【国防科技大学】慧鱼作品设计说明书.doc

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1、模块化自适应救援机器人-------------设计说明书参赛学校：国防科技大学学员姓名：喻煌超、梁杰、卢钟岳、周辉、张弛指导教师：尚建忠、梁科山目录一、创新构思1二、方案设计3三、创新点10四、实用化可行性分析12五、成本分析14六、应用前景15一、创新构思救援破障工作正在向快速化、高效化、科学化等方面发展，利用特种设备执行救灾任务已经成为世界各国日益关注的重点。针对当前现有设备无法通过自动更换模块化的机构来适应具体工作这一现状，本研制小组在多种用于破障、救援、工程等特种机构的已有基础上，设计了一个能够根

2、据工作要求的不同，自动更换并运行清障、挖掘、推土、生命探测、通讯、爆破、装卸、清扫、起重、切割、牵引、升降等多种模块的机器人。灾难发生后的处理工作大致可以分为清除障碍，救援灾民，重建家园这三阶段。这都离不开特种设备的参与，但由于救灾工作的特殊性，每一阶段分别只对特定的几种设备有大规模的需求。而灾区普遍交通不畅，运输困难，无论是从特种设备的种类还是数目上来考虑，都无法保证满足工作的需求。于是本研制小组设想制作出一种基于特种车辆工作机构模块化的自适应救援机器人。图1作品整体图此机器人可根据具体环境的需要，自动卸

3、下原模块，更换上所需的相应模块，以此达到随机应变、一机多用的目的，适用于复杂多变的救灾工作。此外，由于采用了智能控制程序，可以避免救援人员亲自深入到充满危险的环境中，从根本上消除了人员伤亡的可能性。此机器人可利用所搭载的两个机械臂并行处理多种工作，还可通过两个机械臂配合完成复杂的工作，能够极大的提高作业效率。而且机械臂仅需在机器人的前方作业便可将石、土通过底盘上所加载的卷扬机和传送带运送到后面的运输车上。此设计可以适用于狭小的工作环境，有效地弥补了现有工具的不足。此外，本机器人还可装备工程兵部队，在短时间内

4、制造大量工事；也可加载武器模块，应用到复杂多变的战场环境，处理战场上的特殊情况。二、方案设计将工程车辆的成熟技术应用于机器人，紧扣两者的发展趋势——工程车辆向多功能模块化发展和机器人向着如变形金刚一般的变形机器人的设想发展，我们设计了这个基于特种机构模块化的自适应救援机器人。通过采用改进型差动轮系、减速器、蜗轮蜗杆传动、齿轮齿条传动、同步带传动、螺旋自动对接机构、四连杆机构等，并加以巧妙组合，我们实现了一个由多功能可自动更换工作模块的双机械臂、高效清除障碍物的传送嘴、可原地转弯的四驱履式底盘腿以及生命探测仪

5、等辅助设备构成的耳鼻眼，这些部分所组成的基于特种机构模块化的自适应救援机器人。1、手臂部分该机器人的手臂部分主体是两个基于现实挖掘机的机械臂：左臂是一个五自由度的挖掘专用臂；右臂是一个四自由度的可自动卸载和更换不同模块的多功能机械臂。（1）挖掘臂。机械臂的主体结构基于现实中挖掘机的挖掘臂。用电动机和气泵做原动力，采用改进型差动轮系、三连杆四连杆、蜗轮蜗杆等机构和传动实现了机械臂的五自由度灵活运动。机械臂基座采用了改进型的差动轮系，使机械臂能够旋转和侧倒。以底座上的电动机作为原动机，带动蜗杆转动，通过蜗轮蜗杆

6、啮合，使蜗轮绕Z轴做定轴转动，实现了机械臂绕Z轴转动。在前面的蜗轮上安装同样的传动电动机、蜗轮蜗杆，以此实现机械臂绕y轴转动。两者配合便实现了基座的三维运动。机械臂则和现实中挖掘机臂基本相同，本研制小组采用气动带动六连杆运动，实现挖掘动作。工程中挖掘机已大规模使用，其机械臂的运动和动力学的分析已较成熟，故该机器人的机械臂部分是比较容易实现的，重点是改进型的差动轮系的制作。图2挖掘臂整体实物图xyz图3坐标示意图图4机械臂示意简图（2）多功能机械臂其机械臂部分与挖掘臂相同，主要不同之处在于该臂前端.我们在此设

7、计了工作模块通用接口，该臂可以移至机器人后部的模块自动更换平台，卸载当前模块放入备用模块库，并根据需要自动加载相应工作模块。我们在实物演示时选取了机械手和电钻。图5多功能机械臂示意简图图6多功能机械臂整体实物图2、模块通用接口设计基于螺旋机构的通用接口设计。这个机构类似螺纹螺母，螺杆连续回转，螺母轴向移动。机械臂上的马达带动齿轮系、螺杆转动，从而实现螺母以及与螺母相固连的工作模块“拧紧”和“拧松”，通过控制电机转动，并加入相关的传感器便可以实现工作模块的自动安装与卸载。图7通用接口原理图图8通用接口3、模块

8、自动更换平台在蜗轮蜗杆上加一个自动更换模块的模块库，当机器人因工作需要需更换模块时，利用蜗杆带动蜗轮旋转，将所需工作模块置于对接位置，而后与已到对接位置的机械臂完成卸载与对接工作，完成模块的自动更换。图9模块自动更换平台实物图图10自动更换模块过程图4、机械手和钻头通过电动机带动蜗杆转动，使涡轮实现沿蜗杆的前后平移。图11机械手图12钻头5、传送嘴前端是基于收割机原理的导入模块，可以引导物体进入传送带。传送带快速