消防机器人设计.zip

附件 4-4：任务书 毕毕 业业 设设 计计（论文）（论文）任任 务务 书书 兹发给 班学生 毕业设计（论文）任务书，内容如下：1.毕业设计（论文）题目：消防机器人设计（机械部分设计）该设计要求机器人按照一定的轨迹行走，当达到目标物时，抓住目标并放置到小车（机器人）上，然后继续向前运行，并完成 90拐弯，达到第二个目标物，再次抓取放进车内。2.应完成的项目：（1）完成机器人的机械部分的结构设计；提出详细的结构设计方案，并进行相关的理论分析和设计计算；（2）完成机器人本体的装配图和零件图，装配图，零件图标注、公差等要求符合机械制图的国家标准，线型粗细分明、规范；（3）2014 年 3 月 10 日-3 月 14 日（第 3 周）完成开题报告；（4）2014 年 4 月 7 日-4 月 11 日（第 7 周）中期检查（检查任务书、开题报告、外文翻译（字数 3000），中期考核表等完成情况）；（5）撰写毕业设计说明书，要求符合“毕业设计（论文）格式规范”；（6）准备 PowerPoint，2014 年 5 月 26 日-5 月 30 日完成答辩。3.参考资料以及说明：（1）、参考相关的机器人的设计方法和原理；（2）、参考有关机械设计、机械制图方面的资料，结合所学过的机械知识；（3）、参考第六届中南地区及港澳地区大学生机械设计制造创新大赛消防机器人比赛有关规则。4.本毕业设计（论文）任务书于 2013 年 12 月 23 日发出，应于 2014 年 5 月 16 日前完成，然后提交毕业设计（论文）答辩委员会进行答辩。指导教师（导师组负责人）签发，年 月 日教研室负责人 审核，年 月 日1.选题的背景和意义1.选题的背景和意义 近年来，我国石化等基础工业有了飞速的发展，在生产过程中的易燃易爆和剧毒化学制品急剧增长，导致化学危险品和放射性物质泄漏、燃烧爆炸的事故增多。目前由于人们的防火意识比较差，生活中火灾频发，消防战士在灭火中牺牲宝贵生命的事件不在少数，迫切要求机器代替人去执行灭火任务。消防机器人属于特种机器人范畴，它作为特种消防设备可以替代消防队员接近火灾现场实施有效的灭火救援作业，开展各项火场侦察任务，尤其是在危险性大或者消防队员不易接近的场合，消防机器人的应用将大大提高消防部门扑灭恶性火灾的能力，对减少国家财产损失和灭火救援人员的伤亡具有重要的作用。一旦事故发生,假如没有有效的方法、装备及设施，救援人员将无法进入事故现场,而要冒然采取行动，往往只会造成无辜生命的牺牲,付出惨重代价，在我国消防部门配备消防机器人的问题非常迫切了。消防机器人的应用将大大提高消防部门扑灭恶性火灾的能力 针对这个问题，前人已经做了很多的研究，有基于人为地控制机器人的活动和灭火，这样使得不得不靠人来控制，浪费人力资源，不能很好的实现灭火的效果。2.研究目标和内容2.研究目标和内容 2.1 在消防小车上完成以下设计目标及内容：1）个体功能：要求机器人按照如图所示的轨迹行走，当达到目标物时，抓住目标并放置到小车（机器人）上，然后继续向前运行，并完成 90拐弯，达到第二个目标物，再次抓取放进车内。2）机械臂结构。机械臂机械结构形式的选型和设计，是根据实际需要进行的。在机械臂机构方面，结合机器人在各个领域及各种场合的应用，研究人员开展了丰富而富有创造性的工作。3）运动控制技术。稳健的运动控制技术是移动机器人整体性能的基础，由于消防机器人机械臂本身是一个非完整约束系统，是一个欠驱动的零漂移的动力学系统，因此，该系统不能通过连续可微的时不变的状态反馈加以镇定。为此，通过时变、不连续控制以及混合策略，根据动力学模型和运动学模型，建立合理的反馈控制律，实现速度和转向的自动控制，以及不同工作状态之间的平稳过渡，是该项技术的核心内容。2.2 拟解决关键问题 2.2.1 消防机器人的机械手臂的结构设计 当移动平台需要搭载如移动机械臂这样的多自由度移动机构的时候，仅仅保留第一自由度即方向机，在方向机上加载移动机械臂，方向机的绕垂直方向 360 度的旋转也作为移动机械臂的自由度之一。作为一款多功能移动机器人，为完成如排爆等任务，抓取危险品移动至安全排爆地点，移动机械臂必须具有足够的自由度，能够灵活的移动指定目标位置来抓取目标物，为此自由度至少应该在 5 个以上。如何准确的夹持危险品，并顺利的回收到车上。这也是该设计项目的一个重点。1）手部结构。机械手手部(末端执行器)结构形式多样，但总的设计都有如下几点基本要求:应具有适当的夹紧力和驱动力，手指握力(夹紧力)大小要适宜，力量过大则动力消耗多，结构庞大，不经济，甚至会损坏抓取物体;力量过小则夹持不住或产生松动、脱落。在确定握力时，除考虑抓取物体重量外，还应考虑传送或操作过程中所产生的惯性力和振动，以保证夹持安全可靠；手指应具有一定的开闭范围，手指应具有一定的开闭角度(手指从张开到闭合绕支点所转过的角度)或开闭范围(对平移型手指从张开到闭合的直线移动距离)，以便于抓取或退出物体；应保证抓取物体在手指内的夹持精度，应保证每个被抓取的物体，在手指内都有准确的相对位置；要求结构紧凑、重量轻、效率高，在保证自身刚度、强度的前提下，尽可能使结构紧凑、重量轻，以利于减轻手臂的负载。2）臂部结构。手臂部件是机械手的主要部件。它的作用是支手部，并带动它做横向的空间运动。臂部运动的目的:把手部送到空间运动范围内的任意一点。因此，臂部具有两个自由度能满足基本要求，即手臂的伸缩、左右升降(或俯仰)运动。臂部运动速度要高，惯性要小。在一般情况下，手臂的移动和回转、俯仰均要求匀速运动，但在手臂的启动和终止瞬间，运动是变化的，为了减少冲击，要求启动时间的加速度和终止前减速度不能太大，否则引起冲击和振动。手臂动作应灵活。为减少手臂运动件之间的摩擦阻力，尽可能用滚动摩擦代替滑动摩擦。位置精度要高。3.研究方法及技术路线3.研究方法及技术路线 机器人的机械部分的结构设计；提出详细的结构设计方案，并进行相关自由度和力矩分析和设计计算。