角度可变式履带探测器说明书.docx
- 文档编号:4903530
- 上传时间:2022-12-11
- 格式:DOCX
- 页数:17
- 大小:768.98KB
角度可变式履带探测器说明书.docx
《角度可变式履带探测器说明书.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《角度可变式履带探测器说明书.docx(17页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
角度可变式履带探测器说明书
目录
一.引言1
二.国内外研究情况1
三.设计理念2
四.结构组成2
4.1作品三维效果图2
4.2基本行走机构3
4.3改变履带前进角度机构3
4.4测距结构4
4.5摄像结构4
五.模块化设计5
5.1探测前方障碍物实现转向模块5
5.2调节履带平稳越障模块5
5.3摄像记录实况模块7
5.4程序自动控制模块7
六.程序设计8
6.1越障8
6.2前进与转向8
6.3角度还原9
七.功能特点分析9
八.应用前景10
九.结束语10
致谢11
参考文献12
一.引言
在人民生活水平不断提高,科技日新月异的今天,机器人正逐步走入人类的正常生活,并与人们友好相处,这也是社会发展的必然趋势。
近年来频繁发生的自然灾害如火灾,地震,洪水或者人为灾害如各种恐怖活动,威胁着人们的安全,引起广泛关注。
尤其在救灾中,时间就是生命,危急关头,一秒钟的迟疑可能要数十数百的鲜活生命作为代价。
道路的阻塞不畅,耽搁停滞了救援的脚步,而这时那些在生死边缘挣扎的人们正昂首期盼着同胞的援助之手。
我们怎能任宝贵的救助物资徘徊在崎岖不平的道路上的?
从救援机器人实际功用来看,救援机器人可以将人们从繁重的危险的工作中解放出来,减少了生命财产损失,并且,救援机器人的开发和使用可以比人们更好的完成搜救工作。
从长远发展看,人类从体力社会发展到脑力社会,机器人代替人们工作是时代的必然,救援机器人是各种机器人技术的集成,并且在不远的将来,可能完全替代人们完成救援工作。
二.国内外研究情况
对于探测机器的研究主要集中在军事领域,在民用领域的发展相对比较缓慢。
在军事领域中技术比较先进的具有一定代表性的要数代号为packbot探测机器人,它的尺寸相当于一个小型手提箱,依靠履带移动。
同时,它还拥有两条可伸展手臂,可以爬越障碍物。
人们可以通过遥控操纵这个机器人完成探路任务,还能够拍摄照片并传送回来。
Packbot的主要作用是在危险环境中进行侦察和监视活动。
以前,第一代和第二代的探测机器人曾被用于美国世贸大厦废墟中的救援工作,并取得了良好的效果。
现在,在反恐行动中,这种机器人又有了用武之地。
美国军方对于探测基地组织可能藏匿的山洞问题,一直头疼不已。
在深邃的洞穴中危险无处不在,很容易出现士兵伤亡。
而探测机器人的出现,使这个问题迎刃而解。
图1packbot探测机器人
同时,由于近年来频繁地发生诸如地震,洪水,泥石流等自然灾害,使得国内对于探测救援机器的研究制造得到了较快的发展。
三.设计理念
对现有成熟救援机器人的技术特点进行整合,在原来的基础上改进并创新,设计出能在特殊地形下完成救援任务的机器人。
该作品主要是通过传感器、蜗轮蜗杆和齿轮齿条配合调节履带以克服复杂难测的地面条件实现平稳快速行走。
主要工作原理:
救援机器人通过置于车前的距离传感器测量前方障碍物距离和大约高度,然后将数据传给主板,主板计算后通过升降装置调整滚轮高低,进而调整履带角度大小,使之可以成功克服各种地面情况,顺利达到需要救援的地点,然后通过置于车顶的三百六十度摄像头进行拍摄,最后将拍摄好的数据传回供人们控制以便发出指令。
图2灾后崎岖的山路
四.结构组成
4.1作品三维效果图
图3作品三维效果图
4.2基本行走机构
