地震救援機器人設(shè)計說明書

1、地震救援機器人設(shè)計說明書所在學(xué)校：昆明理工大學(xué)所在學(xué)院：機電工程學(xué)院 項目成員：黃青青 楊正利 李超 楊帆指導(dǎo)教師: 吳海濤目錄 一.作品簡介 1 二.主要功能指標(biāo) 2 三.工作原理 3 四.運動分析 4五.實現(xiàn)的可能性 6六.創(chuàng)新點 6 七.應(yīng)用前景 6 八.作品部分片 7九.參考文獻 911一.作品簡介地震救援機器人是基于地震救災(zāi)為背景而設(shè)計研發(fā)的，是一種能夠起清障作用、探索救援道路的先進設(shè)備。該作品具有靈活、操作簡便、適用性強、拓展功能多的特點，非常適用于救災(zāi)搶險工作。高度智能化和自動化是本作品的又一大特點，也是具備強勢競爭力的一大優(yōu)勢。同時，采用了先進的控制系統(tǒng)和算法，是系統(tǒng)的通用性和

2、適用性進一步增強，能夠出色完成各項任務(wù)。本作品由中心搭載平臺，六條安裝在平臺左右兩側(cè)的機械腿，以及構(gòu)建在平臺上的挖掘機械手組成。機械腿由關(guān)節(jié)電機帶動實現(xiàn)腿部移動，由安裝在左右兩側(cè)的齒輪和連桿機構(gòu)實現(xiàn)腿部伸縮，左右兩側(cè)各三條腿依次移動后，機器人的整體也完成一次前移。達到預(yù)定位置后由平臺上的氣泵帶動整個挖掘裝置的完成挖掘動作，起到了除障清路的作用。同時腿部結(jié)構(gòu)設(shè)計比較先進，使機械體具有一定的越障能力，擺脫了傳統(tǒng)救災(zāi)設(shè)備在災(zāi)后道路上行動能力不足的缺陷，對災(zāi)區(qū)環(huán)境有很強的適應(yīng)能力。二.主要功能指標(biāo)該機器人是著眼于地震災(zāi)區(qū)的各類救援任務(wù)而開發(fā)的，其獨樹一幟的外形設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計使其能夠遂行地震災(zāi)區(qū)的各種搜

3、救、援助、運輸、支承等任務(wù)。首先，機器人的中心搭載平臺采用模塊化設(shè)計，可以根據(jù)實際任務(wù)需要即時更換設(shè)備進行搜救工作。機器人腿部結(jié)構(gòu)設(shè)計比較先進，使機械體具有一定的越障能力，能夠更好地適應(yīng)災(zāi)后的地形地貌以及道路情況，能夠在一定程度上避免救援人員在危險區(qū)域受到潛在威脅，可以在最短時間開辟救援通道，最大限度的提高災(zāi)區(qū)被困者的解救及存活概率。其次，在執(zhí)行援助任務(wù)時，通過對機器人的中心搭載平臺進行面積優(yōu)化工作，令其攜帶不同的人物模塊組件，以執(zhí)行不同情況下的援助任務(wù)。當(dāng)搭載吊裝組件時，可以迅速的完成災(zāi)區(qū)廢墟中的開辟工作，并將諸如汽油一類的危險品轉(zhuǎn)移至安全區(qū)域；當(dāng)搭載紅外感應(yīng)模塊時，機器人可以在夜間執(zhí)行援助

4、任務(wù)，其可以在72小時的黃金時間內(nèi)不間斷的執(zhí)行救助任務(wù)，有效地利用了寶貴時間、提高了工作效率、減輕了救助人員的工作負擔(dān)并且提高了被困者的獲救幾率。再次，通過加固中心搭載平臺，使其可以執(zhí)行運送量龐大的運輸任務(wù)。地震災(zāi)區(qū)中很多時候運送生活物資的車輛不能進入，就需要其他運輸工具來替代，該機器人便具有此項運輸功能，其六腿結(jié)構(gòu)牢固且運動靈活，具備一定的越障能力，能更好的適應(yīng)災(zāi)區(qū)的路況，及時將必需品等物資運送至指定地點。同時，其還有運輸人員的能力，可以在往返過程中運送救援人員和被困者，免除人力運送的缺點，對災(zāi)區(qū)救援工作起到了不可替代的作用。三.工作原理該機器人以開辟救援通路為主要任務(wù)，當(dāng)其行進至工作區(qū)域后

5、即開啟清障功能。采用六足機構(gòu)的機器人可以平穩(wěn)的運行于路況復(fù)雜的路面，腿部結(jié)構(gòu)具備了較大的伸縮能力，可以越過各種障礙，到達指定區(qū)域后，由人工遙控選擇合適角度和合適方向，做好準(zhǔn)備工作。在機器人的中心內(nèi)搭載平臺上裝備有獨立的挖掘機械手，該挖掘機械手為一臺氣壓挖掘機械手。當(dāng)前期準(zhǔn)備工作完成后，挖掘機械手系統(tǒng)運作，通過程序控制氣泵的自動化工作。由于挖掘機械手的設(shè)計目標(biāo)定位于能夠進行180°旋轉(zhuǎn)工作，其工作范圍十分寬大，通過對氣壓系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計，可以為挖掘機提供強勁的動力，配合其靈活的機械腿，可以出色的完成開辟救援通道的任務(wù)。當(dāng)機器人工作于城市廢墟中時，中心平臺可以卸載挖掘機械手，搭載大功率水泥