对每个机构上的连接进行自由度限制，并计算齿轮之间的配合公差。通过齿轮传动来带动左右两个手的张开及收缩。多自由度机器人控制难度起来难度大，灵活度低，因而我们设计以四轮小车为载体的机器人，前轮为二轮导向轮，由一个伺服舵机驱动，实现转弯及走直线的校正功能。机械手连接平行四边形机构，可实现机械手整体平行移动，配合左右两个传感器，能够准确识别危险品并将信号传达至控制器，从而控制机械手实施救。4.研究工作基础4.研究工作基础1、机械手的整体结构方案；2、机械手的运动分析；3、确定主要工作参数；4、机械手手部、手腕、手臂各机构的设计和计算；5、车身的结构大小方案重点解决的问题是手爪夹紧的受力分析与计算，设计和计算机械手各部分结构，机械手机构图、装配图与主要零件图的绘制。5.实施计划5.实施计划2014-3-11 至 2014-4-06:完成机器人的机械部分的结构设计；提出详细的结构设计方案，并进行相关的理论分析和设计计算；完成机器人本体的装配图和零件图，装配图。2014-4-07 至 2014-4-11：中期检查2014-5-13 前：完成毕业设计的初稿。2014-5-31 前：整理毕业设计的全部资料，修改不合格的部分，合格后全部资料装订成册。2014-5-31 前：通过毕业答辩的资格审查，准备毕业答辩。2014-6.1 至 6-10：进行毕业答辩。2014-6-17：上交所有的毕业设计资料6.论文提纲格式6.论文提纲格式摘要目录第一章 绪论第二章 结构设计与选择论证第三章 机械手设计分析第四章 机器人本体的设计分析第五章 结论总结与体会参考文献和注释致谢参 考 文 献 参 考 文 献 1 李新春等.移动机械手结构设计J.机器人，2004（11）：103106.2龚振邦等.机器人机械设计.北京：电子工业出版社，19953 朱世强，王宣银.机器人技术及其应用M.杭州：浙江大学出版社，2001.4 张毅等.移动机器人技术及其应用M.北京：电子工业出版社，2007.5 刘极峰.机器人技术基础M.北京：高等教育出版社，2006.6王天然.机器人.北京：化学工业出版社，2002 蒋新松.7 机器人学导论M.沈阳：辽宁科学技术出版社，1994.8谢存禧.张铁.机械人技术及其应用.北京：机械工业出版社，20059聂小军.工业机器人控制系统及其在玻璃加工设备的应用研究D.华南理工大学,201210李建昌,宫兴,简晓慧,卢红星.基于 AT89C52 单片机的消防救援机器人J.消防科学与技术,2011,12:1163-1166XXX 大学本科毕业设计说明书大学本科毕业设计说明书-摘要本文首先对机器人的国内为发展现状做了介绍，同时根据设计要求对机器人的整体方案进行了分析，包括几何尺寸、驱动芯片的选择和程序的编制。然后从机器人性能要求的角度出发，分别对机器人的运动方式、模型结构和车体成型方式做了比较，最终确定了非完整约束轮驱四轮式移动结构模型后轮同轴驱动，前轮转向的消防机器人。文章对消防机器人硬件结构做了详细的可行性分析及设计，并且做了相应的计算、校核，主要包括：驱动轮电机和转向轮电机的选择及其驱动电路的设计；齿轮的设计计算和校核；前后减震系统以及转向机构设计和车体的一些机械结构设计等。关键词关键词:消防机器人、车体、转向机构XXX 大学本科毕业设计说明书大学本科毕业设计说明书-I-AbstractIn this paper the development status of domestic robot is introduced,at the same time according to the requirements of the design scheme of robot is analyzed,including the selection and compilation of program size,driving chip.The.Then from the requirements of robot performance point of view,the movement of robot respectively,the model structure and the forming method,final drive nonholonomic wheel driving four wheeled mobile structure model-rear coaxial,fire-fighting robot for front wheel steering.This paper makes feasibility analysis and design of fire fighting robot hardware architecture in detail,and the corresponding calculation,checking,mainly includes:wheel driving motor and steering wheel motor selection and design of driving circuit;design and check the gear;before and after the shock absorber system and steering mechanism design and the mechanical structure design etc.Keywords:fire fighting robot,vehicle,steering mechanismXXX 大学本科毕业设计说明书大学本科毕业设计说明书-II-目录摘要.IAbstract.II目录.III第 1 章 绪论.11.1 国内外机器人的发展现状.11.2 机器人的关键技术.21.3 方案分析及设计要求.41.4 本课题主要研究内容.4第 2 章 消防机器人结构设计及方案论证.52.1 机器人运动方式的