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小車論文正文-彈跳機(jī)器人設(shè)計(jì)(已修改)

2025-06-07 13:19 本頁(yè)面
 

【正文】 1 第一章 概述 選題背景和選題意義 災(zāi)難的來臨無法預(yù)測(cè),但是救援的快、及時(shí)、有效是我們的希望,讓受災(zāi)之人及時(shí)脫離危險(xiǎn)是我們的職責(zé)。 為救援而采用先進(jìn)科學(xué)技術(shù)研制的 小車 ,如地震救援專門用于大地震后在地下商場(chǎng)的廢墟中尋找幸存者執(zhí)行救援任務(wù)的 小車 。這種 小車 配備了 彩色攝像機(jī),熱成像儀和通訊系統(tǒng)。 這些 小車 在模擬現(xiàn)實(shí)的環(huán)境中完成了 移動(dòng)、定位、目標(biāo)搜索、救援等行動(dòng)。在煤礦事故的搶險(xiǎn)救援中,研制的 小車 采用履帶式的走行機(jī)構(gòu),具有一定越障能力。該 小車 具有環(huán)境偵察能力,可以通過在 小車 上安裝光學(xué)監(jiān)視裝置,查看井下巷道的破壞情況 ,通過無線或有線網(wǎng)絡(luò)傳輸實(shí)時(shí)視頻圖像。身上安裝了井下有毒氣體、壓力、溫度等檢測(cè)儀,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)危險(xiǎn)氣體進(jìn)行檢查,確保救援人員的安全。通過雙向語(yǔ)音傳送系統(tǒng), 小車 可發(fā)揮“電話”功能,救援人員可及時(shí)了解被困人員 的 信息與周圍環(huán)境,幫助井下人員樹立信心,實(shí)現(xiàn)互助自救?? 為救援研制的 小車 舉不勝數(shù),并且隨著 小車 的飛速發(fā)展, 小車 的功能日新月異,但目前大部分 小車 都存在翻越障礙等問題,因此救援彈跳 小車 應(yīng)運(yùn)而生。 基于上述背景,我們小組共同設(shè)計(jì)制作這 地震搜救彈跳 小車 。它主要利用車體上的彈簧壓縮產(chǎn)生彈性勢(shì)能,彈簧釋放時(shí),作用于地面的力 反作用于 小車 ,使小車向前跳躍前進(jìn),更好的解決了越障問題,并且當(dāng) 小車 在行駛或翻越障礙物時(shí)發(fā)生翻車現(xiàn)象的情況下,我們的 小車 照樣能夠行駛以及跳躍。這些功能使我們 小車 具有廣泛的應(yīng)用前景。 國(guó)內(nèi)外目前研究狀況 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 目前國(guó)內(nèi)外的產(chǎn)品早已是多種多樣: 搜救 ▲“蛇眼” 作用: 到瓦礫深處救援的第一步是搜索。幸存者埋在瓦礫堆中,用手去一點(diǎn)點(diǎn)地挖開瓦礫顯然太慢,用重型機(jī)械去移動(dòng)又有可能傷著人。各種搜索儀器可以幫上忙。 “ 蛇眼 ” 就是一種搜索儀器,它的學(xué)名叫 “ 光學(xué)生命探測(cè)儀 ” ,是利 用光反射進(jìn)行生命探測(cè)的。儀器的主體非常柔韌,像通下水道用的蛇皮管,能在瓦礫堆中自由扭動(dòng)。儀器前面有細(xì)小的探頭,可深入極微小的縫隙探測(cè),類似攝像儀器,將信息傳送回來,救援隊(duì)員利用觀察器就可以把瓦礫深處的情況看得清清楚楚。很多博物館和超市用的防盜裝置就是這種光學(xué)探頭加觀察器的儀器。 ▲ 熱紅外生命探測(cè)儀 作用: 通過感知溫度差異來判斷不同的目標(biāo),因此在黑暗中也可照常工作。王教授說,這種儀器有點(diǎn)像現(xiàn)在商場(chǎng)門口測(cè)體溫的儀器,只是個(gè)頭比那個(gè)大多了,而且?guī)в袌D像顯示器。 ▲ 聲波振動(dòng)生命探測(cè)儀 作用: 靠的是識(shí)別被困者發(fā)出 的聲音。人類有兩個(gè)耳朵,這種儀器卻有 3— 6個(gè)耳朵,它的耳朵叫做 “ 拾振器 ” ,也叫振動(dòng)傳感器,它能根據(jù)各個(gè)耳朵聽到聲音先后的微小差異來 2 判斷幸存者的具體位置。說話的聲音對(duì)它來說最容易識(shí)別,因?yàn)樵O(shè)計(jì)者充分研究了人的發(fā)聲頻率。如果幸存者已經(jīng)不能說話,只要用手指輕輕敲擊,發(fā)出微小的聲響,也能夠被它聽到。關(guān)鍵是噪聲的影響不能太大。 救援 ▲ 液壓鉗 作用: 如果現(xiàn)場(chǎng)鋼筋交錯(cuò),就要看液壓鉗的本事了。這種鉗子的體積并不大,但是由于應(yīng)用了液壓原理,一把小小的鉗子就能把鋼筋一根根剪斷,為營(yíng)救工作贏得寶貴的時(shí)間。 ▲ 救援 小車 作用: 前不久,日本科學(xué)家研制了一種蛇形 小車 ,并稱它不久就能在地震救援中發(fā)揮作用。