履带式移动机器人结构设计开题报告

毕业设计（论文）开题报告题 目履带式移动机器人结构设计系 部机电系专 业机械工程及自动化学生姓名学号指导教师职称毕设地点1课题综述1.1履带式移动机器人设计的意义在世界各地，由于自然灾害、恐怖活动和各种突发事故等原因，灾难经常发生。 在灾难救援中，救援人员只有非常短的时间(约48小时)用于在倒塌的废墟中寻找幸存者，否则发现幸存者的几率几乎为0。 在这种紧急而危险的环境下，救灾机器人可以为救援人员提供帮助。 因此，将具有自主智能的救灾机器人用于危险和复杂的灾难环境下“搜索和营救”。它们不但能够帮助工作人员执行救援工作，而且能够代替工作人员执行搜救任务，在灾难救援中起着越来越重要的作用。具体表现为: (1)机器人具有灵活性好、机动性强的特点，有较好的爬坡和越障能力，能适应现场各种各样的地理环境。 比如，蛇形救灾机器人能适应任何的复杂环境，在井下能自由运动。 (2)机器人的探测技术发展迅速，能迅速找到井下遇险矿工的位置。 机器人利用传感器通过探测井下遇险矿工的呻吟声、体温的变化及心脏跳动的频率的信息能找到他们的位置。 其次，机器人的视频探测器(CCD摄像头)具有信息直观、能实现计算机辅助控制等特点，可以将现场环境的图像返回到救灾中心，为进1步控制机器人的运动方向，制定下1步救灾的方案提供决策依据。 最后，机器人还能进入井下区域，监测事故现场(如温度、瓦斯以及有害气体的浓度)的变化，防止事故的2次发生。 (3)机器人具有为井下遇险矿工投放小包食品、药物和通讯装置等辅助功能，能有效地减少遇险矿工的伤亡人数。1.2履带式移动机器人国内外的现状从20 世纪80 年代起，国外就对小型履带式机器人开展了系统研究。其中影响较大的是美国的NUGV 机器人、URBOT 和Talon 机器人。我国对履带式机器人的研究也取得了一定成果，如北京航空航天大学研制的可重构履腿机器人、沈阳自动化研究所研制的CLIMBER 机构履腿机器人、沈阳自动化研究所研制的CLIMBER 机器人、北京理工大学研制的四履腿机器人等。综合分析国内外所研究的履带式移动机器人，大致可分为单节双履带式、双节四履带式、多节多履带式、多节轮履复合式以及自重构式移动机器人。（1）单节双履带式移动机器人由中国航天科工集团第四研究院探测与控制技术研究所研制的雪豹20 是我国新一代排爆机器人，用于代替人工在危险区域进行危险物搜索和排除，以减少人员伤亡。该机器人能适应野外恶劣环境，能够抓取15kg 重的可疑物，可放置带线引爆装置；通过更换专用手抓可实现不同形状目标的抓取由美国白特尔公司（Battelle）开发的ROCOMP 机动平台主要用于运输军用物资，其可上下楼梯和斜坡，能通过窄小房间和过道，采用无线电控制或按计算机预编程路线行驶，行驶中还能自动避开障碍物。雪豹20 机器人（2）双节双履带式移动机器人Quince 是一款由日本千叶工业大学开发的小型机器人。其体积只有玩具车大小，配备有四套滚轮、踏板设备以及6 个电灯马达。Quince 机器人的机械手灵活到足以抓住门把手而打开门，可以运送食物或其他补给品，尤其是传感器，它装备的红外感应器同时也是二氧化碳探测器，能够监测人体呼吸和体温状况。Quince 机器人美国iRobot 公司的Warrior（斗士）机器人，其已与日本国产清扫机组合，依靠履带在建筑物内进行移动清扫作业，此组合也可用于其他作业。Warrior 机器人（3）多节多履带式移动机器人由中国航天科工集团第四研究院探测与控制技术研究所研制的“排爆奇兵”机器人，其是我国新一代排爆机器人，用于代替人工在危险区域进行危险物搜索和排除。该机器人能适应野外恶劣环境，能够抓取20kg 重的可疑物，可放置带线引爆装置，通过更换专用手抓可实现不同形状目标的抓取。“灵蜥-B”型遥控移动式作业机器人是一种具有抓取、销毁爆炸物等功能的新型机器人。它由本体、控制台、电动收缆装置和附件箱四部分组成，体形“矫健” 由电池电力驱动，可维持工作数小时；三段履带的设计可以让机器人平稳上下楼梯，跨越0.45m 高的障碍，实现全方位行走，具备较强的地面适应能力。“排爆奇兵”机器人（4）多节轮履复合式移动机器人轮履复合式一般为3 节，其中间为轮式，两端为履带臂。这种结构形式既可以充分发挥轮子的快速功能，又可以突出履带良好的地面适应性。目前国内外正在积极开发该种机器人。像Y.Maeda 等多功能机器人、Andros 系列机器人以及中科院沈阳自动化所研制的CLIMBER 机器人等。美国Remotec 公司（诺思罗普-格鲁曼集团下属全资子公司） 生产的MINI Andros II 机器人，其是Andros F6A 机器人的小型化版本，质量54kg，最大越障碍高度0.25m，轮胎可快速拆卸变为履带模式，可自由攀爬楼梯。Andros 系列机器人已经有600 多台在服役，用户包括SWAT、美国海军陆战队等。MINI Andros II 机器人2001 年研制的Andros F6A 机器人如图6 所示，其也是美国Remotec 公司的产品，自重160kg，最大抓重25kg；行进速度5.5km/h，连续可调；爬坡能力45，可自行上楼梯；机械手底盘可旋转，轮胎可快速拆卸变为履带模式；可快速装备北约标准12 号散弹枪、催泪弹发射器、烟幕发射器、激光或视频瞄准器等。