1、第八届浙江省大学生机械设计说明书作品内容简介根据第八届浙江省大学生机械设计竞赛的设计制作要求，我们设计的机器人具有行进装置、升降和伸缩装置、分开装置和夹紧装置，可顺利完成规定的救援功能。研究背景及意义近年来多发的自然灾害如地震、火灾、洪水,人为的恐怖祸害如恐怖活动、武力冲突, 以及由炭疽热、禽流感等生化病毒和有毒物质、辐射性物质等带来的恐怖, 威胁着人们的安全, 引起了人们广泛的关注。虽然人们对各种灾难的警觉和反应能力有所提高, 但在处理破坏性灾难事件时还是准备不够充分, 很多人依然死于不专业、不及时的救援活动一。将机餐人技术、营救行动技术、灾难学等多学科知识有机融合, 研制与开发用于搜寻和营
2、救的灾难救级机器人以下简称“ 灾难救援机器人勺, 是机括人学研究中一个富有挑战性的新领域。在一些危险性大的灾难中, 如随时会引发爆炸的火灾现场, 有易燃、易爆或剧毒气体存在的现场, 地震后存在易二次倒塌建筑物的现场, 施救人员无法深入进行侦察或施救,人们急于探知灾难现场的内部险情, 但又不敢或无法接近或进入灾难现场。此时, 救援机器人的参与可以有效地提高救援的效率和减少施救人员的伤亡, 它们不但能够帮助工作人员执行救援工作, 而且能够代替工作人员执行搜救任务, 在灾难救援中起着越来越重要的作用。2摘 要我们设计出了这样一个多功能的“抗灾救援”机器人。这个机器人也可看做是一辆多功能救援车，其最大
3、的特点是以极少的人力来控制，操作它，从而实现再远的抢救。即减少了抢救人员的危险系数。又加大了救援迅速性。其主要功能可以看作是救援被困在建筑中的遇难人员。通过简单的改装，也可以用作道路疏通。他的工作强度主要取决于驱动电机的功率大小，因为电动机是他的主要原动力。同时也可以配合液压，气动等原动力，使他更加完美。同时，因为他采用直流电机作为驱动装置，所以他的工作条件要求也相应的比较低。他的车身和机械手均为金属材料，所以他拥有长久的寿命，更有利于地震灾区的抢救工作。关键字：抗灾救援 机器人 安全 电动机 3目 录一、引言 3二、设计方案拟定 .3三、动力与传动方案的设计、计算与分析 .4四、动作执行机构
4、的设计、计算与分析 .4五、其它设计计算与说明，设计总结 .4致谢 .5参考文献 5附录： .54引言在国外，“抗灾救援”机器人发展迅速，技术日益成熟，并进入实用化阶段，日本、美国、英国等已经开始装备使用。同时，中国位于世界两大地震带-环太平洋地震带与欧亚地震带的交汇部位，受太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块的挤压，地震断裂带十分发育。因此研制“抗灾救援”机器人对于我国有重要的意义。有了这些机器人的参与，在救灾方面可以起到事半功倍的效果。随着救灾机器人的完善，所需的人力也就会减少很多，从而使得跟少的人从事救灾这样危险的工作，更有效的起到了保护人民安全的作用。我们设计出了这样一个多功能的“抗灾救
5、援”机器人。这个机器人也可看做是一辆多功能救援车，其最大的特点是以极少的人力来控制，操作它，从而实现再远的抢救。即减少了抢救人员的危险系数。又加大了救援迅速性。其主要功能可以看作是救援被困在建筑中的遇难人员。通过简单的改装，也可以用作道路疏通。他的工作强度主要取决于驱动电机的功率大小，因为电动机是他的主要原动力。同时也可以配合液压，气动等原动力，使他更加完美。同时，因为他采用直流电机作为驱动装置，所以他的工作条件要求也相应的比较低。他的车身和机械手均为金属材料，所以他拥有长久的寿命，更有利于地震灾区的抢救工作。我们所设计机器人，完美的使电动机和齿轮传动结合在一起，使他工作起来不但反映迅速，而且
6、稳定性非常好。（我们利齿轮传动的稳定性）。此外，我们所设计机器人通过简单的改装，可实现多项功能，如吊，拖，推等。他在水平位置可实现超过 360 度的工作范围，可以任意抓取相关物体。5二、设计方案拟定； 系统动力机传动方案选择如下：1、根据要求，设计了带两个机械臂的机器人小车，这种结构构造简单、成本低，装配方便，实际证明能够实现预期功能呢。总体效果如下：图 2-1 机器人总体效果图2、电力控制系统用电力控制，相对于其他控制来说，更快捷，更方便。其主动力也很容易得到。防火性、防尘性等都比较好。唯一的缺点是功率不是很大，容易过载和过热。但其最大的特点是容易实现，也容易控制，反应性非常突出。工作效率也
