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。 本研究工作的目的是设计结构新颖、具有独创性的可携带、抗一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一个基础的动力平台，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、机动能力并能抵抗一定高度的掉落冲击。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，本对上述各部分方案分别进行论证、结构设计计算、3D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1 1绪论3 1.1课题研究背景及意义3 1.1.1课题研究背景3 1.1.2课题研究意义3 1.2国内外的研究概况5 1.2.1国外研究现状5 2.2国内研究现状10 1.2.3发展趋势11 2搜救机器人的总体结构方案设计12 2.1井下复杂环境对救灾机器人的要求12 2.2典型移动机构方案论证分析13 2.2.1轮式移动机构特点13 2.2.2腿式移动机构特点14 2.2.3履带式移动机构特点15 2.2.4履、腿式移动机构特点16 2.2.5轮、履、腿式移动机构性能比较17 2.3本研究采用的行走机构17 2.4救灾机器人性能指标与设计18 2.5本章小结19 3矿用搜救机器人运动参数设计计算20 3.1机器人越障分析20 3.1.1机器人跨越台阶20 3.1.2跨越沟槽21 3.2斜坡运动分析22 3.3本章小结23 4机器人移动平台机械设计24 4.1驱动电机的选则24 4.1.1基于平地的最大速度的电机功率计算24 4.1.2爬坡最大坡度的驱动电机功率计算25 4.2本章小结26 5驱动轮减速器设计27 5.1减速器方案分析27 5.1.1减速器应满足的要求27 5.1.2减速器方案分析27 5.2减速器的设计计算29 5.2.1减速器的传动方案分析29 5.2.2配齿计算29 5.2.3初步计算齿轮的主要参数30 5.2.4装配条件的计算34 5.2.5高速级齿轮强度的验算35 5.2.6轴的设计及校核44 5.3本章小结46 6移动机构履带及翼板部分设计47 6.1履带的选择47 6.1.1确定带的型号和节距48 6.1.2确定主从动轮直径48 6.1.3确定节线长度和带宽49 6.2翼板部分设计51 6.3本章小结51 7机器人摇臂的设计52 7.1摇臂作用概述52 7.2摇臂传动减速器设计53 7.3本章小结55 8总结与展望56 致谢58 参考文献59 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(TMR)计划中的便携式机器人系统(MPRS)．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RATLER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76米。美国南佛罗里达大学研制的Simbot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，可以通过一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1-1,1-2所示，这是美国iRobot的一种较小型“PackBot”机器人，现服役于美国军队，这个“PackBot”搭配了一个爆炸物感应系统，有效地探测炸弹。目前这种测试系统还处于实验阶段。“PackBot”机器人还以进行挖掘和拆弹工作。配备了称为“explosive ord
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nce disposal”(eod)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2倍的炸弹。 图1-2这种iRobot SUGV的机器人是一种小型地面探测车，重量仅为30磅。它带有一个称为“tactical head”的头部，还有一个相机、一个红外感应器和一个可即时传送影像的摄像头。