一种履带式救援机器人系统设计(附件)【字数：9052】
摘 要履带式机器人有较强的机动能力，能够通过各种复杂的路面，完成危险的工作。本文重点是履带机器人的机械结构中驱动轮结构、履带、减震机构的设计，机器人在不同路面下受力分析，驱动机构选型及其控制系统的设计。主要分析机器人水平路面和翻越障碍物行进状态下的受力分析，利用Solidworks画出机器人的零件和整体结构，由设计参数选型驱动电机。通过设计单片机控制系统，将控制系统与电机连接起来控制履带机器人。
目 录
第一章 绪论 1
1.1背景意义 1
1.2国内外救援发展状况 1
1.2.1国内履带机器人发展概况 1
1.2.2国外履带机器人发展概况 2
1.3主要研究内容 2
第二章 总体方案设计 4
2.1总体方案 4
2.1.1课题任务分析 4
2.1.2总体系统设计方案 4
2.1.3履带救援机器人机械设计方案 4
2.1.4履带机器人控制部分设计方案 5
2.2本章小结 5
第三章 移动机构机械设计 6
3.1结构设计要求 6
3.2几种典型路面受力分析 6
3.2.1水平硬质路面 6
3.2.2越障分析 7
3.2.3机器人转向 8
3.3驱动电机型号选择 10
3.4机器人机械结构设计 11
3.4.1驱动轮与负重轮 11
3.4.2履带 14
3.4.3减震机构 15
3.5零件选材和加工方法 17
3.6本章小结 17
第四章 控制系统设计 18
4.1机器人的系统设计方案 18
4.1.1控制系统连接图 18
4.2履带机器人的电路图设计 18
4.2.1最小系统模块 18
4.2.2电源模块 20
4.2.3电机模块 20
4.3传感器 21
4.4本章小结 21
第五章 程序设计 22
5.1程序流程图 22
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
5.2配置PWM输出端口 22
5.3运动控制程序 24
5.4本章小结 25
结束语 26
致 谢 27
参考文献 28
第一章 绪论
1.1背景意义
20世纪60年代以来，关节机器人成为各行业里不能缺少的核心装备。因为关节机器人操作手的机座是固定的，所以机器人的工作空间受到限制，关节机器人为了突破自己操作空间的限制，科研人员为其装备了各种各样的移动机构，这样就成就了移动式机器人。移动式机器人的强大的移动能力拓宽了机器人的工作空间，使机器人的手臂能灵活定位以高效地应对和完成各种高难度任务。移动式机器人应用范围比关节式机器人更广，移动式机器人在现代工业生产中应用得更多。
在一些灾难现场，如火灾、地震，工作人员往往要冒很大的工作风险，同时心理上也要承受很大的压力。在这样的情况下，人们可以通过使用移动机器人进入到上述危险的工作现场，探测前方不确定的危险的工作环境。在这样路面情况复杂多变的环境中，为了使移动机器人在复杂的路面环境中也能够快速通过到达目的地并完成人类给予的任务，本课题选用履带式移动机器人。履带式机器人比普通的轮式机器人拥有较稳定的整车结构，在相对崎岖的路面上也能保持前进的稳定性，能够很容易的适应连续不断的地面的变化。所以能够更好地完成人类给予的工作。
1.2国内外救援发展状况
履带式机器人在人类生产生活中应用得越来越广泛，涉及灾难救援、环境探测、反恐排爆等领域。当前国内外科学家研究的履带式机器人大致有如下几种：单节双履带式、双节四履带式、多节多履带式等。
1.2.1国内履带机器人发展概况
“灵蜥”履带机器人是国内自主研发的新型复合移动平台反恐防暴机器人，适应各种复杂路面，具有多种探测及作业功能，该型机器人的功能和性能处于国际前沿。目前已推出A型、B型、H型等不同的型号使其能完成各种不同情况的危险防爆任务。如图11所示。
/
图11灵蜥机器人
“雪豹20”履带机器人是我国新一代排爆机器人，该机器人属于单节双履带式移动机器人。中国航天科工集团第四研究院探测与控制技术研究所研制，主要用于代替人工在危险区域进行危险物搜索和排除。如图12所示。
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图12 雪豹机器人
1.2.2国外履带机器人发展概况
“Quince”机器人是日本千叶工业大学研发的一种小型机器人，属于双节双履带式移动机器人。该机器人凭借其灵活的机械手可以完成运送食物或其他补给品的工作。其装备红外传感器具有二氧化碳探测功能，能够检测人体呼吸和体温状况，非常适合灾难救援事故现场的工作。如图13 所示。
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图13 Quince机器人
表11 国内外履带机器人比较
机器人名称
雪豹20机器人
Quince机器人
“灵蜥” 机器人
生产国家
中国
日本
中国
特点
单节双履带式移动机构
双节双履带式移动机构，能够探测二氧化碳的红外传感器
具有多种探测及作业功能
表11对当前国内外主流的履带机器人做了一个简单的比较。这些机器人都主要被用于灾难救援和反恐防爆等类似的高危险的工作环境中。它们都普遍趋于使用双履带和轮履复合的行走机构，且这些履带机器人都装备了先进的传感器使其能够检测到更多的环境信息，这样能让它们更好的完成人类给予的工作。
