多功能救援机器人设计.docx

1、多功能救援机器人设计 编号: 毕业论文(设计)题 目 多功能救援机器人德州学院毕业论文（设计）开题报告书2011年12月12日院（系）专 业机械设计制造及自动化姓 名学 号论文（设计）题目多功能救援机器人一、选题目的和意义救灾机器人是机器人的一个新兴发展领域，属于危险作业机器人的一个分支，具有危险作业机器人的特点。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零。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

2、复杂的灾难环境下“搜索和营救” ( SAR)幸存者，是机器人学中的一个新兴而富有挑战性的领域。二、本选题在国内外的研究现状和发展趋势世界上许多国家都在研制军用机器人、探测机器人、救援机器人、扫雷机器人、排爆机器人和消防机器人等危险作业机器人。救灾机器人是机器人的一个新兴发展领域，属于危险作业机器人的一个分支，具有危险作业机器人的特点。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零。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

3、救灾机器人用于危险和复杂的灾难环境下“搜索和营救” ( SAR)幸存者，代替人来处理复杂坏境是机器人学中的一个新兴而富有挑战性的领域。三、课题设计方案 1）查阅有关文献资料，进行归纳和信息取样，充分了解和分析自动装车系统的运行过程2）认真了解PLC的工作原理3）使用规范的编程语言对自动装车系统进行编程，并且保证系统能够正常的运行；四、计划进度安排 2011.11.01-2011.11.03 拟定设计（论文）题目2011.11.03-2011.12.20 确定设计（论文）题目及撰写开题报告2011.12.21-2012.03.30 查询相关资料并进行论文撰写2012.04.01-2012.04.

4、15 完成初稿并交指导老师2012.04.16-2012.04.30 将毕业设计报告进行修改、充实、完善2012.05.01-2012.05.03 交最终定稿五、主要参考文献1张建中主编.机械设计基础课程设计.徐州：中国矿业大学出版社2刘会霞主编.金属工艺学.北京：机械工业出版社，20013蒋忠理 主编.机电与数控专业英语.北京：机械工业出版社，20074导向科技编著.AutoCAD 2002基础.北京：人民邮电出版社，20035张定华 主编.工程力学.北京：高等教育出版社，2000年8月6李澄，吴天生，闻百桥 主编.机械制图（第二版）.北京：高等教育出版社，203年8月指导教师意见及建议：

5、签名： 年 月 日教学单位领导小组审批意见： 组长签名： 年 月 日德州学院毕业论文（设计）中期检查表院(系)：机电工程系 专业：机械设计制造及其自动化 2012 年 04月21日毕业论文（设计）题目：学生姓名学 号指导教师职 称计划完成时间：2012年4月26日 毕业论文（设计）的进度计划：2011.11.01-2011.11.03 拟定设计（论文）题目2011.11.03-2011.12.20 确定设计（论文）题目及撰写开题报告2011.12.21-2012.03.30 查询相关资料并进行论文撰写2012.04.01-2012.04.15 完成初稿并交指导老师2012.04.16-2012

6、.04.30 将毕业设计报告进行修改、充实、完善2012.05.01-2012.05.03 交最终定稿完成情况：到现在为止，我通过查找资料确定了设计方案，并进行了机械结构部分的设计。指导教师评议 签 名： 年 月 日备 注：多功能救援机器人摘 要：该机器人具有一定越障能力，可以在震后废墟中自由行走，可以攀爬楼梯，生命探测、协助救援、无光线搜救、数据信号传输等功能，还可以配载食品、水、急救包等物品。机器人具有的音频探测、视频观测，探测温湿度、实现野外长距离通讯，传输野外恶劣环境实时视频图像，为抢险救援提供重要依据和支持，同时车体内部可以加上消毒剂，由机器人自带的喷头进行喷洒消毒剂。解除了人在火灾

7、现场、震后现场的危险劳动。关键词：机器人 视频观测 生命探测 抢险救援1 引言世界上许多国家都在研制军用机器人、探测机器人、救援机器人、扫雷机器人、排爆机器人和消防机器人等危险作业机器人。救灾机器人是机器人的一个新兴发展领域，属于危险作业机器人的一个分支，具有危险作业机器人的特点。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零。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” (

8、 SAR)幸存者，代替人来处理复杂坏境是机器人学中的一个新兴而富有挑战性的领域。图1 恶劣的灾害现场环境2总体设计方案 图2 机器人在危楼中搜救 遇到地震、火灾或塌方等，经常会出现人不能亲自到一些危险地方实施救援的情况，于是往往会想到让机器人来完成这些艰巨任务。不过一般机器人行动都不太利落，遇到障碍物通常只能绕道而行，绕不过去，则只能就此作罢，该机器人具有一定越障能力，可以在震后废墟、火灾现场中自由行走，可以攀爬楼梯，轻松地越过一般的障碍物（高度小于20cm），机器人随身携带的摄像机将沿途拍摄的景象通过无线连接发送给计算机，以便让救援人员做出搜寻参考。此机器人还有一个麦克和喇叭，可以让营救人员

