基于慧魚組件的多功能物料運輸車機器人設計起升機構結構部分設計【履帶式災害救援機器人設計】,履帶式災害救援機器人設計,基于慧魚組件的多功能物料運輸車機器人設計起升機構結構部分設計【履帶式災害救援機器人設計】,基于,組件,多功能,物料,運輸車,機器人,設計,機構,結構,部分,部份,履帶式,災害 開題報告 學 生 姓 名： 學 號： 專 業(yè)： 設計(論文)題目： 基于慧魚組件的多功能物料運輸車 機器人設計起升機構結構部分設計 指 導 教 師: 2010 年 4 月 4 日 開題報告填寫要求 1．開題報告（含“文獻綜述”）作為畢業(yè)設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據材料之一。此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設計（論文）工作前期內完成，經指導教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效； 2．開題報告內容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務處統(tǒng)一設計的電子文檔標準格式（可從教務處網頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應及時交給指導教師簽署意見； 3．“文獻綜述”應按論文的格式成文，并直接書寫（或打?。┰诒鹃_題報告第一欄目內，學生寫文獻綜述的參考文獻應不少于15篇科技論文的信息量，一般一本參考書最多相當于三篇科技論文的信息量（不包括辭典、手冊）； 4．有關年月日等日期的填寫，應當按照國標GB/T 7408—94《數據元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數字書寫。如“2010年3月15日”或“2010-03-15”。  開 題 報 告 1．結合設計課題情況，根據所查閱的文獻資料，每人撰寫 2000字左右的文獻綜述： 文 獻 綜 述 摘要 我國前段時間遇到的災難汶川地震，不安全因素很多，房屋倒塌嚴重，還連帶著許多小的余震等，災害事故危害嚴重，傷害人員多。各類災害事故存在突發(fā)性、災難性、破壞性等特點。因此，研究廢墟搜救新裝備是一項緊迫任務，這里介紹了研究該項目的意義。然后根據災難發(fā)生的時間，災難救援可以分為災前救援、災時救援與災后救援三個階段。隨后講了國內外物料運輸機械的研究狀況，發(fā)展前景等。 最后就根據多功能物料運輸車的的參與可以有效地提高救援的效率和減少施救人員的傷亡特點，讓它來幫助工作人員執(zhí)行救援工作，代替工作人員執(zhí)行搜救任務，使它在災難救援中起著重要的作用。 關鍵詞 廢墟救援 物料運輸機械 技術 發(fā)展前景 1 項目的研究意義 在世界各地，由于自然災害、恐怖活動和各種突發(fā)事故等原因，災難經常發(fā)生。在災難救援中，救援人員只有非常短的時間(約48小時)用于在倒塌的廢墟中尋找幸存者，否則發(fā)現幸存者的幾率幾乎為零。在這種緊急而危險的環(huán)境下，多功能物料運輸車可以為救援人員提供幫助。因此，將具有自主智能的在危險和復雜的災難環(huán)境下“搜索和營救”(SAR)幸存者，是起重運輸機械中的一個新興而富有挑戰(zhàn)性的領域[l]。? 我國前段時間遇到的災難汶川地震，不安全因素很多，房屋倒塌嚴重，還連帶著許多小的余震等，災害事故危害嚴重，傷害人員多。各類災害事故存在突發(fā)性、災難性、破壞性等特點。因此，研究廢墟搜救新裝備是一項緊迫任務[2]。目前，救災方式只是根據事故的類型確定救災的方案，一般救護人員無法進入危險區(qū)域，只能通過一些特殊設備進入災區(qū)，然后再搜救遇險災民。這種方式危險性大，傷亡人數多，救災周期長，往往效率低[11]。隨著科技的發(fā)展，物料運輸機械將被應用到廢墟救災領域。物料運輸機械利用自身的優(yōu)點，能迅速到達遇險災民的位置，降低事故危害性，對提高救災效率具有重大意義，具體表現為以下幾點[14]: 第一物料運輸機械具有靈活性好、機動性強的特點，有較好的爬坡和越障能力，能適應現場各種各樣的地理環(huán)境； 第二當運輸物料機械順利的越過障礙后，能迅速將物品運放到指定的位置。