2003 年开始在伊拉克使用。Andros F6A 机器人履带式移动机器人具有较强的实用性和广泛的适用性。履带式机器人的研究与发展将方便人民日常的生产生活同时也方便了科学探测。参考文献1 Paul J L，NICHOLAS F，TORRIE M R，et alChaos an intelligent tracks，and legsC. Proceedings of SPIE，2005（5804）：427-4382 GRUARNIERI M，DEBENEST P，INOH T，et al Development ofhelios VII: an arm-equipped tracked vehicle foe search an searchand rescure operations CProceedings of 2004 IEEE/RSJInternational Conference on intelligent Robots and Systems，SendaiJanpan，2004：39-453 FRANCOIS M，DOMINIC EMulti-modal locomotion robotic platformusing leg-track-wheel articulations JAutonomous Robots，2005（18）：137-1564 王挺，王超越，赵忆文多机构符合智能移动机器人的研制J机器人，2004，26（4）：289-2945 陈淑艳，陈文家履带式机器人研究综述J机电工程，2007，24（12）：109-1126 Paul J L，NICHOLAS F，TORRIE M R，et alChaos an intelligenttracks，and legsC. Proceedings of SPIE，2005（5804）：427-4387 徐威，于新瑞，汪国宝，等自重构机器人的自组织变形J机器人，2002，24（6）：521-5258 Yim M，Duff D G，Roufas K DPolyBot：a modular reconfigurablerobotJ Proc IEEE/ICRA00，20009 Yoshida E，Murata S，et alA distributed reconfiguration methodfor 3D homogeneous structureJ Proc IEEE/IROS98，199810 孙鹏，陆怀民，郭秀丽. 一种轮履复合式森林巡防机器人J. 森林工程，2010，26（1）：29-32.11 Rus D，Vona MA physical implementation of self-reconfiguringcrystalline robotJ Proc IEEE/ICRA00，200012 Chirikjian G，Pamecha ABounds for self-reconfiguration of metamorphicrobotsJ Proc IEEE/ICRA96，199613 Fukuda T，Kaga T，Sekiyama KThe meaning of functional reconfigurationunder the dynamic environment and system behavior J ProcIEEE/IROS96，199614 费燕琼，张鑫，夏振兴自重构模块化机器人的运动空间及自变形算法J机械工程学报，2009，45（3）：197-20215 YOSHIDA E，MURATAS，KAMIMURA A，et alA self -reconfigurable modular robot reconfiguration planning andexperiments JInternational Journal of Robotics Research，2002，21（10-11）：903-91516 FRANCOIS M，DOMINIC EMulti -modal locomotion roboticplatform using leg -track -wheel articulations JAutonomousRobots，2005（18）：137-1561. 毕业设计任务要研究或解决的问题和拟采用的方法：2.1研究及解决的问题1、 履带式移动机器人发动机的选择2、 履带式移动机器人传动系统的设计3、 履带式移动机器人减震系统的设计4、 履带式移动机器人履带的设计及选择5、 绘制履带式移动机器人装配图2.2 采用的方法1、根据所需要的提供功率和扭矩选择查阅资料选择发动机2、根据最终要求的移动速度，结合发动机、履带轮等机构初步估算传动比，然后根据估计得到的传动比设计减速器3、参照已有移动机器人上的实例设计减震系统4、根据地面情况、车身重量、驱动节圆半径等参数设计选择履带5、运用CAD绘制二维装配图级零件图或者Proe、UG建三维模型，装配后直接出二维图指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见和对毕业设计（论文）结果的预测）：指导教师签字： 年 月 日上级审查意见： 负责人签字： 年 月 日