9、与受伤者说话交流。救灾机器人是机器人的一个新兴发展领域，属于危险作业机器人的一个分支，具有危险作业机器人的特点。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零。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” ( SAR)幸存者，是机器人学中的一个新兴而富有挑战性的领域。3 设计方案3.1 机械结构设计3.1.1轮子、齿轮设计齿轮传动的优点：1.齿轮传动比较准确、传动平稳;2.形

10、闭合，效率高(0.980.99);3.工作可靠，寿命长;4.结构紧凑，外廓尺寸小; 图3 机器人轮子行星齿轮的顶端齿轮连接车轮，行星轮板中心将会安装由马达驱动的主动齿轮，在平地行进时，主动齿轮通过惰轮驱动顶端齿轮，各齿轮转动如图所示，顶端齿轮与其连接的车轮一起转动，从而带动机器人前进。当机器人遇到台阶或障碍物时，由于台阶或障碍物与车轮的摩擦力，行星轮的齿轮系都被锁住（图五所示），无法转动，这时整个行星轮板在中心齿轮的驱动下，变成一个类轮机构转动，从而带动小车爬上台阶或越过障碍物。具有上台阶时不需要停顿，操作容易，运行连贯的优点。图4 机器人轮子内部齿轮结构3.1.2链条传动设计链传动是以链条为

11、中间传动件的啮合传动。如图五所示链传动由主动链轮1、从动链轮2和绕在链轮上并与链轮啮合的链条3组成。链传动的优点(1)和带传动相比。链传动能保持平均传动比不变；传动效率高；张紧力小，因此作用在轴上的压力较小；能在低速重载和高温条件下及尘土飞扬的不良环境中工作。 (2)和齿轮传动相比。链传动可用于中心距较 图5 链传动机构大的场合且制造精度较低。 本机器人前后轮之间的大距离不宜采用齿轮传动，皮带传动又会带来很大的滑动，所以采用链式传动比较合适，图六为该机器人的链传动连接。图6 本机器人所用的链轮的设计3.2 电气控制设计3.2.1单片机控制部分 本机器人控制采用STC89C52单片机，单片机通过

12、接受外部传感器传来的信号来控制机器人。单片机通过处理遥控器发射的信号，来控制机器人实现各种动作。图7 单片机控制核心 图8 MAX232通信3.2.2电机控制电路L298P是专用驱动集成电路，属于H桥集成电路，具有输出电流大负载能力强等特点，其输出电流为2A，最高电流4A，最高工作电压50V，可以驱动感性负载，如大功率直流电机，步进电机，减速电机，伺服电机，电磁阀等。当驱动直流电机时，可以直接控制两路电机，并可以实现电机正转与反转，实现此功能只需改变输入端的逻辑电平。通过使能端运用PWM波可以实现速度调整。图9 本直流电机驱动原理图L298是SGS公司的产品，比较常见的是15脚Multiwat

13、t封装的L298N，内部同样包含4通道逻辑驱动电路。可以方便的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。L298N芯片可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，输出电压最高可达50V，可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的IO口提供信号；而且电路简单，使用比较方便。L298N可接受标准TTL逻辑电平信号VSS，VSS可接457 V电压。4脚VS接电源电压，VS电压范围VIH为2546 V。输出电流可达25 A，可驱动电感性负载。1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。L298可驱动2个电动机，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之间可分别接电动

14、机，本实验装置我们选用驱动一台电动机。5，7，10，12脚接输入控制电平，控制电机的正反转。EnA，EnB接控制使能端，控制电机的停转。图10 直流电机驱动PCB板3.2.3无线遥控电路 图11 遥控无线接收模块SC2272 是与 SC2262 配对使用的一块遥控解码专用集成电路。采用 CMOS工艺制造，它最大拥有12位的三态地址管脚，可支持多达531441个地址的编码。因此极大的减少了码的冲突和非法对编码进行扫描以使之匹配的可能性，有16中编码方式，遥控功能更多，使机器人具有更多的遥控功能。3.3 电脑上位机控制软件 通过远端的上位机软件，可以由电脑实现对机器人的控制，并且通过无线NRF90

15、5模块实现现场数据传输，把现场的温湿度通过无线模块传到控制电脑端，实时监控现场的温度，湿度。通过上位机软件可以清楚地实现现场的视频传输，把危险的现场视频传输到电脑，通过上位机软件控制机器人的各种动作。图12上位机软件3.4 无线视频传输模块 图13 无线视频传输2.4GHZ无线图像音频传送器，可以一拖四,具有图像自动切换功能，距离超远(视实际环境)，良好的微波抗干扰性能，优良的音/频接收品质，采用四信道开关， 可采用一拖四使用方式，即一个接收机配四个发射器，图像每六秒钟自动切换一个画面，如接到电脑上，则可采用视频分割器同时收看四个画面。本产品发射功率为标准2.0W，有效传送距离为15-300米