以便遇險災民更好的得到救助； 第三運輸物料機械具有為遇險災民投放小包食品、藥物和通訊裝置等輔助功能，并合理分配，能有效地減少遇險災民的傷亡人數； 第四可以連續(xù)的執(zhí)行乏味的搜索救援任務，而不會像人一樣感到疲倦； 第五不怕火、濃煙等危險和有害條件[5]。 世界各國都在不斷加大物料運輸機械的開發(fā)投入和研究力度，及時把微電子技術、自動化技術、人工智能技術、計算機技術、機器人技術以及新材料、新工藝等現代高新技術大量運用于物料運輸機械的生產、制造等領域，使物料運輸機械的技術含量越來越高，在未來發(fā)展方向上呈現出許多新的特點。 2 物料運輸機械的發(fā)展趨勢 2．1 國外物料運輸機械的發(fā)展趨勢 在國外，物料運輸機械的發(fā)展迅速，技術日益成熟，并進入實用化階段，日本、美國、英國等已開始裝備使用[7]。在災難現場中，物料運輸車應能迅速找到幸存者的位置。?起重運輸機械作為后勤裝備保障的重要組成部分，其信息化程度如何，將直接影響軍需物資在起重、運輸等環(huán)節(jié)的保障效能。為此，世界各國都在現有物料運輸機械的基礎上，及時將全球定位技術、實時跟蹤技術、計算機網絡等信息技術用于物料運輸機械上。例如，在現代物料運輸機械上，通過安裝車載接收器、數字化定位跟蹤儀、自診斷故障檢測儀以及遙感器等信息裝置，以實現對物料運輸機械在日常作業(yè)、調度和管理上的實時、實地的動態(tài)控制[8]。另外，為了在惡劣的災區(qū)無法到達的地區(qū)救援時，歐美等發(fā)達國家開始在一些物料運輸機械上加裝自動探測器和一些智能型處理設備，并將紅外技術、遙感技術、機器人技術、雷達技術進行綜合集成，使物料運輸機械在進行救援作業(yè)時一方面具有一定的自動判斷、偵察和識別能力；另一方面還能自動生成作業(yè)方案和自動修改作業(yè)參數，所有作業(yè)程序都是自動完成的。例如，美、英等國相繼開發(fā)和研制出的智能型物料運輸機械，一旦在物料運輸作業(yè)過程中遇到危險物、爆炸物時，則會通過無線電控制技術，指令機器人對物料運輸機械進行各類作業(yè)。這些對災后救援工作找到幸存者非常有利。 2．2 未來物料運輸機械的發(fā)展趨勢? 災害事故的突發(fā)性、驟然性、不確定性等因素增多，這些都對物料運輸機械的性能提出了更高的要求，尤其是速度性能已成為當今世界各國普遍追尋的目標。目前，無論是橋、門式起重機，還是輪式物料運輸機械，如各種軍用搬運機械、裝載機或挖掘機，在追求作業(yè)穩(wěn)定性能的同時，也更關注起重、運輸作業(yè)的速度性能。例如軍用裝載機和挖掘機，其機動速度由原來不足45 km／h，現已普遍提高到60 km／h～70 km／h，有的甚至更高[11]。如澳大利亞產的ADI型多功能起重車，最高時速可達100 km／h；長距離行駛速度平均在80km/h。這種高速化的設備，一方面能夠滿足部隊快速編隊行進的需要，另一方面還能滿足在現代戰(zhàn)爭中大量軍需物資補給、消耗的需要。除了這些，物料運輸車還應具備多功能化，例如，由澳大利亞研制生產的ADI型多功能起重車，除了裝有前置裝貨機和助耕機外，還可選裝夯土機、大地螺絲鉆、巖石破碎機、絞盤以及雪犁等工作裝置，以完成各種軍事野外工程和后勤保障任務[13]。美國山貓公司生產的多功能物料搬運車，除了能夠在倉庫、碼頭、岸灘等不同場地作業(yè)外，還能通過更換屬具的方式，實現起重、運輸、堆碼垛、裝卸載以及高空作業(yè)等多種功能。再如，由法國曼尼妥公司為北約部隊設計生產的多功能懸臂式維修起重機，既能在軍港碼頭進行高、低空維修作業(yè)，也能在機動港和岸灘展開作業(yè)。另外，統(tǒng)一起重運輸機械底盤，做到一種底盤多種車型則是多功能化的另一種發(fā)展模式。如美軍的裝甲型起重運輸機械，大多采用主戰(zhàn)坦克的底盤；車身則采用抗打擊能力極強的防護材料，以實現起重運輸機械在各種復雜戰(zhàn)場環(huán)境下的保障能力和戰(zhàn)場的生存能力[3]。