入或无法直接进入灾害现场执行营救任务，上述事故中的伤亡人员有相当部分是救护人员，如陕西黄陵矿业公司号煤矿发生特大瓦斯爆炸事故，名救护队员在井下不慎滑倒，将呼吸机鼻夹摔脱落，导致氧化碳中毒死亡年渑池县赵沟八矿井下突然起火，三门峡市矿山救护队接报后立即赶到现场救灾，在救火过程中，突发瓦斯爆炸，名救护队员殉职年六枝工矿集团公司救护大队的救护队员在井下实施封闭火区措施时，火区发生瓦斯爆炸，造成名救护队员死亡。

由此可见研发代替或部分代替救护人员的救灾机器人及时快速深入矿井灾区进行环境探测和搜救工作具有极其重要的意义。

在救援初期，其主要作用是代替矿山救护人员进入灾区，进行环境探测，并将采集的数据发送至救援指挥中心，这些环境信息主要包括瓦斯氧气的浓度环境温度湿度与粉尘情况以及灾区的通风状况的参数，还应包括生命和图像等信息，为救灾决策提供重要参考。

绪论课题研究背景及意义课题研究背景我国是世界上灾害事故发生次数最多的国家之，地震火灾塌方以及各类人为事故，给人民生命财产安全造成极大的危害。

灾害发生后，如何及时有效的发现被困幸存者并实施快速的救援是灾后应急救援的头等大事。

然而复杂危险的灾后环境常常会给救援工作带来困难。

危险物质大火易燃易爆气体不稳定的结构等等危险因素的存在，时常威胁到救援队员的生命安全，阻碍救援工作的快速展开。

如何能够在最少人员伤亡前提下快速高效地开展搜索救援工作直是我们重点研究的问题。

本文提出的便携式矿用救灾机器人是种质量轻，易于单个救援人员背负，具有多种运动姿态和抗摔能力，采用履带方式行进的微小型机器人系统。

能够适应矿井恶劣的灾后环境，对非结构的地形环境具有良好的自适应能力，具备较好的越障能力和定高度的抗摔能力。

机器人可通过无线电信号进行远程控制，并能够加载各种侦测设备对未知环境进行先期探测并回传井巷环境信息，为及时有效的救灾提供决策参考。

课题研究意义我国煤炭资源丰富，是世界上最大的煤炭生产国和消费国。

在我国的能源工业中，煤炭占我国次能源生产和消费结构中的半以上，在未来相当长的时间内，煤炭仍然是我国的主要能源，由于我国矿井自然条件差，加上技术和管理等诸多方面不到位，以及近年来国家对炳辉，李贻斌等试论煤矿机器人的研究与开发机器人摘要煤矿灾害尤其是瓦斯煤尘爆炸事故发生后，矿井环境十分复杂，井下因灾受伤人员面临极其危险的状况，需尽快地转移与救护而救援工作异常困难和危险，往往在救援工作中造成救护人员的伤亡。

研发代替或部分代替救护人员及时快速深入矿井灾区进行环境探测和搜救工作的救灾机器人具有极其重要的意义。

本论文研究工作的目的是设计结构新颖具有独创性的可携带抗定冲击的履带移动机器人，以能够适应在恶劣环境和复杂路况下工作。

通过在移动系统上加载不同的模块，能够实现搜救机器人不同的使用功能，本研究意义在于为后续设计的搜救机器人提供个基础的动力平台，以便于能够开发出更多使用功能的搜救机器人。

本研究所设计的搜救机器人移动方案是履带式驱动结构。

该方案采用模块化设计，便于拆卸维修，可以分段自适应复杂路面，并可主动控制两侧翼板模块的转动来调节机器人姿态变化，辅助爬坡越障和跨沟机器人经过合理的结构布局和设计后具有良好的环境适应能力机动能力并能抵抗定高度的掉落冲击。

所设计的机器人移动机构主要由四部分组成主动轮减速驱动机构翼板转动机构自适应路面执行机构履带及履带轮运动机构，本论文对上述各部分方案分别进行论证结构设计计算建模，并设计了搜救机器人虚拟样机。

关键字搜救机器人复合移动机构模块化设计，目录前言绪论课题研究背景及意义课题研究背景课题研究意义国内外的研究概况国外研究现状国内研究现状发展趋势搜救机器人的总体结构方案设计井下复杂环境对救灾机器人的要求典型移动机构方案论证分析轮式移动机构特点腿式移动机构特点履带式移动机构特点履腿式移动机构特点轮履腿式移动机构性能比较本研究采用的行走机构救灾机器人性能指标与设计本章小结矿用搜救机器人运动参数设计计算机器人越障分析机器人跨越台阶跨越沟槽斜坡运动分析本章小结机器人移动平台机械设计驱动电机的选则基于平地的最大速度的电机功率计算爬坡最大坡度的驱动电机功率计算本章小结驱动轮减速器设计减速器方案分析减速器应满足的要求减速器方案分析减速器的设计计算减速器的传动方案分析配齿计算初步计算齿轮的主要参数装配条件的计算高速级齿轮强度的验算轴的设计及校核本章小结移动机构履带及翼板部分设计履带的选择确定带的型号和节距确定主从动轮直径确定节线长度和带宽翼板部分设计本章小结机器人摇臂的设计摇臂作用概述摇臂传动减速器设计本章小结总结与展望致谢参考文献前言我国的煤炭资源十分丰富，是世界上最大的煤炭生产国和消费国。

在我国的能源工业中，煤炭占我国次能源生产和消费结构中的左右，预计到年还将占以上，因此，在未来相当长的时间内，煤炭仍然是我国的主要能源，由于我国矿井自然条件差，加上技术和管理等诸多方面不到位，以及近年来国家对煤炭资源需求量的不断增长，使得我国煤矿矿井灾害事故频繁发生，人员伤亡十分惨重。

