1、本科毕业论文（20 届）基于 PRO/E 的搜救机器人模型建立与运动仿真所在学院专业班级 机械设计制造及其自动化学生姓名指导教师完成日期诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 基于 PRO/E 的搜救机器人模型建立与运动仿真 1课题意义及目标学生应通过本次毕业设计，综合运用所学过的基础理论知识，完成搜救机器人的移动结构设计、越障能力分析、内部主要零件设计、建立虚拟运动模型等内容，做到能熟练运用所学知识，为以后实践工作打下基础。2主要任务1）通过查阅有关资料，了解
2、搜救机器人主要功能和技术参数；2）搜救机器人的移动机构设计及性能分析；3）搜救机器人越障能力分析；4）利用 PRO/E 完成模型建立和运动仿真，完成设计任务书的撰写。3主要参考资料1 段星光，黄强，李京涛.具有越障功能的小型地面移动机器人D.机械设计，2006.2 濮良贵，纪名刚.机械设计（第八版）M.北京：高等教育出版社，2005.2 潘玉霞.地面移动机器人的建模D.南京理工大学硕士学位论文，2007.4 汪明德，祝嘉光.坦克行驶原理M.北京：国防工业出版社，1983.4进度安排设计各阶段名称 起 止 日 期1 查阅文献，了解研究目的意义，完成开题报告2015.03.03-2015.03.2
3、32 毕业设计开题，移动机构设计及分析 2015.03.24-2015.04.133 越障能力分析及毕业设计中期准备 2015.04.14-2015.05.044 模型建立分析及设计说明书撰写 2015.05.05-2015.06.015 设计答辩 2015.06.02-2015.06.22审核人： 年 月 I基于 PRO/E 的搜救机器人模型建立与运动仿真摘 要：自然灾害发生后，幸存人员面临着极其危险的状况，需要尽快的转移和救助；而搜救工作异常困难和危险，往往会造成搜救人员的伤亡。研究可以自主进行搜救任务的多功能机器人具有极其重要的意义。本设计的目的是设计一个结构新颖、具有一定自主行动能力和
4、越障能力的履带式移动搜救机器人。本设计的搜救机器人移动方式是履带式驱动结构。该方案采用模块化设计，便于拆装维修，可以主动控制两侧辅助臂的转动来改变机器人形态，以适应不同的搜救环境，完成越障动作。本设计中机器人主要设计了以下几个系统机构：移动机构、控制系统、多功能感知系统和定位导航系统，并进行了移动机构的动力学计算和越障能力分析，最后通过 PRO/E 进行了模型建立和运动仿真，确保了移动机构的可行性。关键词：履带机器人，履带移动机构，多功能机器人。IISearch and rescue robot based on PRO/E model establishment and movement s
5、imulationAbstract:When natural disasters occur, the survivors are in critical condition and need to transfer and rescue as soon as possible. However, the difficulty and danger of search and rescue work, often causing casualties of search and rescue personnel.Therefore, it is significant to reaserch
6、the multi robot that can independently complete the search and rescue missions.The purpose of this study is to design a sescue robot with novel structure,autonomous action ability and climbing ability. Its mobile mode is crawler driving structure.The scheme adopts the modular design, in order to eas
7、y disassembly and maintenance.By controlling the rotation of the auxiliary arms on the two sides to change in Robot form, we can adapt the robot to different search and rescue environment, to complete the obstacle motion. The design of the robot mechanism mainly includes the following systems: mobil
8、e mechanism, control system, multi-functional perception system and navigation and positioning system.And it passed the mobile mechanism of dynamics calculation and the analysis of obstacle ability. At last, the model is built and motion simulation is carried out by PRO/E, to ensure the feasibility
