1、及组件.主履带.摆臂履带.齿轮.救灾机器人性能指标与设计由于煤矿井下环境的特殊性和复杂性煤矿井下搜救机器人的总体设计须满足适合井下复杂地形防爆防碰撞等要求，同时所载的子系统安装使用要方便。在地面移动机器人家族中，履带机器人具有很强的地形适应性，能够适应恶劣的路面条件，因此得到了广泛的应用。但普通的履带移动移动机构结构复杂，重量大，运动惯性大，减震性能差，零件易损坏。为克服普通履带式移动机构的缺点，给煤矿井下搜救机器人履带式移动机构加装前摆。机器人加装前摆臂的优点机器人重心将前移，实现机器人爬坡和越障的功能，稳定性将更好实现机器人倾翻后自复位。为提高其地形适应性，前摆臂两个摆臂关节单独控制和单独驱动。总体设计方案如图所示。采用后轮驱动，差速转向，可实现原地转向。摆臂电动机驱动摆臂可在范围内旋转，提高机器人跨越沟槽和爬越台阶的越障的能力和翻转后自复位的功能。根据井下环境对机器人。

2、源运行时间大于等于小时。最大越障高度，跨越最大沟壑宽度。如图图.本章小结本章重点介绍了国内外履带机器人的移动方式，对三种常见的移动方式轮式履带式腿式在越野性能移动速度机构复杂程度控制难易程度等几方面进行了比较和分析，就研制的矿用履带搜救机器人应达到的性能指标提出了具体要求。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越障机理分析当机器人在爬越台阶时，机器人履带底线与地面之间的夹角将随时间而逐渐增加，其重心越过台阶的支撑点时，机器人就跨过了台阶完成爬越动作。越障过程分析煤矿井下搜救机器人爬越台阶的过程如图所示，机器人借助摆臂的初始摆角，在履带机构的驱使下，使其主履带前端搭靠在台阶的支撑点上，机器人继续移动，驱动摆臂逆时针摆动，当机器人重心越过台阶边缘时，旋转摆臂关节，机器人在自身重力影响下，车体下移，机器人成功地爬越台阶。图机器人爬越台阶过程由运动过程可以看出。

3、，两条履带不再相对车体固定而是能绕车身转动，这样能大大提高机器人的环境适应能力，但履腿复合机构本身存在着定的不足如结构复杂运动控制困难等。轮履腿式移动机构性能比较车轮式，履带式腿足式移动系统性能比较见表所示。表典型移动机构的性能对比移动方式轮式履带式腿式移动速度快较快慢越障能力差般好复杂程度简单般复杂能耗量小较小大控制难易易般复杂.本研究采用的行走机构本文提出来的便携式履带机器人移动系统采用的是履腿轮复合结构，该结构最大优点在于在传统履带移动机构的基础上增加了转动关节，加强了机器人越障爬坡性能并提高了环境适应能力。机器人能根据地形条件的复杂程度，通过主动调节两侧履带与车身约束关系来选择自适应环境或者是主动适应环境。自适应环境可以提高机器人运动稳定性能平顺性能主动适应环境可以提高机器人通过性能，机器人设计方案如下图所示。图便携式履带机器人结构组成.后轮驱动电机及组件.摆臂电机。

4、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。,车体宽度。车体质量为,摆臂质量不超过,机器人做直线运动最大速度等于,自备电。

5、阻力大，机械效率低，在自身重量比较大的情况下会对路面产生定的破坏。履带式移动机构比较轮式移动机构有以下几个特点撑面积大接地比压小滚动阻尼小通过性比较好越野机动往能好，爬坡越沟等性能均优于轮式结构履带支撑面上有履齿不打滑，牵引附着性能好结构较复杂重量大，运动惯性大，减震功能差，零件易损坏。图为部分履带式移动机构的简图图履带式移动装置示意图履腿式移动机构特点履腿复合移动机构综合了履带式和腿式两种移动机构的优势，在地面适应性能越障性能方面有良好表现。履带移动机构地面适应性能好，在复杂的野外环境中能通过各种崎岖路面，它的活动范围广，性能可靠，使用寿命长，轮式移动机构无法与其比拟，适合作为机器人的推进系统传统履带移动机构往往是两条履带与车身相对固定，很大程度上限制了机器人地形适应能力此时机器人履带高度和长度直接决定了机器人越障跨沟等性能，为了解决该问题履式移动系统中引入了关节履带机构。