目 录
第一章 绪论 1
1.1背景意义 1
1.2国内外救援发展状况 1
1.2.1国内履带机器人发展概况 1
1.2.2国外履带机器人发展概况 2
1.3主要研究内容 2
第二章 总体方案设计 4
2.1总体方案 4
2.1.1课题任务分析 4
2.1.2总体系统设计方案 4
2.1.3履带救援机器人机械设计方案 4
2.1.4履带机器人控制部分设计方案 5
2.2本章小结 5
第三章 移动机构机械设计 6
3.1结构设计要求 6
3.2几种典型路面受力分析 6
3.2.1水平硬质路面 6
3.2.2越障分析 7
3.2.3机器人转向 8
3.3驱动电机型号选择 10
3.4机器人机械结构设计 11
3.4.1驱动轮与负重轮 11
3.4.2履带 14
3.4.3减震机构 15
3.5零件选材和加工方法 17
3.6本章小结 17
第四章 控制系统设计 18
4.1机器人的系统设计方案 18
4.1.1控制系统连接图 18
4.2履带机器人的电路图设计 18
4.2.1最小系统模块 18
4.2.2电源模块 20
4.2.3电机模块 20
4.3传感器 21
4.4本章小结 21
第五章 程序设计 22
5.1程序流程图 22
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
5.2配置PWM输出端口 22
5.3运动控制程序 24
5.4本章小结 25
结束语 26
致 谢 27
参考文献 28
第一章 绪论
1.1背景意义
20世纪60年代以来，关节机器人成为各行业里不能缺少的核心装备。因为关节机器人操作手的机座是固定的，所以机器人的工作空间受到限制，关节机器人为了突破自己操作空间的限制，科研人员为其装备了各种各样的移动机构，这样就成就了移动式机器人。移动式机器人的强大的移动能力拓宽了机器人的工作空间，使机器人的手臂能灵活定位以高效地应对和完成各种高难度任务。移动式机器人应用范围比关节式机器人更广，移动式机器人在现代工业生产中应用得更多。
在一些灾难现场，如火灾、地震，工作人员往往要冒很大的工作风险，同时心理上也要承受很大的压力。在这样的情况下，人们可以通过使用移动机器人进入到上述危险的工作现场，探测前方不确定的危险的工作环境。在这样路面情况复杂多变的环境中，为了使移动机器人在复杂的路面环境中也能够快速通过到达目的地并完成人类给予的任务，本课题选用履带式移动机器人。履带式机器人比普通的轮式机器人拥有较稳定的整车结构，在相对崎岖的路面上也能保持前进的稳定性，能够很容易的适应连续不断的地面的变化。所以能够更好地完成人类给予的工作。
1.2国内外救援发展状况
履带式机器人在人类生产生活中应用得越来越广泛，涉及灾难救援、环境探测、反恐排爆等领域。当前国内外科学家研究的履带式机器人大致有如下几种：单节双履带式、双节四履带式、多节多履带式等。
1.2.1国内履带机器人发展概况
“灵蜥”履带机器人是国内自主研发的新型复合移动平台反恐防暴机器人，适应各种复杂路面，具有多种探测及作业功能，该型机器人的功能和性能处于国际前沿。目前已推出A型、B型、H型等不同的型号使其能完成各种不同情况的危险防爆任务。如图11所示。
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图11灵蜥机器人
“雪豹20”履带机器人是我国新一代排爆机器人，该机器人属于单节双履带式移动机器人。中国航天科工集团第四研究院探测与控制技术研究所研制，主要用于代替人工在危险区域进行危险物搜索和排除。如图12所示。
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图12 雪豹机器人
1.2.2国外履带机器人发展概况
“Quince”机器人是日本千叶工业大学研发的一种小型机器人，属于双节双履带式移动机器人。该机器人凭借其灵活的机械手可以完成运送食物或其他补给品的工作。其装备红外传感器具有二氧化碳探测功能，能够检测人体呼吸和体温状况，非常适合灾难救援事故现场的工作。如图13 所示。
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图13 Quince机器人
表11 国内外履带机器人比较
机器人名称
雪豹20机器人
Quince机器人
“灵蜥” 机器人
生产国家
中国
日本
中国
特点
单节双履带式移动机构
双节双履带式移动机构，能够探测二氧化碳的红外传感器
具有多种探测及作业功能
表11对当前国内外主流的履带机器人做了一个简单的比较。这些机器人都主要被用于灾难救援和反恐防爆等类似的高危险的工作环境中。它们都普遍趋于使用双履带和轮履复合的行走机构，且这些履带机器人都装备了先进的传感器使其能够检测到更多的环境信息，这样能让它们更好的完成人类给予的工作。
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