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救援机器人运动分析 34
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5.1 翻越障碍过程分析 34
5.2 斜坡运动分析 35
6 结论 37
致谢 38
参考文献 39
1 绪论
这几年来，自然灾害、人为灾害频频发生。灾害发生时，往往由于情况复杂，救援人员无法确切获得现场情况[1]，而不能立马做出最合理的救援方案。据调查，大部分人员伤亡是由于被掩埋、砸伤而又无法及时得到救治而引起的。所以如何能在最短时间内获取现场情况、探明伤者所在位置，对救援方案的实施及后续处理是具有重要意义的。所以设计一款机器人，用于救援黄金72小时内快速寻找伤亡人员[2]。对提高救援效率、减少人员伤亡有非常大的帮助。救援机器人主要的优势有[3]：
（1）可以连续执行任务，而不会像人一样需要休息。
（2）在浓烟，有毒有害气体等恶劣条件下也可以工作。
（3）体积小，灵活可以深入废墟，第一时间搜救伤者。
1.1 国内外研究现状
1.2 发展趋势
2 总体方案设计
救援机器人设计主要包括两个方面:第一个主要是运动结构的设计，第二个主要是功能的设计。运动结构设计主要是指驱动结构的设计目前主要有轮式，腿式，履带式和仿生结构这四种机械结构。功能设计主要包括机械手臂，云台，传感器，电路控制系统设计等等。本文主要是运动结构以及机械手臂的设计。
2.1 运动机构的选择
目前按照运动结构，机器人可以分为轮式，腿式，履带式，和仿生型这四种运动结构。
轮式结构具有结构简单、重量轻、移动平稳，摩擦阻力小等优点，但是适应地面能力较差，碰到高一点的障碍就无法跨越过去。该结构具有一定的局限性，稳定性和对环境适应性完全依赖于环境本身。只能在相对平坦、表面较硬的，一旦遇到比较软的环境，非常容易打滑；腿式机器人适应地面能力好，腿部具有多个自由度，运动更具有灵活性。但是结构复杂、控制难度大，成本也较高。所以目前为止在实际救援任务中基本很少使用纯腿式结构；履带式机器人适应地面能力强，基本能满足复杂的地形环境，越野性能优于轮式结构，不易打滑。但缺点是重量大、能耗大，减震功能差，零件易损坏。蛇形的仿生结构具有柔性好，横截面小，稳定性好等特点，能够完成轮式或者腿式难以完成的动作，在未来具有很广泛的应用场景[3]。但蛇形结构有过多的关节和自由度，给机器人建模和控制带来了一定的难度。目前主要用于进入管道等非常狭小的空间。搜救机器人的工作环境是废墟，废墟中各种小障碍极多且凹凸不平，为此，运动机构选取越野性能较好的履带式。以提高其攀越障碍的能力。工作时，带齿与带轮的齿槽互相啮合，具有挠性好、伸长率小、强度高等优点。驱动轮的齿形为标准同步带轮齿形，并且带挡边以限制履带横向移动。根据攀越障碍、防止打滑、动力以及履带式独特的转弯方式角度分析采用装有多级减速器的直流电机作为履带装置的动力源。
2.2 设计要求
设计要求：
速度： 0.5m/s（平地速度）
爬坡能力： 30°斜坡，30°楼梯，可在草地、沙地、碎石地、雪地运行