排爆机器人设计项目说明书

机器人结构设计过程考核设计说明书操纵型机器人——排爆机器人设计机器人结构设计过程考核设计说明书I目录摘要..................................................................................................................-1-1设计目标..........................................................................................................-2-1.1排爆机器人概述.........................................................................................................-2-1.2排爆机器人技术发展趋势.........................................................................................-3-2设计要求..........................................................................................................-5-3设计方案..........................................................................................................-6-3.1传动及总体结构组成..................................................................................................-6-3.1.1传动方案设计...................................................................................................-6-3.1.2结构方案设计...................................................................................................-8-3.2主要技术参数的确定..................................................................................................-9-3.2.1电机的确定......................................................................................................-9-3.2.2减速器的确定................................................................................................-10-3.2.3四杆机构的设计............................................................................................-11-3.2.4机身结构的设计............................................................................................-12-3.3三维造型....................................................................................................................-14-3.3.1底座造型.........................................................................................................-14-3.3.2履带造型.........................................................................................................-14-3.3.3导向造型.........................................................................................................-15-3.3.4连杆造型.........................................................................................................-15-3.3.5车轮造型.........................................................................................................-16-3.4数字化装配及仿真....................................................................................................-17-3.4.1机械手的装配................................................................................................-17-3.4.2整体装配及爆炸视图....................................................................................-17-3.4.3四杆机构运动仿真.........................................................................................-18-3.4.4整机仿真........................................................................................................-19-3.5实物制作....................................................................................................................-20-4结论............................................................................................................-22-参考文献............................................................................................................-23-机器人结构设计过程考核设计说明书-1-摘要本文对排爆机器人进行了设计，设计的主要方面包括（1）排爆机器人传动机构的设计；（2）排爆机器人结构的设计；（3）工作方式的设计；并根据机械传动原理图，对关键部件进行选型计算，主要成果包括排爆机器人所有部件的三维造型、运动仿真、零件图和装配图。关键词：排爆机器人；传动机构；运动分析；四杆机构；仿真机器人结构设计过程考核设计说明书-2-1设计目标（1）深入了解类人形机器人功能及工作要求，查找与课题有关的文献资料及参考书目，共计5条；（2）学习掌排爆机器人机构设计的基本知识和设计方法，了解排爆机器人的工作原理、工作过程，进行简单动作及相应机构设计；（3）根据排爆机器人工作原理、主要特点和技术指标，分析比较，加以论证，确定最终方案；（4）制作排爆机器人模型，完成各种运动、动作模拟，调试成功。1.1排爆机器人概述排爆机器人是排爆人员用于处置或销毁爆炸可疑物的专用器材，避免不必要的人员伤亡。它可用于多种复杂地形进行排爆。主要用于代替排爆人员搬运、转移爆炸可疑物品及其它有害危险品；代替排爆人员使用爆炸物销毁器销毁炸弹；代替现场安检人员实地勘察，实时传输现场图像；可配备散弹枪对犯罪分子进行攻击；可配备探测器材检查危险场所及危险物品。按照行进方式，排爆物机器人分为轮式及履带式。它们一般体积不大，转向灵活，便于在狭窄的地方工作，操作人员可以在几百米到几公里以外通过无线电或光缆控制其活动。一个多自由度机械手，用它的手爪或夹钳可将爆炸物的引信或雷管拧下来，并把爆炸物运走；车上还装有猎枪，利用激光指示器瞄准后，它可把爆炸物的定时装置及引爆装置击毁；有的机器人还装有高压水枪，可以切割爆炸物。图1排爆机器人机器人结构设计过程考核设计说明书-3-1.2排爆机器人技术发展趋势国外的排爆机器人产品经过几十年的研究已经得到大量的应用功能完善、技术先进是其主要的特点。目前,国外的排爆机器人研究正在从第一代的完全依赖人工控制的遥控排爆机器人以及第二代的具有视觉、感知、和信息处理技术的排爆机器人向着具有高度智能化、网络化控制、全自主能力的排爆机器人方向发展。同时,基于多年的基础性研究以及相对成熟的技术,国外的排爆机器人产品已经系列化、规模化,其产品不仅种类齐全而且具有很好的互换性和通用性。模块化的设计思想使一种机器人经过简单的改装就可以应用到其它不同场合。相对于西方发达国家,我国的排爆机器人研究起步较晚。目前我国大约有30家左右的高等院校和科研院所在从事各类排爆机器人的研究工作并相继有一些产品问世并投入使用。但是总体来说排爆机器人研究还处于发展阶段,基础性研究还较薄弱,机器人功能单一,尚未形成没有系列化发展。国内对于排爆机器人的研究应该借鉴国外的成功经验,积极开展具有自主知识产权的排爆机器人及其相关技术研究。图2排爆机器人技术发展方向机器人结构设计过程考核设计说明书-4-图3排爆机器人发展需求机器人结构设计过程考核设计说明书-5-2设计要求1、要求机器人小车进入现场找到任意放置的可疑铁磁材料薄片。搜索到可疑铁磁材料薄片后将其搬移到起点；2、整个工作要在五分钟内完成；3、机器人小车运行采取分段计时方式，从起点出发开始到搜索到可疑铁磁材料薄片计一次时，从搜索到可疑铁磁材料薄片到搬运回起点再计一次时。停止计时，整个排爆过程结束；4、机器人结构紧凑、体积小，重量轻；5、灵活的多功能机器手臂：活动空间大，具有4自由度；6、采用电机驱动，运动准确可靠。机器人结构设计过程考核设计说明书-6-3设计方案3.1传动及总体结构组成3.1.1传动方案设计1.齿轮传动分类：平面齿轮传动、空间齿轮传动。优点：适用的圆周速度和功率范围广；传动比准确、稳定、效率高，工作可靠性高、寿命长。缺点：：要求较高的制造和安装精度、成本较高。不适宜远距离两轴之间的传动。渐开线标准齿轮基本尺寸的名称有齿顶圆；齿根圆；分度圆；摸数；压力角等。图4齿轮传动2.涡轮蜗杆传动适用于空间垂直而不相交的两轴间的运动和动力。优点：传动比大；结构尺寸紧凑。缺点：轴向力大、易发热、效率低，只能单向传动。涡轮蜗杆传动的主要参数有：模数；压力；涡轮分度圆；蜗杆分度圆；导程；涡轮齿数；蜗杆头数；