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摘 要

我国是世界上灾难发生最为严重的少数国家之一，具有灾害种类多、发生频率高和分布地域广等特点。救援机器人正是为了灾难救援的现实需求而提出的。本课题将研究机器人技术在灾难救援领域的一种应用，其商业化产品应能部分代替救援队员进入危险环境执行搜索救援任务，并将感知的现场信息传送给场外控制人员，为各类救援策略的制定提供有价值的支持。本课题主要对救援机器人系统结构进行分析，并依据典型的救援环境设计出具有越障功能的机器人。

本文主要完成了以下工作：

（1）通过比较国内外救援机器人的典型结构和详细的讨论分析，确定了救援机器人的行走方案，即四摆臂履带救援机器人。

（2）通过分析四摆臂履带机器人的机构特点，设计了机器人的传动系统，选择合适的动力源，并对机器人内部进行合理布置。在机器人具体设计过程中采用了模块化设计思想，将机器人分为主体模块、行走模块、摆臂模块，总体结构对称、紧凑，布局合理。

（3）基于模拟的灾难环境，对救援机器人的行走越障过程进行运动学分析。针对特定障碍，设计出了一系列动作姿态。

关键词：救援机器人；履带；传动方案；越障

Structural analysis of belt mobile system and robot design

Abstract

China is the most serious disaster area, one of the few countries with various types of disasters, and distribution of high frequency and wide geographical features. Rescue robot is designed for the demand of disaster. This topic will research the field of robot technology in the disaster relief applications, commercial products should be part of the rescue team to enter hazardous environments to replace the implementation of search and rescue missions, and perception of the scene outside the control of information transmitted to the staff for all types of Rescue strategy to provide valuable support for the development. This topic will analysis the main structure of the rescue robot system and design a robot based on the typical design features. this paper will complete the following work:

(1) By comparing the typical structure of domestic and foreign rescue robots and detailed discussion and analysis, to determine a rescue robot walking program that tracked four arms.

(2)By analyzing the four-arm robot’s body, we design the robot"s drive system, select the appropriate power, and within a reasonable layout of the robot. In the process of designing the robot, we use a modular design way, the robot consists of the main module, run module, arm module, the overall structure of symmetrical, compact, reasonable layout.

(3)Based on the disaster environment, kinematics analysis is done when the rescue robot walking on the robot obstacle.

Key words: rescue robot; track; transmission scheme; obstacle

目录

第一章 绪论 1

1.1移动机器人的研究起源和发展 1

1.2救援机器人的研究现状 1

1.3本课题研究意义及主要研究内容 1

第二章 救援机器人灾难环境介绍和行走系统方案分析 3

2.1救援机器人设计要求 3

2.2救援机器人移动方案分类和比较 3

2.2.1轮式行走系统 3

2.2.2履带式行走系统 3

2.2.3腿式行走系统 4

2.2.4履、腿复合式行走系统 4

2.2.5行走系统性能比较 5

2.3本章小结 5

第三章 救援机器人总体方案设计 6

3.1总体尺寸与关键参数的确定 6

3.1.1迷宫行走 7

3.1.2跨越高台 7

3.1.4上下楼梯 9

3.1.5 机器人尺寸参数的建立 10

3.2传动方案与传动机构的分析设计 11

3.3机器人动力源的计算和选择 15

3.3.1机器人行走系统动力分析 15

3.3.2救援机器人摆臂动力分析 19

3.4具体零部件设计 20

3.4.1传动设计 21

3.4.2箱体设计 21

3.4.3履带及驱（从）动轮设计 23

3.4.4 其他零件设计 24

3.5本章小结 24

第四章 总结 25

致谢 26

参考文献 26

第一章 绪论

1.1移动机器人的研究起源和发展

在如今这么一个高速发展的社会环境下，要想适应全球化发展的社会环境人类的工作量日益负重，某些行业也增加啦对人类的危险性。对此人类为了减轻工作量和降低危险，以达到幸福生活、快乐工作目标。因此促成啦机器人的诞生和高速发展。

作为一种先进的机电一体化产品，机器人技术的发展与自动控制技术的发展息息相关。因此人类对机器人寄予非常高的期望，能代替人类完成不能涉及的领域或无法完成的工作。所以未来的机器人面临的挑战前所未有，也会去完成越来越多人类不可能完成的任务，因此对机器人的控制系统要求会越来越高。作为控制系统设计的前提要求机器人执行机构具有良好的运动学和动力学特性，同时也对机器人的执行机构提出了更高要求^[1]。

移动机器人是在传统机器人上发展起来的一个新分支，移动机器人可以在不同的地点完成特定任务。目前，移动机器人主要用于对一些不能涉及的领域进行探索，由于其具有很强的地形适应性，可以穿越野外崎岖地形，从而达到探测目的。移动机器人具有尺寸小，行走灵活，自由度多等特点，在灾难搜救、行星探测、军事侦察、科学研究等方面具有巨大的社会效益和经济效益，可以在战时参加军事活动，和平时期为经济建设服务。因此，移动机器人受到了越来越多人的关注和研究。

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