斜坡等典型障礙的運(yùn)動(dòng)機(jī)理及其最大越障能力并建立數(shù)學(xué)模型給出奇異位置，為確定機(jī)器人在煤礦井下復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)能力提供理論依據(jù)。 考慮到礦井自然條件差，加上技術(shù)和管理等諸多方面不到位，以及近年來(lái)國(guó)家對(duì)煤炭資源需求量的不斷增長(zhǎng)，使得我國(guó)煤礦礦井災(zāi)害事故頻繁發(fā)生，人員傷亡十分慘重，災(zāi)害后的救援工作又是極為困難和危險(xiǎn),因此研發(fā)具有環(huán)境探測(cè)和搜救功能的煤礦救災(zāi)機(jī)器人十分必要。在救援初期,主要使用災(zāi)后救災(zāi)機(jī)器人,其主要作用是代替礦山救護(hù)人員進(jìn)入災(zāi)區(qū),進(jìn)行環(huán)境探測(cè),并將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送至救援指揮中心,這些環(huán)境信息主要包括瓦斯、CO、氧氣的濃度,環(huán)境溫度、濕度與粉塵情況,以及災(zāi)區(qū)的通風(fēng)狀況的參數(shù),還應(yīng)包括生命和圖像等信息,為救災(zāi)決策提供重要參考 由于煤礦災(zāi)害尤其是瓦斯煤塵爆炸事故發(fā)生后,礦井環(huán)境十分復(fù)雜,井下因?yàn)?zāi)受傷人員面臨極其危險(xiǎn)的狀況,需盡快地轉(zhuǎn)移與救護(hù);而救援工作異常困難和危險(xiǎn),往往在救援工作中造成救護(hù)人員的傷亡。研發(fā)代替或部分代替救護(hù)人員及時(shí)、快速深入礦井災(zāi)區(qū)進(jìn)行環(huán)境探測(cè)和搜救工作的救災(zāi)機(jī)器人具有極其重要的意義。 2．國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2.1國(guó)外研究狀況： 目前，在救災(zāi)機(jī)器人研究方面，美國(guó)走在了世界的前列，美國(guó)在微小型機(jī)器人研制方面投入了大量的人力和物力，特別是新型、高機(jī)動(dòng)、高可靠性移動(dòng)載體研究方面。如美國(guó)移動(dòng)機(jī)器人(TMR)計(jì)劃中的便攜式機(jī)器人系統(tǒng)(MPRS)．該類機(jī)器人主要用于城市戰(zhàn)斗與搜救。如美國(guó)智能系統(tǒng)和機(jī)器人中心開(kāi)發(fā)的RATLER礦井探索機(jī)器人用于災(zāi)難后的現(xiàn)場(chǎng)偵查工作，采用電傳遙控方式，有主動(dòng)紅外攝像機(jī)、無(wú)線射頻信號(hào)收發(fā)器、陀螺儀和危險(xiǎn)氣體傳感器等裝備。無(wú)線遙控距離約76 米。美國(guó)南佛羅里達(dá)大學(xué)研制的Simbot礦井搜索機(jī)器人,小巧靈活，攜帶數(shù)字低照度攝像機(jī)和基本氣體監(jiān)視組件，可以通過(guò)一個(gè)鉆出的小洞鉆進(jìn)礦井，越過(guò)碎石和爛泥，并使用其攜帶的傳感器發(fā)現(xiàn)受害礦工，探測(cè)氧氣、甲烷氣體含量，生成礦井地圖。 下圖為美國(guó)及其它國(guó)家在研的各種履帶式可變形機(jī)器人： 如圖2-1,2-2所示，這是美國(guó)iRobot的一種較小型“PackBot”機(jī)器人，現(xiàn)服役于美國(guó)軍隊(duì)，這個(gè)“PackBot”搭配了一個(gè)爆炸物感應(yīng)系統(tǒng)，有效地探測(cè)炸彈。目前這種測(cè)試系統(tǒng)還處于實(shí)驗(yàn)階段?！癙ackBot”機(jī)器人還以進(jìn)行挖掘和拆彈工作。配備了稱為“explosive ordnance disposal”(eod)和工程師的全套工具，可以對(duì)土壤進(jìn)行挖掘，然后舉起相當(dāng)于自身重量2倍的炸彈。 圖2-2這種iRobot SUGV的機(jī)器人是一種小型地面探測(cè)車，重量?jī)H為30磅。它帶有一個(gè)稱為“tactical head”的頭部，還有一個(gè)相機(jī)、一個(gè)紅外感應(yīng)器和一個(gè)可即時(shí)傳送影像的攝像頭。 