据统计，年我国矿难死亡人，百万吨死亡率为年全国矿难死亡人，百万吨死亡率为年全国煤矿发生伤亡事故起，死亡人，百万吨死亡率约为，其中次死亡人的重大事故起，死亡人。

年全国安全生产数据显示全国共发生次死亡人以上的特大事故起死亡人，其中煤矿企业特大事故共发生起，死亡人，死亡人数仍高居各类安全事故之首。

年全国煤矿安全生产形势依然严峻，目前我国煤矿事故死亡人数远远超过世界其他产煤国家煤矿死亡人数的总和，约占世界矿难人数的，百万，度，高硬度，易加工的优点，综合选择，镁合金能够满足般的性能要求，所以翼板的材料选择镁合金。

本章小结通过本章的分析，选择梯形双面齿同步带作为设计履带，确定了带的型号和节距，主从动轮直径，以及节线长度和带宽，同时也采用了翼板作为支撑，节省了材料机器人摇臂的设计摇臂作用概述摇臂的作用是是机器人在越障时起辅助作用，使机器人受力情况改变，更加灵活的适应崎岖的环境。

主要作用为以下两点支撑摇臂的前轮，使之能够自由滚动。

度转动时，能够支撑起车体。

为了使与摇臂相连的轮能够自由转动，设计成输出轴上套轴承，轴承支撑车轮的形式。

为了使摇臂转动时能够支撑起车体，车体前方的输出轴是由摇臂电机经减速器输出的。

输出轴通过花键与摇臂翼板固定连接。

采用花键的原因是安装方便。

摇臂主体实际上是块钢板，形状与摇臂两个轮的形状相致，尺寸略小于轮。

前导轮安装在个短轴上，而短轴也是通过花键嵌到翼板上的。

为了使花键与翼板不发生相对错动，故当翼板安装到位后，用螺栓将翼板与花键轴连接起来。

为了增加翼板的强度刚度，在翼板外侧连接个条形挡板。

在翼板前端短轴末端用螺栓连接个挡板，用来卡住轴承。

为了使之运动平稳，翼板相连的大轮直径应该与前车轮直径相同而为了减小整机的尺寸，故该轮的宽度要比前轮宽度窄些。

这里定轮宽为，所以小轮的宽度也为。

车前轮与摇臂大轮之间的间隙为，轮是靠轴承支撑的，轴承套在减速器输出轴上。

这两个轮子的位置是通过轴承内外圈限定的，故选择的轴承需要承担较大的轴向力，所以选择圆锥滚子轴承。

由输出轴直径为，查表得选择的轴承型号是。

翼板上各零件尺寸如下翼板宽度为，花键长度为，条形挡板厚度为，最远螺栓中心长度为，通过个螺栓与翼板相连接。

图摇臂传动减速器设计计算总传动比由电动机的额定转速和后轮输出轴轴转速可确定传动装置应有的总传动比为输出轴所需转速转速电动机额定合理分配各级传动比级齿轮减速比为初定级齿轮减速比为，二级涡轮减速比为。

各轴的运动和动力参数选择传动精度等级的选择如表所示表传动精度等级的选择项目圆柱齿轮涡轮蜗杆滚动轴承效率各轴转速计算轴轴轴各轴功率的计算轴轴轴各轴输入转矩的计算电动机输出转矩轴轴轴和表面形式，必须对机器人在路面行走时履带的受力状态有深入的研究。

机器人在未知环境中执勤，所处环境往往十分恶劣，如地形复杂存在辐射污染温差大，其机械部件容易出现问题，因此合理利用硬件布局设计，保证机器人安全可靠地运行，这将成为今后研究的个方向。

致谢毕业设计已经接近尾声了，在这段时间中我所做的工作是比较肤浅的，由于该设计与常规机械有所不同，这也使我的设计显得有所欠缺，设计过程中也遇到了不少的问题，在关键问题上，邓乐教授给了我很大的帮助和指导，论文能够完成，首先要感谢我的导师邓乐教授，在设计的整个过程中都给予了我悉心的指导让我少走了许多的弯路。

邓教授的治学严谨和科学研究的精神是我永远学习的榜样，这也将影响到我今后的工作和学习。

在本设计完成过程中，我还要感谢在大学期间给我授过课得每位老师，正是他们的出色的工作使我掌握了较为扎实的基础知识，在设计的过程中也得益于此。

同时，还要感谢在设计过程中给予我帮助的同学们，特别是我们设计组的同学，他们也给予了很多的支持和帮助。

最后，我还要感谢我的母校四年来对我的大力栽培，感谢我的老师和同学们，谢谢，参考文献孙岩，陈晓罗主编，机械设计课程设计，北京理工大学出版社，饶振刚行星传动机构设计国防工业出版社，刘鸿文主编材料力学北京高等教育出版社，濮良贵主编机械设计第八版北京高等教育出版社，徐元吕主编工业机器人北京中国轻工业出版社，哈尔滨工业大学理论力学第六版北京高等教育出版社，殷玉枫主编机械设计课程设计北京机械工业出版社，邓文英主编金属工艺学第四版北京高等教育出版社，成大先机械设计手册化学工业出版社第四版孙宝均机械设计课程设计机械工业出版社孙恒机械原理北京高等教育出版社，李科杰危险作业机器人发展战略研究机器人技术及应用李东晓机器人技术在煤矿自动化中的应用煤炭科学技术钱善华王勇等机器人研究的现状及煤矿搜救的应用机器