6、切割機。很多情況下，救援人員面對大片的水泥樓板、混凝土廢墟無計可施，該地震救援機器人就可以發(fā)揮其不可替代的作用：切斷樓板，破除殘垣障礙，開辟救援通道。機器人可以在很短時間內(nèi)開辟出一條希望之路，若是多個機器人同時相互配合工作，更能高效的完成人力難以完成的任務(wù)。四.運動分析初始化過程，當(dāng)機器人受到預(yù)定指令準(zhǔn)備向前移時。由分布在機器人腿部的左右兩個接觸傳感器，進行系統(tǒng)的初始檢測；腿部處于收縮狀態(tài)時控制程序開始運行，一側(cè)的三條機械腿與支架同時工作，將機器人本體整體平穩(wěn)抬升，至三條機械腿先后完全伸展，具備一定的越障能力的情況下先前移動；機器人行走第一步一側(cè)的三條腿各自提升，通過關(guān)節(jié)電機帶動齒輪旋轉(zhuǎn)，機械

7、腿上提，隨后由腿部水平放置的關(guān)節(jié)電機驅(qū)動機械腿向前移動至最大步幅，這側(cè)的三條腿停下來。隨后另一側(cè)的三條腿重復(fù)第一步的運動過程，完成機器人向前的行走。初始化過程中，啟動氣壓電機，控制電磁閥的動作，機器人的氣缸系統(tǒng)完成挖掘機械手的初始狀態(tài)。在主體遷移過程。通過程序控制氣缸系統(tǒng)中的電磁閥，氣壓電機繼續(xù)保持啟動狀態(tài)，給機器人的整個氣缸系統(tǒng)充氣，讓機器人的挖掘機械手可以在前進中保持穩(wěn)定。機器人清理障礙的設(shè)計，機器人就位之后，編寫的程序就會在機器人腿部移動動作結(jié)束，關(guān)閉第一階段即機器人移動的所有過程，并對第二階段運行的挖掘機械手進行初始化，即挖掘機械手調(diào)整到工作位置，通過機械手各個關(guān)節(jié)部位氣泵的控制來操作

8、機械手的清障工作。五.實現(xiàn)的可能性本機器人是針對全國各個地震多發(fā)區(qū)（例如云南的幾條地震帶）的災(zāi)后救援難題進行設(shè)計的，在機器人的模塊組合合理的前題及各個機械救援手臂的參數(shù)設(shè)置設(shè)計合理的情況下，可以實現(xiàn)對復(fù)雜災(zāi)后環(huán)境的道路清理及救援工作。該機器人及多功能于一身，具備執(zhí)行多種任務(wù)的能力，是現(xiàn)實生活中不可或缺的一種先進救援機器人。其獨特的中心搭載平臺提供了強大的搭載能力，可以根據(jù)需求搭載不同的任務(wù)組件，完成不同情況下的各種任務(wù)。六.創(chuàng)新點該救援機器人移動靈活，救援工作效率高。該救援機器人實現(xiàn)了多功能及復(fù)雜的救援工作。采用較為簡單的機構(gòu)，通過運動的有效組合，實現(xiàn)重災(zāi)區(qū)道路的清理。七.應(yīng)用前景該機器人性能

9、先進，功能靈活，可以廣泛應(yīng)用于國防科研、抗震救災(zāi)、工業(yè)生產(chǎn)等各個領(lǐng)域。在國防科研領(lǐng)域：該機器人可作為樣本研究的實驗機器人，探究各種結(jié)構(gòu)的可行性以及搭載多種功能組件的系統(tǒng)兼容性。同時可以改裝成為特種機器人遂行某些特種任務(wù)，偵查、排爆、托運傷員以及不穩(wěn)定地帶的巡邏執(zhí)勤任務(wù)。在抗震救災(zāi)領(lǐng)域：該機器人可以應(yīng)用于消防搶救工作，探查點地帶的火勢情況，為消防人員的工作提供信息支持和技術(shù)保證。在蟲災(zāi)地域探查威脅等級，評定受災(zāi)程度，制定初步救災(zāi)計劃等工作。在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域：機器人可以排查受損管道，監(jiān)視車間溫度，提示工人禁止違規(guī)操作，對機械設(shè)備定期的自動維護并測試生產(chǎn)線的運行情況。八.作品部分照片九.參考文獻1 王紅軍，魏超.一種地震搜救機器人運動結(jié)構(gòu)設(shè)計研究1674-6864（2010）03-0025-04. 2 徐草，章亞男，沈林勇，徐解民，龔振邦.廢墟狹縫搜救機器人自動送進系統(tǒng)研究 1001-4551（2010）11-0110-05. 3 李斌.蛇形機器人的研究及在災(zāi)難救援中的應(yīng)用.機器人技術(shù)與運用，2003（3）:22-26. 4 李集.災(zāi)難救急機器人.科技展望，2008（7