论文总字数：24227字

摘 要

关键词：极地机器人；充电仓；无外部动力；低温适应性；三维和二维建模。

DESIGN OF CHARGING BIN FOR POLAR ROBOT

02012124 XuLang

Supervised by QianRuiMing

Abstract:Intelligent robot technology has a very broad application prospects in the polar scientific research.Nowadays, there are many countries are trying to apply intelligent robot technology in the polar environment of scientific research and experimental research in the world. As is known to all, the climatic conditions of polar is very severe, the temperature is very low, and ground is covered with ice and snow all the year. The harsh environment of polar not only requires a high performance requirements for polar robots, but also requires a high demand for the energy supply system. It makes the electric energy to be the best choice for the intelligent robot.which will be long-term working in the polor environment under 40 degrees below zero temperatures.The winter of the polar region is almost invisible to the sun. If the robot only rely on solar cells to provide power sources, the polar expedition will be subject to seasonal and weather restrictions,and the intelligent robot working in the polar environment need equipped with logistics base station and endurance equipment. Therefore, the design and construction of the polar robot charging bin becomes extremely important. The robot charging chamber built in a fixed position can provide a follow-up energy supplies and repair standy space,protect the robot from the damage by the harsh environment and climate,and this will extend the expedition period of the polar robot.without the requirement for maintenance by scientific research personnel which should stay in the polar for a long-term,greatly reduce the consumption of manpower and materials for the polar expediton. In view of the situation and requirements of this work, the design of the polar robot charging bin in this thesis utilize the own gravity of robot to achieve the opening and closing process of the door, in order to meet the requirements of compact structure, concise configuration, and no external power source on the basis of function realization. In consideration of the low temperature in the polar regions, the material of the charging bin is selected to be resistant to low temperature plastics, rubber and metal,and the low temperature adaptability and thermal insulation are considered in the structural design.

Key words:polar robot, charging bin, no external power, low temperature adaptability, three dimensional and two dimensional modeling.

目录

摘要 III

Abstract IV

1、绪论 1

1.1引言 1

1.2极地的气候特征 1

1.3极地科考的背景和意义 2

1.4智能化极地科考的发展现状 3

1.4.1极地机器人的研发现状 3

1.4.2 机器人的导航定位技术 3

1.4.3机器人在极地环境下工作的局限 4

1.5极地机器人充电仓的应用 4

1.5.1设计制造极地机器人充电仓的必要性 5

1.5.2配备机器人充电仓的意义 5

1.5.3极地环境对机器人充电仓提出的要求 5

2、充电仓机械运动及结构方案的拟定 7

2.1极地充电仓运动机构的功能要求 7

2.2无外部动力源舱门开闭机构的分析与设计 7

2.2.1机器人进出仓运动过程的分解 8

2.2.2各分运动的机构选型 9

2.2.3舱门运动机构的选定 11

2.3舱门开闭运动机构的分析 12

2.3.1舱门开闭机构的自由度 12

2.3.2舱门开闭机构的结构分析 13

2.3.3优化机构组成及方案确定 13

2.4充电板及其相关设计 15

2.4.1充电板的零件构成 15

2.4.2充电板的装配关系 17

2.5充电仓非运动机构部分的结构设计 18

2.5.1舱室和舱门的设计 18

2.5.2充电仓支撑柱脚的设计 19

2.5.3充电仓整天框架和零部件的材料分析和选择 20

3、平面运动机构的尺寸设计和受力分析 22

3.1舱门开闭机构的尺寸设计 22

3.1.1依据已有尺寸参数选择机构的部分尺寸参数 22

3.1.2充电仓内、外坡道构成的曲柄滑块机构的计算 23

3.1.3舱门、连杆和内坡道组成的四杆机构的计算 23

3.1.4根据求解所得连杆机构的运动仿真 24

3.1.5问题的发现与解决 27

3.1.6舱门开闭机构的受力分析 27

3.2弹簧弹性系数参数的计算和选择 31

3.3充电仓舱门开闭机构的动力学简化仿真 32

3.3.1仿真模型的简化和建立 33

3.3.2舱门开闭机构需要进行动力学仿真的运动过程 33

总结 37

致谢 38

参考文献 39

极地机器人充电仓设计

1、绪论

1.1引言

随着社会现代化的发展，环境污染、温室效应、水资源短缺等问题日益严重，地处地球南北两极的极地，因为其处在地球的两极点，地理位置的特殊性使得其成为全球气候变化的源头，常年处于零下几十度的低气温，导致极地冰盖的形成，使得极地成为有待开发巨大的淡水资源储备库。极地环境远离人类社会，故而在当今这样一个过度消耗资源的时代，仍旧保持着未被开发和未被污染的纯净自然形态。正因此，极地尤其是南极包含着许许多多自然奥秘和极具有科研意义的地理及气候信息^[1]。

现如今，世界上许多国家都正在或计划在极地开展科学考察，参与其中的不仅仅只有发达国家，包括中国在内的部分发展中国家，也有致力于开展极地科考的科研项目。极地科考之所以牵动了如此多的国家和地区，是因为极地科考关乎着全世界自然气候的变化趋势和人类社会的发展方向，也是国家彰显综合国力、科技文化水平以及环境保护意识的重要领域。极地科考有着非常深远的意义，涉及人类社会生活与未来发展的诸多领域。鉴于极地科学考察的需要，致力于开展极地科研的许多国家都在力求以自动化和信息化的现代机器人技术代替传统的人力和机械。极地的气候环境非常恶劣，地面常年被冰雪覆盖，气温长期处于零下几十度的低温之中，因而科研人员在极地开展科学考察时需要的后勤保障过于繁杂，而将智能机器人技应用于极地环境下，就可以在很大程度上减少低温和生活给养所带来的物资和能源消耗。相应地，极地科考的效率就可获得较大的提升。极地机器人的研发和后勤保障系统的研发和建立就变得非常重要^[2]。

1.2极地的气候特征

极地尤其是南极的气候环境对比与工作于常温下的材料及机械设备来说极其恶劣，南极洲的气温相对于北极而言更低，南极可以说是世界上最为寒冷的区域，整个南极洲气温的分布大致为沿海地区最冷月平均气温为-18℃，内陆最冷月气温平均约为-62℃。南极洲气温极其严寒，大风暴雪天气非常频繁，但是降水稀少，空气湿度极低，非常干燥。高纬度导致南极大陆一年中绝大多数时间都被厚厚的海冰包围，阻碍了阻碍了大气—海洋—大陆三者之间的垂直交换，因此南极独特的气候得以形成^[3]。

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