7、很高。3、齿轮传动动力传输装置，我们还会采用齿轮传动。在主动力轮位置，齿轮传动不但可以实现加速或减速，而且传动效率高，从而达到高效率工作。4、采用电机、舵机控制机械手臂取物本次论文设计对机械手臂的精度定位提出了很高的要求。采用舵机控制手臂、由于舵机具有精确定位能力，使机械臂能精确到达预期位置。电机扭矩大，6速度可选方位大，选取合适的电机，可以减少取物、放物的时间，提高机器人小车的工作效率。三、动力与传动方案的设计、计算与分析； 动力直接采用直流电机，用于驱动整个机器人机构。12V 直流，最大功率10W，转速 7000rpm。如图所示。图 3-1 直流电机其他传动机构也采用直流电机，和舵机，用以
8、完成整个机器人小车。本“抗灾救援”机器人采用追锥齿轮啮合机构作为传动方案，转向机构用三轮定位完成，其后两轮为驱动轮，前轮为转动轮。另，转动轮两侧设两辅助定位滚轮，以防止机器人翻到。图 3-2 机器人小车底部机器人小车运行时7电机的空转转速 50rpm，电机驱动功率 3.5w,小电机驱动功率 1.86w电机的总功率 P0=3.521.862=10.72w传动效率 .7电机的有效功率 107.54w轮子的半径 R=26mm车子总重 m=6.5kg摩擦因子 0.6车子的最大行进速度 VmaxnR2 /60.13/ms四、动作执行机构的设计、计算与分析； 动作执行装置采用双机械臂设计，其中一四六自由度
9、机械臂系统（手臂部分底部电机轴心到夹持器最前端距离约为 30cm 情况下），当手臂完全水平伸展时，夹持器最大承重约为 500g 左右；具体夹持重量随具体手臂构成要求变化（自由度和长、短 U 支架的选择不同），由手臂底部电机轴心到夹持器前端距离 L（单位：cm ）可大致确定：完全水平伸展的最大夹持重量 W=6/L（kg）。机械臂系统的持续运行时间不不能，以免电机温升过大。机械臂的重复控制精度在 mm 级，即重复动作的控制精度小于 1cm。该机械臂由舵机及相关构建组成。其夹紧装置采用平面四杆机构。机械臂在加紧救援物体时受力最大，此时物体重 5kg舵机额定力矩 M0=4.1kg.cm夹去物体时产生力
10、矩 M=（m1+m2 ）h/2sin45=1.884kg.cm选用舵机生产厂家： 型号： FUTABA S3003五、其它设计计算与说明，设计总结；用采用舵机控制手臂，由于舵机具有精确定位能力，是手臂能精确到达预期位置，并且操作方便、可靠、程序调试机电。8上述特点效率高，可靠性好，能够完成竞赛题目规定的各项动作和任务。在设计机器人小车是，需要考虑的问题很多，比如零部件的受力分析，材料的强度、重量，各个零部件呢的位置关系，机构的可靠性、可行性，电子元器件的抗干扰性等等。选择电机时，既要考虑电机的功率、电流、电压、成本，还要考虑它的尺寸、体积、重量、寿命。在满足要求的条件下，各项指标尽可能的小。在
11、焊接电路板和遥控板式，一定要细心仔细，否则可能造成某些人为接触不良，甚至短路，使得电机或者舵机不能正常工作。在机械的制作过程中，学习了很多知识、如机械、CAD、加工工艺、单片机等等，并从中体会到了乐趣。在整个制作过程中，我们遇到了很多的问题，通过老师的指导和自身的努力，最终克服了困难，解决了难题。本次比赛我们的动手能力、应用理论知识的能力都提出了很高的要求，是一次难得的锻炼机会。致谢感谢我的导师,他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样;他的教导和不拘一格的思想给予我无尽的启迪。没有他的帮助和提供资料对于我人来说要想在短短的几个月里完成任务是很难以解决。这片论文的每个实验细节和每个
12、数据，都离不开你的细心指导。而你的宽容的态度，帮助我能够很快的融入。参考文献1)常斗南.可编程序控制器原理M. 机械工业出版社，2009.82)张运波.工厂电气控制技术M. 高等教育出版社，2010.113)孙振强.可编程控制器原理及应用教程M.清华大学出版社,2008.024)汪晓光,孙晓瑛,王艳丹.可编程控制器原理及应用M.机械工业出版社,2009.055)张进秋. 可编程控制器原理及应用实例M.机械工业出版社.20010.16)宫淑贞,王冬青,徐世许.可编程控制器原理及应用M. 人民邮电出版社.2008.79六、附录：装配图、零件图和实物模型照片若干张。后驱动轮零件图侧视图10电机轮子侧图轮子图11小车整套造型机械手一机械手二六自由度机械臂控制软件界面12开关电源、220V 交流电源线和输出 U 叉线过河用伸缩板13伸缩板固定装置
