煤矿安全形势已经十分严峻。

煤矿作为最复杂最危险的工作环境之，在发生安全事故之后，常常会因为井下复杂危险的环境而阻碍救援人员深入井下开展工作。

但煤矿安全形式十分严峻，瓦斯爆炸等煤矿事故频发，造成了重大的人员伤亡，产生了不良的社会影响。

煤矿灾害尤其是瓦斯煤尘爆炸事故发生后，因受高温烟雾有害气体和缺氧等影响，以及存在发生二次灾害的可能，矿井环境十分复杂。

救护人员无法知道能否进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搜救，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。

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。

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。

.国内外的研究概况国外研究现状目前，在救灾机器人研究方面，美国走在了世界的前列，美国在微小型机器人研制方面投入了大量的人力和物力，特别是新型高机动高可靠性移动载体研究方面。

如美国移动机器人计划中的便携式机器人系统．该类机器人主要用于城市战斗与搜救。

如美国智能系统和机器人中心开发的矿井探索机器人用于灾难后的现场侦查工作，采用电传遥控方式，有主动红外摄像机无线射频信号收发器陀螺仪和危险气体传感器等装备。

无线遥控距离约米。

美国南佛罗里达大学研制的矿井搜索机器人，小巧灵活，携带数字低照度摄像机和基本气体监视组件，可以通过个钻出的小洞钻进矿井，越过碎石和烂泥，并使用其携带的传感器发现受害矿工，探测氧气甲烷气体含量，生成矿井地图。

下图为美国及其它国家在研的各种履带式可变形机器人如图，所示，这是美国的种较小型机器人，现服役于美国军队，这个搭配了个爆炸物感应系统，有效地探测炸弹。

目前这种测试系统还处于实验阶段。

机器人还以进行挖掘和拆弹工作。

配备了称为“”和工程师的全套工具，可以对土壤进行挖掘，然后举起相当于自身重量倍的炸弹。

履带式，搜救，机器人，机械，结构设计，毕业设计，全套，图纸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。

展开式齿轮减速器结构简单，但齿轮相对于轴承的位置不对称，因此要求轴有较大的刚度。

高速级齿轮布置在远离转矩输入端，这样，轴在转矩的作用下产生的扭矩变形和在载荷作用下轴产生的弯曲变形可部分的互相抵消，以减缓沿齿宽载荷分布不均匀的现象。

用于载荷比较平衡的场合。

同轴式齿轮减速器横向尺寸较小，两对齿轮侵入油中深度大致相同。

但轴向尺寸和重量较大，且中间轴较长刚度差，沿齿宽载荷分布不均匀，高速轴的承载能力难以充分利用，适合小型微型机械适用。

蜗轮蜗杆减速机的主要特点是具有反向自锁功能，可以有较大的减速比，输入轴和输出轴不在同轴线上，也不在同平面上。

但是般体积较大，传动效率不高，精度不高。

行星减速器其优点是结构比较紧凑，回程间隙小精度较高，使用寿命很长，额定输出扭矩可以做的很大，但价格略贵。

另外行星减速箱，有平齿和斜齿种，精度和价格都有不同。

谐波减速器的谐波传动是利用柔性元件可控的弹性变形来传递运动和动力的，体积不大精度很高，但缺点是柔轮寿命有限不耐冲击，刚性与金属件相比较差，输入转速不能太高，价格较高。

根据复杂路况下搜救机器人的行驶速度及各项工作要求，综合各种减速器的特点，本设计采用二级减速传动，依传递运动和转矩，又根据减速箱空间的限制采用二级行星齿轮减速器。

.减速器的设计计算减速器的传动方案分析根据上述设计要求可知，该行星轮减速器传递功率高，传动比较大，工作环境恶劣等特点。

故采用双级行星齿轮传动。

型结构简单，制造方便，适用于任何情况下的大小功率的传动。

选用由两个型行星齿轮传动串联而成的双级行星齿轮减速器较为合理，名义传动比可分为进行传动。

配齿计算根据型行星齿轮传动比的值和按其配齿计算公式，可按第级传动的内齿，行星齿轮的齿数。

先考虑到该行星齿轮传动的外廓尺寸，故选取第级中心齿轮数为和行星齿轮数为。

根据内齿轮，则。

对内齿轮齿数进行圆整后，此时实际的值与给定的值稍有变化，但是必须控制在其传动比误差范围内。

实际传动比为其传动比误差根据同心条件可得行星轮的齿数为所求的适用于非变位或高度变位的行星齿轮传动。

再考虑到安装条件为整数第二级传动比为，选择中心齿数和行星齿轮数目与第级相同，则。

初步计算齿轮的主要参数齿轮材料和热处理的选择中心齿轮和中心齿轮，以及行星齿轮和均采用，渗碳后淬火，淬透性不错，耐低温冲击，能够满足要求。

齿面硬度为，查行星齿轮传动设计可知，取中心齿轮加工精度为级，高速井下气候灾害后，井下通风系统常受到破坏，使井下气候发生明显的变化，常见瓦斯和粉尘浓度增大，灾变区域的温度湿度增加，风量减少。