圖2-1 RackBot準(zhǔn)備展開(kāi) 圖2-2 SUGV機(jī)器人 Foster-miller公司研制了Talon機(jī)器人，該機(jī)器人采用履帶方式行進(jìn)，內(nèi)部裝備有兩臺(tái)普通直流電機(jī)，電機(jī)通過(guò)兩根鏈條帶動(dòng)履帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)；另外機(jī)器人前后履帶輪中間安裝有一小型承重輪，該輪不僅能承載一部分負(fù)荷同時(shí)也能在機(jī)器人轉(zhuǎn)向時(shí)起到支撐作用，減少履帶與地面之間的摩擦，提高機(jī)器人轉(zhuǎn)向能力。Talon機(jī)器人可以完成各種偵察、巡邏工作。機(jī)器人外形參數(shù)尺寸為86.4cm×57.2cm×27.9 cm，重約39Kg，能潛水30.5m，爬45度斜坡。 圖2-3 Talon機(jī)器人 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)器人專門是為礦山災(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。這種機(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，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。 Inuktun公司推出的UGTV機(jī)器人具有獨(dú)特履帶可變形功能(如圖2-4所示)，可以輔助攀爬和擴(kuò)大機(jī)器人視野，曾在“911”事件的搜救任務(wù)中大顯身手；加拿大Sherbrook大學(xué)研制的AZIMUT機(jī)器人(如圖2-5所示)，該機(jī)器人采用輪、履、腿復(fù)合移動(dòng)機(jī)構(gòu)，具有四個(gè)履腿模塊，每個(gè)履腿模塊與本體相連接時(shí)有3個(gè)自由度，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)功能多樣，越障能力強(qiáng)，上下臺(tái)階方便；但結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，僅電機(jī)就有12個(gè)，運(yùn)動(dòng)控制困難，該機(jī)器入主要用于室內(nèi)環(huán)境執(zhí)行反恐、排爆任務(wù)。 圖2-4 UGTV機(jī)器人 圖2-5 AZIMUT機(jī)器人 僅在一兩年前，德國(guó)公司出品了一款防爆機(jī)器人，現(xiàn)在2006年的新一代機(jī)器人已經(jīng)上市了，其結(jié)構(gòu)比以前的更加輕便，體積更小。這款機(jī)器人依靠一個(gè)靈活的小型系統(tǒng)有了和一些大型機(jī)器人一樣的功能。 這款機(jī)器人依靠一個(gè)靈活的小型系統(tǒng)從而有了一些與大型機(jī)器人類似的功能，所以它小得以至于可以在地鐵車廂或者飛行工具里操作，同時(shí)又足夠大得可以直接處理一些在所有現(xiàn)行飛機(jī)的頭頂貯藏室里的可疑項(xiàng)目處理。 圖2-6 telemax 這款產(chǎn)品具有很大的創(chuàng)新價(jià)值，經(jīng)過(guò)數(shù)十年經(jīng)驗(yàn)的累計(jì)取得了變結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的重大發(fā)展。 圖2-7 telemax行走姿勢(shì) 它的機(jī)械結(jié)構(gòu)由4個(gè)獨(dú)立履帶齒輪驅(qū)動(dòng)技術(shù)提供了非凡的移動(dòng)力，它可以爬坡45度，并且可以越障500mm的高度，它做的比其它很多類似機(jī)器人都好，它的可伸展的上臂加上一個(gè)高度可調(diào)的地盤，給予了這款機(jī)器人一個(gè)可達(dá)到的非凡的垂直高度2350mm。它的鉗子可以吊起重達(dá)5Kg的貨物，這就意味著它可以裝配彈道系統(tǒng)和其它工具。 圖2-8 telemax防爆機(jī)器人 2.2國(guó)內(nèi)研究現(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（如圖2-9所示）。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?