這些朝著多功能化方向發(fā)展的軍用起重運輸機械，其作業(yè)適應能力和范圍都將得到大幅度的提高。 3 設計產品的目的 根據災難發(fā)生的時間，災難救援可以分為災前救援、災時救援與災后救援三個階段[15]。災前救援指的是對己經預先知道的，即將要發(fā)生的災難采取防范與消除災難、人員疏散和物資轉移的工作；災時救援是針對火災、水災、毒氣、放射性物質等有一定發(fā)生時間的災難過程，采取的撲救和補救工作；災后救援指的是地震、爆炸等突發(fā)性和短時性災難，事后的搜尋和營救工作。三個階段在災難發(fā)生時通常沒有明確的界限，但是各個階段救援工作都面臨著兩個問題：環(huán)境的復雜性和環(huán)境的危險性[12]。以城市環(huán)境為例，人口城市化和城市人口密集現象加劇，高層建筑、地下工程、大型商貿場所、文化娛樂場所迅猛發(fā)展，城市建筑物不斷增加，使得城市建筑環(huán)境中的搜救作業(yè)十分復雜[10]。在一些危險性大的災難中，如隨時會引發(fā)爆炸的火災現場，有易燃、易爆或劇毒氣體存在的現場，地震后存在易二次倒塌建筑物的現場，施救人員無法深入進行偵察或施救，人們急于探知災難現場的內部險情，但又不敢或無法接近或進入災難現場。此時，多功能物料運輸車的參與可以有效地提高救援的效率和減少施救人員的傷亡，它們不但能夠幫助工作人員執(zhí)行救援工作，而且能夠代替工作人員執(zhí)行搜救任務，在災難救援中起著重要的作用[6]。 4 設計方案 4．1 設計目標、研究內容和擬定解決的關鍵問題? 設計目標：本移動平臺主要用于地震災區(qū)的現場探察工作，機械結構是該平臺的基礎和重要組成部分。? 研究內容：在設計多功能物料運輸車時，應從系統(tǒng)總體要求出發(fā)，考慮多功能物料運輸車的環(huán)境適應性，協調各分系統(tǒng)的技術關聯，開展頂層設計，研究綜合集成關鍵技術。 擬定解決的關鍵問題：多功能物料運輸車利用自身的優(yōu)點，能迅速越過障礙，將救災物資運送到災區(qū)，并將救災物資發(fā)放到遇險災民的手中，降低事故的危害性。 4．2 設計方案? 移動機構作為多功能物料運輸車的移動載體[9]，必須具備以下特點：一定的移動速度和低能耗；良好的姿態(tài)穩(wěn)定性和高運動精度；能夠適應各種各樣的地理環(huán)境，有一定的爬坡和越障能力。?現有的多功能物料運輸車移動機構主要有:輪式、腿式、輪腿式和履帶式等[3]。輪式機器人具有結構簡單、重量輕、輪式滾動摩擦阻力小和機械效率高等特點，但越過壕溝、臺階的能力差；而腿式機器人具有適應地形能力強的特點，能越過大的壕溝和臺階，其缺點是速度慢；然后就是輪腿式機器人融合腿式機構的地形適應能力和輪式機構的高速高效性能，其缺點是結構相對復雜；最后履帶式機器人地形適應能力強，動載荷小，設計緊湊，其缺點是重量大，能耗大。根據本題目的設計要求及技術特點，本次設計擬選擇履帶式移動機構[15]。力的分布圖如圖1所示，最終的機構圖如圖2所示相類似。 圖1　力的分布圖 　圖2　最終結構和此圖相類似 4．3 題目的可行性分析 履帶式多功能物料運輸車地形適應能力強，動載荷小，設計緊湊，其缺點是重量大，能耗大。本次設計擬選擇履帶式移動機構[5]。原因有以下兩點:? （1)相對于輪式移動機構? （a）支承面積大，接地比壓小 （b）越野機動性能好，爬坡、越障、跨溝能力強；? （c）履帶的牽引附著性能好，不易打滑，有利于發(fā)揮較大的牽引力。 （2)相對于步行式行走機構 （a）技術成熟； （b）控制簡單。 相比之下決定采用履帶行走，采用履帶行走就像給多功能物料運輸車鋪了一道無限延長的軌道一樣，使它能夠平穩(wěn)、迅速、安全地通過各種復雜的路況。由于履帶接觸面積大，所以增大了多功能物料運輸車在松軟、泥濘路面上的通過能力，降低了下陷量。由于履帶板上有花紋并能安裝履刺，所以在雨雪冰或上坡路等路面上能牢牢抓住地面，不會打滑。履帶接地長度達到4到6米，誘導輪中心位置較高，可以通過2到3米的壕溝和高達1米的垂直墻[14]。 步行式和輪式主要是為了在平坦的路面上行駛，而在地震災區(qū)是每行有平坦的道路的，只有各式各樣的路況。