通过齿轮与齿条啮合,齿条带动履带前进。
本设计采用四个电机带动四个轮子转动,因为电动机功率越大,履带车的爬坡能力越大,而且这种设计更有利于履带车的转弯。
图4基本行走机构
图5基本行走机构爆炸图
4.3改变履带前进角度机构
本设计需要在不同的地面情况下调整履带的倾角,而履带的长度是一定的,改变倾角需要同时改变两个方向的长度。
履带横向长度的变化是通过蜗轮蜗杆带动的,纵向长度的变化时通过齿轮齿条带动的,且两者的变化需要固定的比例关系以保证履带不会过松或过紧。
图6改变履带前进角度机构
4.4测距结构
该设计需探测前方是否有无法越过的障碍物来改变履带的前进方向,所以设计应用了距离传感器。
图7距离传感器
4.5摄像结构
通过蜗轮蜗杆转动实现摄像头360°旋转,采集周边状况。
五.模块化设计
5.1探测前方障碍物实现转向模块
装在车前方的距离传感器探测车前方是否有超过一定高度的障碍物,如果有,程序发出请求,启动转向设置,车在短时间内立即做出选择,实行转弯。
转弯后若前方无障碍物,则快速实行直线运动。
若有则重复之前操作。
图8距离传感器
5.2调节履带平稳越障模块
在崎岖的路面需要履带前进,因为履带的通过性好。
但是如果在较为平坦的路面,履带的前进速度不如传统的滚动性前进,所以在遇到较为崎岖的路面时,蜗杆将中间的两轮前后拉开,上面的轮架沿着齿条轨道下降,履带拉伸,调整好角度,使车的对地压强减小,使之具有较好的通过性。
如果遇到较为平坦的路面蜗杆转动将履带收缩使其外形接近圆形,从而具有较快的速度。
此设计使救援车能够畅通无阻的进入受灾地区,及时真实地反映受灾情况,为援救工作提供了可靠切实的信息。
避免了像地震中因为道路阻塞,无法及时获得信息,致使救援工作延缓。
图9蜗杆和蜗轮
图10齿轮和齿条啮合图11过渡导轮
图12履带侧面图
5.3摄像记录实况模块
摄像装置通过齿轮和蜗杆配合进行360度的转动,即可以用于探测路况又可以用于寻找生命体,发回数据供救援人员制定下一步救援计划。
摄像头旁安装一个照明指示灯,使救援车在夜间执行命令时也能正常工作。
同时也利于受灾地区的群众及时发现救援,发出求救信号。
如此大大缩短了救援工作中的搜查时间,在危机关头为人民的生命财产赢得了宝贵的时间
图13高清无线摄像头
5.4程序自动控制模块
为实现对探测器各个模块的控制,需要安装程序模块(包括慧鱼板和扩展板),这是整个机器的核心及指令发送中心。
将设计好的程序写入电路板中便可以实现对整个机器的自动控制。
图14惠鱼程序板图15扩展程序板
六.程序设计
6.1越障
探测器在行进过程中遇到障碍物,会根据具体情况调整履带角度的大小,以适应现实条件,顺利越过障碍物。
图16越障主程序
6.2前进与转向
当探测器在正常运行过程中时,若障碍物超出可翻越高度时,控制室发出指令,实行转向功能,转弯后直线行走,若仍遇到上述情况,可重复转向指令。
图17转弯主程序
图18前进图19转弯
6.3角度还原
由于之前为顺利通过障碍物而进行履带角度调整,探测器在越过障碍物后要将角度重新回归到原型,以便实现快速运动,节约时间。
其程序如下:
图20复位
七.功能特点分析
这台救援机器人基本实现了自动化运行,完全可以担负灾难发生后代替人类即刻勘探地形,寻找生命体等任务。
从功能上看,这台救援机器人的主要作用是在灾难发生后,地形复杂难测,为保证人们生命安全,用救援机器人进行探明灾难源头,记录现场实况,找到生还者,并且及时发回图像信息给总部作为下一步救援计划的参考等工作。
针对灾难后现场的复杂路况,救援机器人通过传感器的感知和自身履带的调节完成越障,爬坡,转向等动作,无需人类现场参与。
这台救援机器人弥补了普通履带时行进的不足,大大增加了克服高低崎岖路面的能力,从而大大提高了救援的范围。
此探测器的优点有:
(1)通过蜗轮蜗杆和齿轮齿条的运动,调整各个齿轮位置以达到改变履带角度大小的目的。
(2)探测器的上端装有360°范围内自由旋转的摄像头,可记录各个方向的实况。
八.应用前景
本产品原理简单,结构紧凑,在未来的机器人上,我们大可用此结构基础,完善各项功能,制成医疗救援车,物资补助车等等,这些装置将在救灾过程里发挥举足轻重的作用,为救援工作赢得宝贵的时间。
同时我们也可将其用于探测人类无法进入的危险地形中,获得精确的地形数据。
甚至在行军打仗中,也可制成微型探测器,以方便获得敌军战区的具体情况。
总之,本产品经改进后可在各个方面加以利用,以适应不同的要求。
九.结束语
这次救援机器人的制作以探测救援为主题,对我们机械学习是一次重要的补充。
不仅让我们通过慧鱼产品对一些基础机械结构有了深入了解,更培养了我们的团结协作精神。
我们从研究问题——提出想法——小组讨论——分头找资料——分工协作——相互检查,提出改进意见,到最后完成产品。
我们积极调动平时所学机械知识,尽管其中经历了许多失败,但我们没有放弃,不断在失败中学习和进步。
依靠团队的力量细化问题,凝聚力量。
这是改进后参加复赛的作品,在原来的基础上我们加强了结构的稳定性,并提高了克服障碍的能力,提高了机械的使用性能。
衷心地感谢孙承峰老师抽空给我们提的意见与帮助,让我们的工作更有效率,受益匪浅。
图21整体效果图
致谢
本次设计已接近尾声,故在说明书结尾特写下本团队的一些感言:
本设计是在指导老师孙承峰实验师和秦强实验师的悉心指导下完成的,在设计方案提出、作品制作以及调试过程中还得到了机械工程系创新设计实验室、工程训练中心各位老师和机电工程学院钟康民教授的关心和帮助,在这里也一并表示衷心的感谢。
另外,对在百忙之中对本作品进行认真评审的各位专家学者表示我们深深的谢意。
最后,在此谨向所有关心、帮助我们的人致以衷心的感谢。
参考文献
[1]谢存禧,张铁.机器人技术及其应用.北京:
机械工业出版社,2005.
[2](日)大熊繁.机器人控制.卢伯英等译.北京:
科学出版社,2002.
[3]赵景山,冯之敬,褚福磊.机器人机构自由度分析理论.北京:
科学出版社,2009.
[4]申燚,袁明新.基于“慧鱼”模型实行机械类创新教育的教学改革.中国现代教育装备2006,8.
[5]曹红英,邓娜.基于慧鱼模型的无碰撞避障机器人研究.仪器仪表用户,2009,2.
[6]孙恒,陈作模.机械原理.第六版.北京:
高等教育出版社,2000.
[7]濮良贵,纪名刚.机械设计.第七版.北京:
高等教育出版社,2000.
[8]JoséBarata,GoncaloCandidoandFilipeFeijao.AMultiagentBasedControlSystemAppliedtoanEducationalShopFloor.IFIPInternationalFederationforInformationProcessing,2006,Vol.220.
[9]O.Buckmann,M.KrömkerandU.Berger.Developmentofanapplicationplatformformobilerobots.LectureNotesinControlandInformationSciences,1999,Vol.243.
[10]Cattley,Graham.Industrialrobotsfromfischertechnik.ElectronicsAustralia1999,9,61.
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 角度 可变 履带 探测器 说明书
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)