9、of mobile agencies.Keywords: Crawler robot, tracked mobile mechanism, multi-functional robot.III目 录1 绪论 .51.1 引言 .51.2 课题研究的背景 .51.2.1 背景 .51.2.2 意义 .51.3 搜救机器人的研究现状 .21.3.1 国外研究现状 .21.3.2 国内研究现状 .42 搜救机器人的本体结构分析 .52.1 机器人的机械设计概述 .52.2 搜救机器人运动机构设计 .62.2.1 机构设计的依据 .72.2.2 运动机构组成 .82.2.3 主要机构的工作原理 .10
10、2.2.4 运动方式设计 .102.2.5 越障能力分析 .122.3 搜救机器人驱动装置设计 .152.3.1 机器人在平直路面行驶 .162.3.2 机器人爬坡过程 .162.3.3 机器人的多姿态越阶 .172.4 移动机构设计 .192.4.1 典型移动机构分析 .192.4.2 轮、履、腿式移动机构性能比较 .212.4.3 本研究的的机器人移动机构 .212.5 履带部分设计 .222.5.1 履带的选择 .222.5.2 功率的计算 .232.5.3 型号确定 .23IV2.6 履带主从动轮设计 .242.6.1 履带轮主要尺寸计算 .242.6.2 履带轮齿形和齿面宽度的选择
11、.252.7 履带翼板部分设计 .262.7.1 履带翼板的作用 .272.7.2 履带翼板设计 .272.8 机器人控制系统 .282.9 搜救机器人制造材料的选择 .292.10 搜救机器人感知系统 .292.11 机器人定位导航系统 .302.12 本章小结 .303 基于 PRO/E 的模型建立和运动仿真 .323.1 软件介绍 .323.2 模型建立 .323.3 运动仿真 .354 结 论 .36参 考 文 献 .38致 谢 .3911 绪论1.1 引言自然灾害（如地震、洪水、火灾等）发生后，我们需要尽快的在废墟中找到幸亏者，并及时给与医疗救助。但由于灾难环境复杂，并随时会发生二次
12、灾害，对救援人员和幸存人员的生命造成伤害，极大的影响了救援进展。而且，灾后形成许多狭小空间，救援人员很难进入现场进行救援工作。搜救机器人的发展很好的解决了这一难题，由于机器人体积较小，运动灵活，可以到达灾区任何复杂地形进行搜救工作。同时，搜救机器人搭载的多感知系统，可以第一时间对灾区环境进行侦查，为搜救方案的制定提供可靠的环境参数信息。近年来，各国科研机构都对搜救机器人开展了大量科研工作，并取得了一定的成果，已有部分机器人投入到了实际的搜救行动中。本文是在调查了国内外关于搜救机器人的研究成果基础上，提出的一种改进型的设计。1.2 课题研究的背景1.2.1 背景随着人类科学技术的发展，人类开始试
13、图利用机器来代替人力完成某些工作，进而开始了对机器人的研究。在如今的 21 世纪，机器人的研究得到了长足发展，机器人被应用到生产生活中的方方面面。而随着全球环境的变化和人类活动的影响，生活中发生灾难的几率越来越大。灾难过后，现场搜救与救援是我们的首要目标，然而灾难现场复杂危险的环境为搜救工作的快速开展制造了困难。因此，无人造作搜救机器人便应运而生。目前，国外已经研究出了多种搜救机器人并投入到了实际的搜救行动中，我国对搜救机器人的研究起步较晚，虽然有了一些可观的研究成果，但是真正应用到实际中的比较少。1.2.2 意义2搜救机器人的研究与开发，为搜救行动的开展提供了更多元化的方式，在提高搜救效率的
14、同时，极大地保证了搜救人员的生命安全。同时，本课题的研究，指出了微小型搜救机器人的研究方向和发展趋势，为后期的拓展研究提供了基础。1.3 搜救机器人的研究现状1.3.1 国外研究现状自 20 世纪 60 年代开始，国外就对小型履带式机器人开始了研究，经过这么多年的技术研究和开发，取得了丰硕成果。尤其是自“911”事件以来，美国、日本等国家大力研究用于火灾、地震等灾后搜救机器人，应用于灾后的搜救工作。根据搜救机器人的运动方式不同，可以分为以下几种搜救机器人：履带式移动搜救机器人履带式机器人主要用于军事侦查和拆除爆炸物，目前已经有多种该类型的机器人在实际战场上得到应用。图 1.1 给出了几种目前世
15、界上典型的几种履带式移动机器人，他们都是为了军事需求研发的，虽然已经得到了实际战场的测试，但是由于体积普遍较大，并不适用于在灾后狭小的坍塌空间进行搜救工作。(a)Foster-Miller 公司 (b)Inuktun 公司的 (c)SPAWAR 的 urbot 机器人 的 SOLEM 机器人 Minitrac 机器人 图 1.1 典型的履带式移动机器人可变式搜救机器人为了能在狭小的坍塌空间进行搜救工作，就要求搜救机器人具有尽可能小的体积，但是体积过小会影响机器人的载重能力和搜救视野，为了解决这一问题，许多3机器人公司研制出了可变式多态搜救机器人。这类机器人可以根据实际需要变换多种形态，不仅运动
16、灵活多变，也提高了机器人的感知平台，有效地增大了搜救视野。如图 1.2、图 1.3 是两种比较成熟的可变式搜救机器人。(a)正常状态 (b)直立状态图 1.2 美国 iRobot 公司的 Packbot 机器人(a)平躺状态 (b)半直立状态 (c)直立状态图 1.3 加拿大 Inuktun 公司研制的 Micro VGTV 机器人可变式搜救机器人虽然可变式搜救机器人可以根据实际工作环境自由变换形态以完成工作，但是由于其驱动方式的限制，它的体积不可能做的足够小。为了能到更狭小的坍塌空间进行搜救工作，许多公司根据生态学原理研发了多种仿生机器人。这类机器人体积更小，运动更灵活。如图 1.4 是几种仿生机器人。
