廢墟狹窄空間輔助救援機(jī)器人研究.pdf

1、全球范圍內(nèi)地震災(zāi)害頻繁，給相關(guān)國(guó)家和人民帶來(lái)巨大的人民生命傷亡和經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失。在救援工作中，當(dāng)前救援人員大多采用手動(dòng)或者半自動(dòng)的救援工具在廢墟環(huán)境中完成切割、頂撐等作業(yè)，以開(kāi)辟救援通道，嚴(yán)重降低了救援工作的效率，同時(shí)危險(xiǎn)的震后環(huán)境也時(shí)刻威脅著救援人員的生命安全。本文在國(guó)家863計(jì)劃“面向地震應(yīng)急搜救機(jī)器人研究開(kāi)發(fā)與應(yīng)用”的支持下，研制出適合于進(jìn)入廢墟狹窄空間的救援機(jī)器人實(shí)驗(yàn)樣機(jī)以及用于切割、頂撐的救援工具和相應(yīng)的操作臂，輔助救援人員深入

2、廢墟狹窄空間建立救援通道。
　　根據(jù)救援機(jī)器人的性能指標(biāo)及功能要求，設(shè)計(jì)一種可模塊化組裝、結(jié)構(gòu)緊湊、可搭載救援工具的履帶式救援機(jī)器人。機(jī)器人車體單元間的連接關(guān)節(jié)采用空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，強(qiáng)度和可靠性更好，可實(shí)現(xiàn)車體間主動(dòng)的俯仰、偏航，而沿著車體軸線方向的被動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度可以通過(guò)抱閘控制進(jìn)行鎖定和解鎖，提高了機(jī)器人對(duì)地震復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性。
　　根據(jù)救援機(jī)器人車體體積限制及功能指標(biāo)，設(shè)計(jì)兩個(gè)結(jié)構(gòu)緊湊、升降范圍大的頂撐工具和一個(gè)用于投放頂撐

3、工具的通用頂撐機(jī)械臂；切割功能則由一個(gè)三自由度切割機(jī)械臂末端固定一個(gè)電動(dòng)切割工具實(shí)現(xiàn)。高通過(guò)性的救援機(jī)器人搭載可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程作業(yè)的切割和頂撐機(jī)械臂及救援工具，增強(qiáng)了救援機(jī)器人深入廢墟狹窄空間作業(yè)的能力。
　　運(yùn)動(dòng)學(xué)分析是對(duì)機(jī)器人進(jìn)行控制的前提，因此對(duì)機(jī)械臂和并聯(lián)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，求出各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)與末端位姿的關(guān)系。應(yīng)用ADAMS仿真軟件對(duì)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)和頂撐機(jī)械臂進(jìn)行仿真分析，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。由于頂撐工具需要承受很大負(fù)載，利用有

4、限元分析軟件ANSYS WORKBENCH對(duì)頂撐工具進(jìn)行有限元分析，檢驗(yàn)強(qiáng)度剛度是否滿足要求。
　　研制救援機(jī)器人、救援工具及操作臂的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，基于VC++6.0編制控制軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)救援機(jī)器人的遠(yuǎn)程控制。針對(duì)救援機(jī)器人的高通過(guò)性和遠(yuǎn)程作業(yè)能力進(jìn)行爬坡、行走、越障、切割和頂撐等實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，救援機(jī)器人可以翻越300mm高的垂直障礙，跨越400mm寬的溝壕，切割工具可以切斷直徑為10mm的鋼筋，兩個(gè)頂撐工具頂撐范圍分別為50-1