、?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。 圖2-9CUMT-1型礦井搜救機(jī)器人 3． 履帶式移動(dòng)機(jī)與其它行走機(jī)構(gòu)之間的對(duì)比 3.1履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)特點(diǎn) 履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)分為l條履帶、2條履帶(履帶可車體左右布置或者車體前后布置)、3條履帶、4條履帶．6條履帶，移動(dòng)方式優(yōu)點(diǎn)在于機(jī)動(dòng)性能好、越野性能強(qiáng)，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量大、摩擦阻力大，機(jī)械效率低，在自身重量比較大的情況下會(huì)對(duì)路面產(chǎn)生一定的破壞。履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)比較輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)有以下幾個(gè)特點(diǎn)： (1)撐面積大、接地比壓小、滾動(dòng)阻尼小、通過(guò)性比較好： (2)越野機(jī)動(dòng)往能好，爬坡越溝等性能均優(yōu)于輪式結(jié)構(gòu)； (3)履帶支撐面上有履齒不打滑，牽引附著性能好； (4)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜重量大，運(yùn)動(dòng)慣性大，減震功能差，零件易損壞。 3.2履、腿式移動(dòng)機(jī)構(gòu)特點(diǎn) 履腿復(fù)合移動(dòng)機(jī)構(gòu)綜合了履帶式和腿式兩種移動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，在地面適應(yīng)性能、越障性能方面有良好表現(xiàn)。履帶移動(dòng)機(jī)構(gòu)地面適應(yīng)性能好，在復(fù)雜的野外環(huán)境中能通過(guò)各種崎嶇路面，它的活動(dòng)范圍廣，性能可靠，使用壽命長(zhǎng)，輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)無(wú)法與其比擬，適合作為機(jī)器人的推進(jìn)系統(tǒng)；傳統(tǒng)履帶移動(dòng)機(jī)構(gòu)往往是兩條履帶與車身相對(duì)固定，很大程度上限制了機(jī)器人地形適應(yīng)能力(此時(shí)機(jī)器人履帶高度和長(zhǎng)度直接決定了機(jī)器人越障、跨溝等性能)，為了解決該問(wèn)題履式移動(dòng)系統(tǒng)中引入了關(guān)節(jié)履帶機(jī)構(gòu)，兩條履帶不再相對(duì)車體固定而是能繞車身轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣能大大提高機(jī)器人的環(huán)境適應(yīng)能力，但履、腿復(fù)合機(jī)構(gòu)本身存在著一定的不足如結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)動(dòng)控制困難等。 (1)腿式機(jī)器人的地形適應(yīng)能力強(qiáng)。腿式機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡由一系列離散點(diǎn)組成，崎 嶇地形可以給這些離散點(diǎn)提供支撐，使機(jī)器人平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)；而輪式和履帶式機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)是連續(xù)規(guī)跡，有些起伏較大的地形則不支持這種連續(xù)運(yùn)動(dòng)軌跡，進(jìn)而限制了該類機(jī)器人活動(dòng)范圍。 (2)腿式機(jī)器人的腿部具有多個(gè)自由度，運(yùn)動(dòng)更具有靈活性，通過(guò)調(diào)節(jié)腿的長(zhǎng)度可 以控制機(jī)器人重心位置，因此不易翻倒，穩(wěn)定性更高； (3)腿式機(jī)器人的身體與地面分離，這種機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)在于機(jī)器人身體可以平穩(wěn)地運(yùn)動(dòng)而不必考慮地面的租糙程度和腿的放位置，8腿移動(dòng)機(jī)器人特點(diǎn)是穩(wěn)定性好，越野能力強(qiáng)。 腿式移動(dòng)機(jī)構(gòu)缺點(diǎn)有：(1)該類機(jī)器人的移動(dòng)速度慢，機(jī)動(dòng)性較差．因此機(jī)器人的負(fù)載不能太重；(2)腿式機(jī)器入對(duì)地面適應(yīng)性和運(yùn)動(dòng)靈活性需要進(jìn)一步提高；(3)腿式機(jī)器人控制系統(tǒng)較為復(fù)雜，控制方法還有待完善；(4)該機(jī)構(gòu)未進(jìn)入實(shí)用化階段。 3.3輪、履、腿式移動(dòng)機(jī)構(gòu)性能比較 車輪式，履帶式、腿足式移動(dòng)系統(tǒng)性能比較見(jiàn)表3-1所示。 移動(dòng)機(jī)構(gòu)方式 輪式 履帶式 腿式 移動(dòng)速度 快 較快 慢 越障能力 差 一般 好 機(jī)構(gòu)復(fù)雜程度 簡(jiǎn)單 一般 復(fù)雜 能耗量 小 較小 大 機(jī)構(gòu)控制難易程度 易 一般 復(fù)雜 表3-1典型移動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能對(duì)比表 4．煤礦井下搜救機(jī)器人總體設(shè)計(jì)及越障分析 由于煤礦井下環(huán)境的特殊性和復(fù)雜性煤礦井下搜救機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)須滿足適合井下復(fù)雜地形、防爆、防碰撞等要求，同時(shí)所載的子系統(tǒng)安裝、使用要方便。 在地面移動(dòng)機(jī)器人家族中，履帶機(jī)器人具有很強(qiáng)的地形適應(yīng)性，能夠適應(yīng)惡劣的路面條件，因此得到了廣泛的應(yīng)用。但普通的履帶移動(dòng)移動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量大，運(yùn)動(dòng)慣性大，減震性能差，零件易損壞。為克服普通履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)，給煤礦井下搜救機(jī)器人履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)加裝前擺。機(jī)器人加裝前擺臂的優(yōu)點(diǎn)：機(jī)器人重心將前移，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人爬坡和越障的功能，穩(wěn)定性將更好；實(shí)現(xiàn)機(jī)器人傾翻后自復(fù)位。為提高其地形適應(yīng)性，前擺臂兩個(gè)擺臂關(guān)節(jié)單獨(dú)控制和單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。 總體設(shè)計(jì)方案如圖4-1所示。采用后輪驅(qū)動(dòng)，差速轉(zhuǎn)向，可實(shí)現(xiàn)原地360°轉(zhuǎn)向。擺臂電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)擺臂可在360°范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)，提高機(jī)器人跨越溝槽和爬越臺(tái)階的越障的能力和翻轉(zhuǎn)后自復(fù)位的功能。 1-后輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其組件 2-擺臂電機(jī)及其組件 3-主履帶 4-擺臂履帶 5-齒輪 圖4-1煤礦井下搜救機(jī)器人總體方案 4.1越障分析 4.1.1跨越臺(tái)階 （1）越障機(jī)理分析 當(dāng)機(jī)器人在爬越臺(tái)階時(shí)，機(jī)器人履帶底線與地平面之間的夾角將隨時(shí)間而逐漸增加，其重心越過(guò)臺(tái)階的支撐點(diǎn)時(shí)，機(jī)器人就跨過(guò)了臺(tái)階，完成爬越動(dòng)作。 （2）越障過(guò)程分析 煤礦井下搜救機(jī)器人爬越臺(tái)階的過(guò)程如圖2所示，機(jī)器人借助擺臂的初始擺角，在履帶機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下，使其主履帶前端搭靠在臺(tái)階的支撐點(diǎn)上，機(jī)器人繼續(xù)移動(dòng)，驅(qū)動(dòng)擺臂逆時(shí)針擺動(dòng)，當(dāng)機(jī)器人重心線越過(guò)臺(tái)階邊緣時(shí)，旋轉(zhuǎn)擺臂關(guān)節(jié)，機(jī)器人在自身重力影響下，車體下移。機(jī)器人成功地爬越臺(tái)階。 圖4-2機(jī)器人爬越臺(tái)階過(guò)程 由運(yùn)動(dòng)過(guò)程可以看出，機(jī)器人在越障第三階段圖4-2（C）重心的位置處于臨界狀態(tài)，機(jī)器人重心只有越過(guò)臺(tái)階邊緣，機(jī)器人才能成功的越過(guò)障礙。由此可分析出機(jī)器人的最大越障高度。 圖4-3機(jī)器人上臺(tái)階臨界狀態(tài)示意圖 由圖4-3所示幾何關(guān)系可得： （1） 變換式（1）可得： （2） （3） 利用式（3）求出，代入式（2）可算出機(jī)器人跨越障礙的最大高度。 4.1.2跨越溝槽 （1）越障機(jī)理分析 對(duì)于小于機(jī)器人前后履帶輪中心距地溝槽，因機(jī)器人重心在機(jī)器人車體內(nèi)，當(dāng)機(jī)器人重心越過(guò)下一個(gè)溝槽的支撐點(diǎn)時(shí)，機(jī)器人就越過(guò)了溝槽，完成了跨越動(dòng)作。也可能由于重心未能過(guò)去，傾翻在溝槽內(nèi)。當(dāng)溝槽大于中心距時(shí)，履帶式機(jī)器人可以看做爬越凸臺(tái)障礙。 （2）越障分析 履帶式移動(dòng)機(jī)器人跨越溝槽時(shí)，機(jī)器人重心不斷向前移動(dòng)，當(dāng)重心越過(guò)溝槽邊緣時(shí)，受重力作用，機(jī)器人將產(chǎn)生前傾現(xiàn)象，運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定。由機(jī)器人質(zhì)心變化規(guī)律可知機(jī)器人重心在以r為半徑的圓內(nèi)[2]，由于擺臂展開(kāi)后機(jī)器人履帶與地接觸長(zhǎng)度變大，為了計(jì)算最大跨越壕溝寬度，擺臂履帶應(yīng)處于展開(kāi)狀態(tài)[3]。 圖4-4跨越溝槽示意圖 機(jī)器人在平地圖4-4（a）跨越溝槽的寬度： （4） 在角度為的斜坡圖4-4(b)上跨越溝槽的寬度： （5） 4.2斜坡運(yùn)動(dòng)分析 機(jī)器人在斜坡上運(yùn)動(dòng)時(shí)，其受力情況如圖4-5所示，機(jī)器人勻速行駛或靜止時(shí)，其驅(qū)動(dòng)力： （6） 圖4-5機(jī)器人上坡受力示意圖 最大靜摩擦力系數(shù)為，則最大靜摩擦力為： （7） 當(dāng)時(shí)，機(jī)器人能平穩(wěn)行駛。 當(dāng)時(shí)，機(jī)器人受重力的影響將沿斜面下滑。 已知煤礦井下機(jī)器人在井下地面最大靜摩擦系數(shù)，則機(jī)器人爬越的最大坡度為: （8） 爬坡時(shí)克服摩擦力所需的最大加速度為： （9） 通過(guò)上述分析，可以根據(jù)機(jī)器人履帶與運(yùn)動(dòng)面的摩擦系數(shù)來(lái)確定一些陡坡是否能夠安全爬升，并根據(jù)坡度和電機(jī)的特性，確定其運(yùn)動(dòng)過(guò)程最大加速及爬升都陡坡的快速性。 5．設(shè)計(jì)性能及指標(biāo) 如圖5-1 L1=950mm,L2=450mm,R=225mm,r=100mm,B(車體寬度)=750mm 車體質(zhì)量為80kg,每個(gè)擺臂質(zhì)量為5kg,機(jī)器人做直線運(yùn)動(dòng)最大速度等于2.5m/s,自備電源運(yùn)行時(shí)間大于等于4小時(shí)。 6．