為了面對各種路況，而采用履帶式，采用這種方式的好處是，抓地力強，可以減少多功能物料運輸車對路面的壓力，防止陷入泥濘的路面，因此對于多功能物料運輸車來說采用履帶式而不采用輪式或步行式。 參 考 文 獻 [l] 黃大巍，李風，毛文杰等編著.現代起重運輸機械[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2006. 3. [2] 蹼良貴, 紀各剛. 機械設計[M]. 北京: 高等教育出版社, 1996. [3] 余達太, 馬香峰. 工業(yè)機器人應用[M]. 北京: 冶金工業(yè)出版社, 2003. [4] 秦曾煌, 電子技術[M]. 北京: 高等教育出版社, 1996. [5] 劉鴻文, 材料力學[M]. 北京: 高等教育出版社, 2003. [6] 陳道南主編. 起重運輸機械[M]. 北京: 冶金工業(yè)出版社，2005. [7] 徐元呂, 工業(yè)機器人[M]. 北京: 中國輕工業(yè)出版社, 1999. [8] 北京起重運輸機械設計研究院，北京科正平機電設備檢驗所編.起重運輸機械產品選用手冊[M] . 北京: 機械工業(yè)出版社, 1999. [9] 周伯英. 工業(yè)機器人設計[M]. 北京: 北京機械土業(yè)出版社, 2005. [10] 成大先. 機械設計手冊[M]. 4版. 北京：化學工業(yè)出版社，2002. [11] 余達太，馬香峰. 工業(yè)機器人應用工程[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，1999. [12] 秦曾煌, 電子技術[M]. 北京: 高等教育出版社, 1996. [13] 王金諾，于蘭峰主編. 起重運輸金屬結構[M]. 北京：中國鐵道出版社，2002. 3. [14] 孫恒，陳作模，葛文杰主編. 機械原理[M].北京：高等教育出版社，2006. 5. [15] 濮良貴，紀名剛主編. 機械設計[M].北京：高等教育出版社，2006. 5. 開 題 報 告 ２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）： 1　設計目標、研究內容和擬定解決的關鍵問題? 設計目標：本移動平臺主要用于地震災區(qū)的現場探察工作，機械結構是該平臺的基礎和重要組成部分。? 研究內容：在設計多功能物料運輸車時，應從系統(tǒng)總體要求出發(fā)，考慮多功能物料運輸車的環(huán)境適應性，協調各分系統(tǒng)的技術關聯，開展頂層設計，研究綜合集成關鍵技術。 擬定解決的關鍵問題：多功能物料運輸車利用自身的優(yōu)點，能迅速越過障礙，將救災物資運送到災區(qū)，并將救災物資發(fā)放到遇險災民的手中，降低事故的危害性。 2 設計方案 移動機構作為多功能物料運輸車的的移動載體，必須具備以下特點：一定的移動速度和低能耗；良好的姿態(tài)穩(wěn)定性和高運動精度；能夠適應各種各樣的地理環(huán)境，有一定的爬坡和越障能力。?其中履帶式多功能物料運輸車地形適應能力強，動載荷小，設計緊湊，其缺點是重量大，能耗大。根據本題目的設計要求及技術特點，本次設計擬選擇履帶式移動機構。 然后根據機器人的特點，要求多功能物料運輸車實現的功能如下： 第一多功能物料運輸車具有靈活性好、機動性強的特點，有較好的爬坡和越障能力，能適應現場各種各樣的地理環(huán)境。比如，蛇形救災機器人能適應任何的復雜環(huán)境，在礦井下能自由運動； 第二當多功能物料運輸車順利的越過障礙后，能迅速將物品運放到指定的位置。以便遇險災民更好的得到救助； 第三機器人具有為遇險災民投放小包食品、藥物和通訊裝置等輔助功能，并合理分配，能有效地減少遇險災民的傷亡人數； 第四可以連續(xù)的執(zhí)行乏味的搜索救援任務，而不會像人一樣感到疲倦； 第五不怕火、濃煙等危險和有害條件。  開 題 報 告 指導教師意見： 1．對“文獻綜述”的評語： 2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設計（論文）結果的預測： 指導教師： 年 月 日 所在專業(yè)審查意見： 負責人： 年 月 日