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河南理工大學萬方科技學院
本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
題目名稱
四連桿履帶式搜救機器人
學生姓名
錢龍飛
專業(yè)班級
08機設(shè)2班
學號
0828070150
一、 選題的目的和意義：
目的：近年來，多發(fā)的自然災(zāi)害（如地震、火災(zāi)、洪水）、人為的恐怖活動、武力沖突及各種生化病毒、有毒物質(zhì)、輻射等恐怖不斷威脅著人類的安全，使得人們普遍關(guān)注對各種災(zāi)害的應(yīng)急能力、災(zāi)后的快速響應(yīng)處理能力。在突發(fā)恐怖事件、自然災(zāi)害及意外傷害發(fā)生后，巨大的災(zāi)害往往造成大范圍的建筑物坍塌和人員傷亡，現(xiàn)場搜索與救援成為人不最為緊急的工作。然而現(xiàn)場多為坍塌環(huán)境，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不穩(wěn)定，有些狹小空間救援人員和搜救犬根本無法進入，從而使搜救范圍限制在倒塌建筑物表面范圍。救援人員進入建筑物也將有巨大的風險，其體重和移動可能會引起建筑物進一步倒塌，造成對救援人員和幸存者的再次傷害。因此，救援隊員必須在結(jié)構(gòu)工程師進行評估，并對不穩(wěn)定的倒塌結(jié)構(gòu)進行支撐加固后才能進入，這個過程延誤了搜救受災(zāi)者的時間。同時，由于搜尋空間條件惡劣，易導(dǎo)致救援隊員勞累，從而易對周圍建筑結(jié)構(gòu)作出錯誤判斷，錯過沒有知覺受災(zāi)者的概率上升，而且救援人員也存在重大的健康風險和安全風險，影響救援工作的快速展開。
意義：將機器人技術(shù)、營救行動技術(shù)、災(zāi)害學等多學科知識有機融合，研制與開發(fā)用于搜救與營救的救援機器人，將有效地提高救援的效率和減少救援人員的傷亡。
四連桿變形履帶式搜救機器人是指用于公安、武警在災(zāi)后非結(jié)構(gòu)環(huán)境下執(zhí)行搜索與救援任務(wù)的特種機器人。機器人在搜索與救援過程中明顯具有以下幾個方面的優(yōu)勢。
（1）在發(fā)生倒塌后，機器人可以立即展開對幸存者的搜索，進入結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的建筑物，降低救援隊員的風險，為搜救工作節(jié)約時間。
（2）可以進入狹窄空間，擴展搜救專家的工作范圍。建筑物倒塌會形成各種各樣的空間，這些空間可能就會有幸存者，但搜救人員難以進入，而機器人卻可以一展身手。
（3）可以攜帶多種傳感器，探測幸存者空間狀況，在機器人軟件的幫助下對搜索區(qū)域?qū)嵭型暾娜S搜索，繪制結(jié)構(gòu)圖，提升工作效率和可靠性。搜救機器人可以攜帶溫度探測器、一氧化碳探測器、爆炸界限探測器、氧氣、PH探測器、輻射探測器和殺傷性武器探測器，從而測定空氣讀數(shù)，探測有害物質(zhì)，分析后向救援人員提出警告。圖為機器人給幸存者測量脈搏的示意圖。
二、 國內(nèi)外研究綜述：
近十年來,尤其是“911”事件之后,美國、日本等西方發(fā)達國家在地震、火災(zāi)等救機器人的研究方面做了大量的工作,研究出了各種可用于災(zāi)難現(xiàn)場救援的機器人。以牽引和運動方式的不同搜救機器人主要可分為以下幾類:
2. 1 履帶式搜救機器人
履帶式機器人是為了滿足軍事偵察、拆除危險物等作業(yè)的需要,在傳統(tǒng)的輪式移動機器人的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。
圖1