16、(实际情况视环境而定)，载波频率2.4G，本品分别采用四信道开关，可采用一拖四使用方式；本产品发射功率为标准2W，有效传送距离为15-300米内(实际情况视环境而定)；良好的微波抗干扰功能。有效避免900MHz等频段的无线电话信号或各类电火花及家用电器的干扰，同时也极大程度的避免本级发射频率对其他接收设备的干扰；4个频道可供选择，充分保证声音和图像的清晰接收；采用优良的调频方式，具有优良的音/视频接收品质；音/视频具有宽频特性，信噪比高。以DVD作为信号源，视频直接接收效果与信号直接接驳电视机的收视效果不相上下。发送CD音源，立体声效果极佳，音质上乘；广泛的应用扩展空间，可应用于医院、学校、商

17、场、公司、仓库、小区、家庭等场所，体积小巧； 4 理论设计计算 4.1齿轮设计 机器人轮子运动采用圆柱齿轮传动，齿轮配合时齿轮的分度圆必须重合。齿轮在设计时需要校核齿面硬度、齿面磨损、齿根断裂等参数。4.1.1齿轮各部分尺寸的计算公式：分度圆直径： d=mz齿顶高：ha=ha*m图14齿顶高系数:ha* 正常齿： ha*1 齿根高：hf=(ha* +c*)m全齿高：h= ha+hf=(2ha* +c*)m齿顶圆直径： da=d+2ha=(z+2ha*)m齿根圆直径： df=d-2hf=(z-2ha*-2c*)m4.1.2主要参数传动比ii=n1/n2=d2/d1=z2/z1 i1减速运动,I1

18、2.7齿宽单排双排、三排四排以上bf10.93 b10.91 b10.88 b10.95 b10.93 b10.93 b1P12.7时，经制造厂同意亦可使用P12.7时的齿宽。b1内链节内宽（见表9-1）倒 角 宽倒 角 半 径倒 角 深圆 角 半 径链 轮 齿 总 宽barxhrabfmba = (0.10.15) prx ph = 0.5 pra 0.04 pbfm = ( m 1) pt+ bf1 m排数仅适用于B型5 工作原理及性能分析该机器人具有一定越障能力，可以在震后废墟中自由行走，可以攀爬楼梯，生命探测、协助救援、无光线搜救、数据信号传输等功能，还可以配载食品、水、急救包、消毒剂

19、等物品。机器人具有的音频探测、视频观测，探测温湿度、实现野外长距离通讯，传输野外恶劣环境实时视频图像，为抢险救援提供重要依据和支持，同时车体内部可以加上消毒剂，由机器人自带的喷头进行喷洒消毒剂。解除了人在火灾现场、震后现场的危险劳动。6 创新点及应用该机器人将行星齿轮结构运用到轮子上，大大提高了行走时的快速、灵活性。能够灵活的在环境、路况比较恶劣的地方快速前进。机器人自身佩戴的无线摄像头通过无线模块将视频传到电脑上，给救援人员提供实时的现场信息，方便救援人员快速的制定、实施救援。同时机器人自带的喷洒系统可以在恶劣的环境或疫情比较严重的灾区代替人进行喷洒消毒。7 结 论通过本次毕业论文设计，我学

20、会了很多以前没学过的知识，也巩固了很多以前没学好的知识，使我的专业理论知识更加扎实。做完这个设计后，我得出几个结论如下：一、该小车系统在实施的情况下，其成本价格比较高。二、该小车控制系统的研究方向：由于本小车系统并不完善，只做了送料，没有设计小车到料仓后送料的多少。这个方面是该系统设计的需要完善的地方，是将来的研究方向。 最后，经过这次毕业设计培养了我们的设计能力以及全面的考虑问题能力。学习的过程是痛苦的但是收获成功的喜悦更是让人激动的。相信通过这次毕业设计它对我以后的学习及工作都会产生积极的影响。参考文献:1张建中主编.机械设计基础课程设计M.徐州：中国矿业大学出版社2001.4：67.2刘

21、会霞主编.金属工艺学M.北京：机械工业出版社，20013蒋忠理 主编.机电与数控专业英语M.北京：机械工业出版社，20074导向科技编著.AutoCAD 2002基础M.北京：人民邮电出版社，20035张定华 主编.工程力学M.北京：高等教育出版社，2000年8月6李澄，吴天生，闻百桥 主编.机械制图（第二版）M.北京：高等教育出版社，203年8月7郭仁生魏宣燕编著.机械设计基础（第二版）M.北京：清华大学出版社，2005年8孙汉旭, 肖爱平, 贾庆轩,等. 二驱动球形机器人的全方位运动特性分析J. 北京航空航天大学报，20059 陶红艳，余成波.传感器与现代检测技术M.北京：清华大学出版社，2009.03.10 吕景泉，自动化生产线安装与调试M.北京：中国铁道出版社，2008.12.Multifunctional rescue robot (Mechanical and Electronic En