抗震救灾外骨骼机器人的机械机构设计

论文总字数：15056字

摘 要

处于地震带的地区经常面临着毫无征兆的地震的侵袭，再加上地震后的大量的建筑残骸造成了空气中尘土飞扬，加大了各方援助工作的难度。因此，抗震救灾机器人的产生受到了全球的关注，主要原因是该机器人体积比较小，抗压能力强，工作时间足够长，为震后的救助工作提供了极大的便利，挽救了更多的被埋在废墟中的人们。该论文具体说明了现阶段全世界在抗震救灾机器人方面做出的探索以及取得的成效，在此基础上再次说明了全球翘首以盼的抗震救灾机器人的重要性。

该论文在研究全球的抗震救灾机器人的未来定位以及实际中的使用情况的基础上，更加详细的知道了该机器人的工作效率和他的优点。然后该论文中还关于抗震救灾机器人提出了总体的设计方案和自由度结构的设计，做出了详细的计算。最后设计行走机构和机身设计，机械臂采用四关节机械手。

关键字：救援机器人；结构设计；模块化分析；四关节机械手

Rescue Robot of Structure Design

Abstract

Earthquake zones are prone to earthquakes without warning, and the dust left in the air by debris has complicated aid efforts. Therefore, the generation of earthquake relief robot has attracted global attention, the main reason is that the robot is small in size, strong in pressure resistance and long enough in working time, which provides great convenience for the post-earthquake rescue work and saves more people buried in the ruins. This paper specifically describes the current stage of the world in the earthquake relief robot to make the exploration and achieved results, on this basis again explained the importance of the world"s eagerly awaited earthquake relief robot.

On the basis of studying the future positioning and actual use of the global earthquake relief robot, this paper knows the working efficiency and its advantages in more detail. Then the paper also on the earthquake relief robot put forward the overall design scheme and the design of freedom structure, made a detailed calculation. Finally, the design of walking mechanism and fuselage design, the mechanical arm using a four-joint manipulator.

Keywords: disaster rescue robot, structure design, modularization analize, four joint manipulator

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 引言 1

1.1课题研究意义 1

1.2国内外救援机器人研究现状 1

1.3救援机器人发展趋势 3

第二章 抗震救灾机器人总体运动方案的确定 4

2.1 机器人的结构 4

2.2 工作原理 4

2.3 各机构设计 5

2.3.1 传动系统设计 5

2.3.2 驱动方式 5

2.3.3 确定负载 5

2.3.4运动速度 5

第三章 行走机构的设计 6

3.1 行走机构方案的讨论 6

3.2 行走机构结构设计 6

3.2.1履带的外形尺寸 6

3.2.2 确定行走机构的结构 6

3.2.3 确定行走机构中的履带轮和同步带 7

3.3 双摆臂的设计 19

第四章 机身及大臂的设计 20

4.1 机身的设计 20

4.1.1支撑架的设计 20

4.1.2 机座的设计 20

4.1.3 机身箱体材料的选择 20

4.1.4 机身的结构设计及制造工艺 20

4.2 大臂的设计 20

4.2.1 大臂的材料选择 21

4.2.2 大臂部结构设计 21

4.2.3 选择谐波减速器： 22

第五章 机械手小臂机构的设计 23

5.1 手部的设计 23

5.2 腕部设计 23

5.3 手腕偏转驱动计算 24

5.3.1选择步进电机 24

5.3.2 轴分析及计算 27

5.3.3 轴承的寿命校核 27

5.3.4轴的强度校核 28

第六章 总结与展望 30

致谢 31

参考文献 32

第一章 引言

当今时代的环境污染是世界性的难题，人类在破坏自然的同时也给自己带来了很多无法预见的自然灾难，并且现在愈演愈烈，超出了人类的控制。所以，在此基础上，救援机器人就显得尤为重要^[1]。主要的原因是，一旦出现了自然灾害，就会产生很复杂的情况，还有灾后现场的危险性使得救援工作进行缓慢。据大量数据表明，如果在灾难发生后的48小时之内救不了那些幸存者，他们的死亡率就会急剧上升。而在危险又紧急的情况下，如果救援工作不能及时展开，这无疑是对遇害人员生命的威胁。这种情况下，使用救援机器人进行辅助营救就显的非常重要。

1.1课题研究意义

地震的发生往往迅猛，消防员很难进入使得火情被扑灭。再加上有很多地方很狭窄，温度很高，烟雾弥漫，还有带有爆炸性的物质存在，加重了救援人员的工作难度，被困人员得不到及时的原汁。抗震救灾的机器人的体积必须很小，具有一定的灵敏度，方便施救过程中战胜多种困难，在不同的灾后环境里面展开救援工作。及时确定被困人员的所在的地方，还能够减少了救援人员在灾后的再次手受伤，不仅如此，该机器人具有耐高温的特点，即使是在浓烟的环境，持而有序的长时间进行救援，所以研究地震救援机器人在救援工作中有着重要的意义。

1.2国内外救援机器人研究现状

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