6、的要求，主要设计性能参数如下防爆机器人.国内研究现状我国的搜救机器人技术起步较晚，但是近年来引起了越来越多的关注并取得了定的成果，沈阳自动化研究所哈尔滨工业大学国防科技大学上海交通大学广东富卫公司等机构都设计了自己的搜救机器人系统。年中科院沈阳自动化研究所与日本国际救援系统研究院联合成立的中日救援与安全机器人技术研究中心，在沈阳揭牌成立，这标志着我国的搜救机器人研究进入了个更加快速发展的时期。年月日，由中国矿业大学可靠性与救灾机器人研究所研制的国内首台煤矿搜救机器人样机在徐州诞生如图所示。这台煤矿搜救机器人采用自主避障和遥控引导相结合的行走控制方式，能在煤矿灾害发生后深入事故现场，探测火灾温度瓦斯浓度灾害场景呼救声讯等信息，并实时回传采集到的信息和图像，为救灾指挥人员提供重要的灾害信息。同时，机器人还能携带急救药品生命维持液食品和千斤顶撬棍等自救工具以协助被困人员实施自救和。

7、，机器人在越障第三阶段图重心的位置处于临界状态，机器人重心只有越过台阶边缘，机器人才能成功的越过障碍。由此可分析出机器人的最大越障高度。图机器人上台阶临界状态示意图由图所示几何关系可得变换式可得利用式求出，代入式可算出机器人跨越障碍的最大高度。跨越沟槽越障机理分析对于小于机器人前后履带轮中心距地沟槽，因机器人重心在机器人车体内，当机器人重心越过下个沟槽的支撑点时，机器人就越过了沟槽，完成了跨越动作。也可能由于重心未能过去，倾翻在沟槽内。当沟槽大于中心距时，履带式机器人可以看做爬越凸台障碍。越障分析履带式移动机器人跨越沟槽时，机器人重心不断向前移动，当重心越过沟槽边缘时，受重力作用，机器人将产生前倾现象，运动不稳定。由机器人质心变化规律可知机器人重心在以为半径的圆内，由于摆臂展开后机器人履带与地接触长度变大，为了计算最大跨越壕沟宽度，摆臂履带应处于展开状态。图跨越沟槽示意图机。

8、,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。

9、器人在平地图跨越沟槽的宽度在角度为的斜坡图上跨越沟槽的宽度.斜坡运动分析机器人在斜坡上运动时，起受力情况如图所示，机器人匀速行驶或静止时，其驱动力图机器人上坡受力示意图最大静摩擦力系数为，最大静摩擦力为当时，机器人能平稳行驶。当时，机器人受重力的影响将沿斜面下滑。已知煤矿井下机器人在井下地面最大静摩擦系数，则机器人爬越的最大坡度为爬坡时克服摩擦力所需的最大加速度为通过上述分析，可以根据机器人履带与运动面的摩擦系数来确定些陡坡是否能够安全爬升，并根据坡度和电机的特性，确定其运动过程最大加速及爬升都陡坡的快速性。.本章小结本章重点围绕矿用履带搜救机器人的爬坡性能越障性能跨沟性能三方面，对机器人移动原理带条履带，条履带，履带式移动机构与地面较大的接触面积，因此在较大的区域内分布机器人的重量，较大的接触区域使机器人具有较好的驱动牵引力，机动性能好越野性能强，缺点是结构复杂重量大摩擦。

10、统是矿井救灾机器人技术发展的主要方向。采用标准化网络化模块化技术。机器人装备有通信系统，在与外界进行数据信息交换时，采用标准化接口技术，网络技术可使机器人更具备操控性，同时机器人通信系统的稳定性可维护性兼容性也更好。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井下环境和气候与地面不同，井下环境恶劣，特别是事故刚刚发生后的井下条件更为恶劣。搜救机器人需要满足井下工作环境的特殊要求，具备快速搜寻并且准确定位井下失踪人员的功能，还要有简单的急救功能。井下地形矿山井下地形复杂，环境恶劣。巷道路面多积水，有矿车铁轨水沟风管线缆等障碍物支巷道路面窄而不平，多有坡度工作面处的路面坡度大，有碎煤支撑滑道等障碍。灾害发生后，脱落的顶板岩石煤块等形成新的障碍物。复杂的路况要求井下机器人要有较强的越障避障能力和行驶功能恢复能力。履带式,搜救,机器人,机械,结构设计,毕业设计,全套。

11、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。

12、逃生。图型矿井搜救机器人发展趋势救灾机器人是智能化机器人在煤矿领域的全新应用，尽管些关键技术仍需要进步研究，但救灾机器人具有高度的实用价值和广泛的应用前景。随着计算机技术传感技术控制技术材料技术的发展，特别是网络技术和图像信息处理技术的迅猛发展，智能机器人的研究已取得了丰硕的研究成果。但是，由于矿井救灾机器人特殊的工作环境和工作要求的不断提高，矿井救灾机器人技术方面还需要有所突破机械性能方面，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。新技术和新材料的研发，矿井灾后恶劣的环境要求用高强度抗拉抗压抗高温阻燃不产生电火花的材料。优良的导航性能信息采集能力仍是今后矿井救灾机器人导航技术的主要发展方向。由于矿井中救灾机器人单的传感器无法满足高精度定位需要，因此需要融合多个传感器测量信息，多传感器信息融合技术也就自然成为发展趋势。多机器人系。

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