所以二次瓦斯爆炸的危险也常常是影响救护队员及时下井救护的个主要因素。

为了在高瓦斯下安全工作，搜救机器人需要进行矿用隔爆兼本安型设计元件在井下温度变化范围内应能可靠地工作为了防止煤尘和积水进入车体内部和运动副，厢体要进行密封防水设计。

光照与烟雾井下无自然光，机器人只有自带光源。

事故后，往往烟雾充斥巷道和工作面，能见度低，对照明产生定影响。

能源使用井下专用蓄电池供电。

因此，井下的特殊环境要求所设计的搜救机器人形体较小，载荷较大，运动灵活，具有通过狭小空间碎煤和岩石区的能力，能够实现较大弧度的转动，较强的越障爬坡能力，以及防爆防水耐高温视觉防尘等功能。

.典型移动机构方案论证分析便携式机器人按移动方式分主要有轮式履带式腿足式三种，另外还有步进移动式蠕动式混合移动式蛇行移动式等。

轮式移动机构特点轮式移动机构在救灾机器人中是最为普通的运动方式，轮式机器人移动机构普遍具有结构简单运动速度快能源利用率高的机动性好强的特点，同时具有自重轻不损坏路面作业循环时间短和工作效率高等优势。

控制的角度看，编程简单并有较高的可靠性，每个轮子都可以独立驱动。

与履带式移动机器人相比，当跨越不平坦地形时，轮式机器人有着固有的不足，限制了其运动能力，其稳定性和对环境的适应性完全依赖于环境本身的状况，对于进入复杂的环境完成既定任务存在严重的困难。

轮式移动机构按轮的数量可分为轮轮轮轮轮。

该结构存在着定的局限性，只能在相对平坦表面较硬的路面上行驶，如遇到软性地面如沼泽草地雪地沙地等容易打滑沉陷，但可根据具体地面环境采用些预防措施来缓解该类情况的出现，如采用不同种类的款式轮胎以提高其越野能力，象沙漠车辆山地车辆等，其各种结构如图所示。

图轮式移动装置示意图腿式移动机构特点腿足式移动机构分腿腿腿腿等形式。

腿式移动机构优点有腿式机器人的地形适应能力强。

腿式机器人运动轨迹由系列离散点组成，崎岖地形可以给这些离散点提供支撑，使机器人平稳运动而轮式和履带式机器人的运动是连续规迹，有些起伏较大的地形则不支持这种连续运动轨迹，进而限制了该类机器人活动范围。

腿式机器人的腿部具有多个自由度，运动更具有灵活性，通过调节腿的长度可以控制机器人重心位置，因此不易翻倒，稳定性更高腿式机器人的身体与地面分离，这种机械结构优点在于机器人身体可以平稳地运动而不必考虑地面的租糙程度和腿的放位置，腿移动机器人如图所示，特点是稳定性好，越野能力强。

腿式移动机构缺点有该类机器人的移动速度慢，机动性较差．因此机器人的负载不能太重腿式机器入对地面适应性和运动灵活性需要进步提高腿式机器人控制系统较为复杂，控制方法还有待完善该机构未进入实用化阶段。

图八腿机器人履带式移动机构特点履带式移动机构分为条履带条履带履带可车体左右布置或者车体前后布置条图这种的机器人是种小型地面探测车，重量仅为磅。

它带有个称为“”的头部，还有个相机个红外感应器和个可即时传送影像的摄像头。

图准备展开图机器人公司研制了机器人，该机器人采用履带方式行进，内部装备有两台普通直流电机，电机通过两根链条带动履带轮转

（图纸） 顶块.dwg

（图纸） 减速器装配图.dwg

（其他） 履带式搜救机器人机械结构设计开题报告.doc

（其他） 履带式搜救机器人机械结构设计说明书.doc

（图纸） 履带式搜救机器人装配图.dwg

（图纸） 内齿圈.dwg

（图纸） 前端盖.dwg

（图纸） 球顶.dwg

（其他） 实习报告.doc

（图纸） 输出轴.dwg

（其他） 外文翻译--简单结构管道检测机器人 英文版.pdf

（其他） 外文翻译--简单结构管道检测机器人 中文版.doc

（图纸） 行星架.dwg

（图纸） 行星轮.dwg

（图纸） 行星轴.dwg

（其他） 中期检查.doc