履帶式搜救機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì) 目前便攜式、履帶機(jī)器人在民用領(lǐng)域主要用途是安全監(jiān)視、反恐、排爆、消防、搜救；在軍事領(lǐng)域主要用途是洞穴、建筑物勘測(cè)、掃雷、破障、生化戰(zhàn)劑探測(cè)等；但這還遠(yuǎn)不能滿足目前日益增長(zhǎng)的生產(chǎn)、生活需求和軍事需求，正因?yàn)槿绱?，世界各?guó)開(kāi)始積極拓展小型履帶式機(jī)器人的使用范圍，包括將便攜式履帶機(jī)器人用于家庭服務(wù)、科學(xué)考察、充當(dāng)旅行助手或者是在戰(zhàn)爭(zhēng)中用于目標(biāo)指示、火力發(fā)射、戰(zhàn)術(shù)運(yùn)輸、通信中繼等。 通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外履帶式搜救機(jī)器人的現(xiàn)狀的分析，可以看出履帶式搜救機(jī)器人今后的發(fā)展有以下幾個(gè)方面的趨勢(shì)： （1）結(jié)構(gòu)上，趨向小型、微型。 （2）運(yùn)動(dòng)上，趨向全方位，更靈活，更具自主性?，F(xiàn)有的履帶移動(dòng)機(jī)器人，局限在一般的地面環(huán)境里，以后會(huì)要求機(jī)器人能在越來(lái)越多的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)多維運(yùn)動(dòng)、過(guò)渡運(yùn)動(dòng)，能夠?qū)Νh(huán)境進(jìn)行識(shí)別，能適應(yīng)未知環(huán)境。 （3）在用途上，趨向于功能多功能化。比如拓展其應(yīng)用到軍事上，用于軍事偵察，甚至于軍事攻擊。 7．實(shí)習(xí)小結(jié) 通過(guò)本次畢業(yè)實(shí)習(xí)，使我對(duì)國(guó)內(nèi)外的機(jī)器人發(fā)展有了更加深刻的了解，開(kāi)闊了視野。使我對(duì)以往所學(xué)的知識(shí)有了更進(jìn)一步的鞏固，對(duì)以前沒(méi)接觸過(guò)的知識(shí)有了深刻地了解，讓我對(duì)所設(shè)計(jì)的課程的具體結(jié)構(gòu)有了深入認(rèn)識(shí)。同時(shí)，我也對(duì)現(xiàn)代加工方法有了一定的認(rèn)識(shí)，與傳統(tǒng)的加工方法相比，提高了加工生產(chǎn)效率，大大減少了勞動(dòng)力，減輕了勞動(dòng)工人的作業(yè)強(qiáng)度。也讓我們真正認(rèn)識(shí)到科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力的重要性。同時(shí)，我們也認(rèn)識(shí)了機(jī)械方面的先進(jìn)技術(shù)和高科技領(lǐng)域，使我們以后從事機(jī)械方面的發(fā)展有了新的認(rèn)識(shí)。 最后我要感謝畢業(yè)實(shí)習(xí)指導(dǎo)老師鄧?yán)蠋?，在此次?shí)習(xí)過(guò)程中鄧?yán)蠋熃o了我很多幫助，也感謝我們畢業(yè)設(shè)計(jì)同組的同學(xué)們，在此次實(shí)習(xí)中他們也給予了我很多幫助，謝謝！ 參考文獻(xiàn) [1] Gordon McComb主編. 機(jī)器人設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn). 北京：科學(xué)出版社 2008 [2] 濮良貴 主編. 機(jī)械設(shè)計(jì)[第八版].北京：高等教育出版社，2006 [3] 徐元呂 主編. 工業(yè)機(jī)器人.北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2006 [4] 李科杰．危險(xiǎn)作業(yè)機(jī)器人發(fā)展戰(zhàn)略研究[J]．機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用2003(5)：14-22 [5] 李東曉. 機(jī)器人技術(shù)在煤礦自動(dòng)化中的應(yīng)用 .煤炭科學(xué)技術(shù).2007 [6] 錢善華 王勇等. 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