履帶機器人驅動機構及關節機構設計

摘   要

煤礦災害尤其是瓦斯煤塵爆炸事故發生后,礦井環境十分復雜,井下因災受傷人員面臨極其危險的狀況,需盡快地轉移與救護；而救援工作異常困難和危險,往往在救援工作中造成救護人員的傷亡。研發代替或部分代替救護人員及時、快速深入礦井災區進行環境探測和搜救工作的救災機器人具有極其重要的意義。

本論文研究工作的目的是設計結構新穎、具有獨創性的可攜帶、抗一定沖擊的履帶移動機器人，以能夠適應在惡劣環境和復雜路況下工作。通過在移動系統上加載不同的模塊，能夠實現搜救機器人不同的使用功能。

本研究所設計的搜救機器人移動方案是履帶式驅動結構。該方案采用模塊化設計，便于拆卸維修，可以分段自適應復雜路面，并可主動控制兩側翼板模塊的轉動來調節機器人姿態變化，輔助爬坡、越障和跨溝；機器人經過合理的結構布局和設計后具有良好的環境適應能力、機動能力并能抵抗一定高度的掉落沖擊。所設計的機器人移動機構主要由四部分組成：主動輪減速驅動機構、翼板轉動機構、自適應路面執行機構、履帶及履帶輪運動機構，本論文對上述各部分方案分別進行論證、結構設計計算、3D建模，并設計了搜救機器人虛擬樣機。

關鍵詞：搜救機器人；復合移動機構；模塊化設計

ABSTRACT

Coal mine disasters,especially gas ....

Keywords: search and rescue robots; composite mobile body; modular design 

目    錄

第一章  前  言1

第二章  緒  論2

2.1 課題研究背景及意義2

2.1.1 課題研究背景2

2.1.2 課題研究意義2

2.2 國內外的研究概況3

2.2.1 國外研究現狀3

2.2.2 國內研究現狀5

2.2.3 發展趨勢5

第三章  履帶搜救機器人的總體結構方案設計6

3.1 井下復雜環境對救災機器人的要求6

3.2 典型移動機構方案論證分析6

3.2.1 輪式移動機構特點6

3.2.2 腿式移動機構特點7

3.2.3 履帶式移動機構特點8

3.2.4 履、腿式移動機構特點9

3.2.5 輪、履、腿式移動機構性能比較9

3.3 本研究采用的行走機構9

3.4 救災機器人性能指標與設計10

3.5 本章小結11

第四章  礦用履帶搜救機器人運動參數設計計算12

4.1機器人越障分析12

4.1.1機器人跨越臺階12

4.1.2跨越溝槽13

4.2斜坡運動分析14

4.3 本章小結14

第五章  機器人移動平臺機械設計16

5.1驅動電機的選則16

5.1.1基于平地的最大速度的電機功率計算16

5.1.2爬坡最大坡度的驅動電機功率計算16

5.2 本章小結17

第六章 驅動輪減速器設計19

6.1減速器方案分析19

6.1.1減速器應滿足的要求19

6.1.2 減速器方案分析19

6.2 減速器的設計計算20

6.2.1減速器的傳動方案分析20

6.2.2配齒計算20

6.2.3初步計算齒輪的主要參數21

6.2.4裝配條件的計算24

6.2.5高速級齒輪強度的驗算25

6.2.6 軸的設計及校核32

6.3 本章小結35

第七章  移動機構履帶及翼板部分設計36

7.1履帶的選擇36

7.1.1 確定帶的型號和節距36

7.1.2確定主從動輪直徑37

7.1.3確定節線長度和帶寬37

7.2 翼板部分設計39

7.3 本章小結39

第八章  機器人搖臂的設計40

8.1 搖臂作用概述40

8.2搖臂傳動減速器設計41

8.3本章小結42

第九章 結論43

參考文獻44

致   謝45