圖1 給出了目前國際上幾家著名機器人公司的典型產(chǎn)品,他們主要是為了滿足軍事需要而開發(fā)的,體積普遍偏大,不太適合在倒塌的建筑物廢墟中狹小空間內(nèi)搜尋幸存者。
2. 2 可變形(多態(tài)) 搜救機器人
為了能進入狹小空間展開搜救工作,要求機器人的體積要盡可能小,但體積小了搜索視野就會受到限制,為了解決這一矛盾,近年來在傳統(tǒng)牽引式搜救機器人平臺基礎(chǔ)上,研制出了形態(tài)可變的履帶式多態(tài)搜救機器人。
三、 畢業(yè)設(shè)計（論文）所用的主要技術(shù)與方法：
四連桿變形履帶式機器人結(jié)構(gòu)布局, 主要由機架和兩個對稱分布的履帶變形模塊組成。位于機器人中部的機架作為移動平臺可裝載直流電源及與控制相關(guān)的各種設(shè)備, 用于完成各種特定的任務(wù), 在機器人運動過程中一般保持水平。機架兩側(cè)是基于平行四邊
形結(jié)構(gòu)的履帶變形模塊, 主要由四連桿變形機構(gòu)、主驅(qū)動輪、被動輪及繞在履帶輪上的履帶組成, 其中四連桿變形機構(gòu)由連桿、主動曲柄、被動曲柄組成, 用于提供驅(qū)動力, 并且可以繞機架旋轉(zhuǎn), 實現(xiàn)履帶變形, 在越障時給機器人提供額外的輔助運動。機器人共有3個自由度, 即一個平動自由度和兩個旋轉(zhuǎn)自由度。安裝在機器人兩個主驅(qū)動輪內(nèi)的電機通過聯(lián)軸器傳動, 將主驅(qū)動輪的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)槁膸У钠揭七\動, 實現(xiàn)機器人的直線前進、后退和轉(zhuǎn)向。另外一個電機安裝在機架上, 通過鏈傳動驅(qū)動左右兩側(cè)履帶變形模塊中的主動曲柄繞位于機架前方的軸轉(zhuǎn)動, 從而實現(xiàn)四連桿機構(gòu)的變形, 最終使繞在其四周的履帶構(gòu)形發(fā)生變化。該結(jié)構(gòu)的特點在于巧妙地利用四連桿機構(gòu)實現(xiàn)了機器人的行進與履帶的變形, 使機器人具備良好的越障性能和地面適應(yīng)性。
方法：
1．在圖書館借閱相關(guān)書籍
2．在學校數(shù)據(jù)庫查找相關(guān)資料
3．通過老師的指導(dǎo)
4．通過瀏覽因特網(wǎng)上的相關(guān)資料
5．對相關(guān)資料和數(shù)據(jù)進行理論計算和分析
6. 設(shè)計參考有關(guān)設(shè)計樣板，完善設(shè)計方法，進一步完善設(shè)計結(jié)果
7 通過與同學探討得出有關(guān)結(jié)論
8 自己總結(jié)資料得出結(jié)論
四、 主要參考文獻與資料獲得情況：
[ 1 ]汪增福,關(guān)勝曉,曹洋.一種主動適形越障機器人的設(shè)計與特性分析[ J] . 計算機仿真, 2007, 24( 4 ) :
[ 2 ] 馮虎田, 歐屹, 高曉燕. 小型地面移動機器人特殊運行姿態(tài)動力
學建模及分析[ J] . 南京理工大學學報. 2006, 30 ( 4) [ 3 ] 蔡自興. 機器人學[M ] . 北京:清華大學出版社, 2000.
[ 4 ] 孫恒,陳作模. 機械原理[M ] . 北京:高等教育出版社, 2000.
五、 畢業(yè)設(shè)計（論文）進度安排（按周說明）
第5～7周 畢業(yè)實習，完成實習報告，收集資料，完成開題報告。
第8～10周 總體方案設(shè)計，初步完成設(shè)計計算，外文翻譯。
第11～13周 完成總裝圖和零件圖的繪制和設(shè)計說明書。
第14～15周 修改和完善，準備畢業(yè)答辯。
六、 指導(dǎo)教師審批意見：
指導(dǎo)教師： （簽名）
年 月 日
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