這種 小車 的原理類似于前面提到的 “ 蛇眼 ” 搜索儀器。跟 “ 蛇眼 ” 相比,蛇形 小車 更靈活,它的每一個(gè)關(guān)節(jié)都有一個(gè)微型馬達(dá)為其提供動(dòng)力,活動(dòng)更為便捷。 ▲ 月球燈 作用: 天色暗下來,但搶救不能停。 月球燈的作用非常搶眼。月球燈由高達(dá) 20xx瓦的電力支持,據(jù)說,兩個(gè)月球燈就能照亮一個(gè)足球場(chǎng)。 ▲ 小氣墊 作用: 找到了幸存者就該施救了。這可是個(gè)力氣活,有時(shí)要抬起沉重的樓板。很難想象一個(gè)小小的氣墊就能完成這個(gè)工作。這種氣墊比枕頭大不了多少。 沒充氣時(shí)癟癟的,只要有5厘米的縫隙就能把它塞進(jìn)去。然后用氣瓶把里面的氣壓加到 8個(gè)大氣壓, “ 氣鼓鼓 ” 的墊子就能頂起樓板了。氣墊的材料相當(dāng)講究,最早人們用鋼絲網(wǎng)添加橡膠來做,后來改用新型材料高強(qiáng)度芳族聚酰胺,這種材料非常堅(jiān)韌,防暴警察用的手套也是用它做的,帶上這種手套,警察就能面不改色地握住鋒利匕首的刀刃。 ▲ 生存工具箱 作用: 準(zhǔn)備一個(gè)生存百寶箱也是非常重要的 。 軍用飛機(jī)通常都會(huì)隨機(jī)帶著生存工具箱,工具箱的內(nèi)容根據(jù)他們要飛往的地區(qū)而定,有為水上求生準(zhǔn)備的,有為酷熱氣候準(zhǔn)備的,有為嚴(yán)寒氣候準(zhǔn)備的,還有一個(gè)飛行員救生 背心。 發(fā)展趨勢(shì) ▲ 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化 —— 結(jié)構(gòu)復(fù)雜的設(shè)備不見的更可靠,相反,越簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)越有可能可靠,關(guān)鍵是要有合理的設(shè)計(jì)。 ▲ 體積縮小 —— 體積大的設(shè)備要求足夠大的安裝空間,要是需要搬運(yùn)的設(shè)備就顯得太多的不便,縮小體積不但可以減輕重量,而且便于調(diào)用。 ▲ 使用簡(jiǎn)單、靈活 —— 如果裝置操作稍有復(fù)雜,在搜救情況下操作簡(jiǎn)單可行。 本項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容 彈跳 小車 的用途與規(guī)格 災(zāi)難的來臨無法預(yù)測(cè),但是救援的快、及時(shí)、有效是我們的希望,讓受災(zāi)之人及時(shí)脫離危險(xiǎn)是我們的職責(zé)。 3 為救援而采用先進(jìn)科學(xué)技 術(shù)研制的 小車 ,如地震救援專門用于大地震后在地下商場(chǎng)的廢墟中尋找幸存者執(zhí)行救援任務(wù)的 小車 。這種 小車 配備了 彩色攝像機(jī),熱成像儀和通訊系統(tǒng)。 這些 小車 在模擬現(xiàn)實(shí)的環(huán)境中完成了 移動(dòng)、定位、目標(biāo)搜索、救援等行動(dòng)。在煤礦事故的搶險(xiǎn)救援中,研制的 小車 采用履帶式的走行機(jī)構(gòu),具有一定越障能力。該 小車具有環(huán)境偵察能力,可以通過在 小車 上安裝光學(xué)監(jiān)視裝置,查看井下巷道的破壞情況,通過無線或有線網(wǎng)絡(luò)傳輸實(shí)時(shí)視頻圖像。身上安裝了井下有毒氣體、壓力、溫度等檢測(cè)儀,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)危險(xiǎn)氣體進(jìn)行檢查,確保救援人員的安全。通過雙向語(yǔ)音傳送系統(tǒng), 小車 可發(fā)揮 “電話”功能,救援人員可及時(shí)了解被困人員信息與周圍環(huán)境,幫助井下人員樹立信心,實(shí)現(xiàn)互助自救?? 為救援研制的 小車 舉不勝數(shù),并且隨著 小車 的飛速發(fā)展, 小車 的功能日新月異,但目前大部分 小車 都存在翻越障礙等問題,因此救援彈跳 小車 小車應(yīng)運(yùn)而生。 基于上述背景,我們小組共同設(shè)計(jì)制作這 地震搜救彈跳 小車 。它主要利用車體上的彈簧壓縮產(chǎn)生彈性勢(shì)能,彈簧釋放時(shí),作用于地面的力反作用于 小車 ,使小車向前跳躍前進(jìn),更好的解決了越障問題,并且當(dāng) 小車 在行駛或翻越障礙物時(shí)發(fā)生翻車現(xiàn)象的情況下,我們的 小車 照樣能夠行駛以及跳躍。這些功能使我們 小 車 具有廣泛的應(yīng)用前景。 設(shè)計(jì)目標(biāo) ▲雙向行駛。小車可實(shí)現(xiàn)雙向均能行駛以及彈跳的功能。 ▲手動(dòng)控制。 ▲安全裕度高,使用壽命長(zhǎng)。 ▲靈活實(shí)用。該裝置研發(fā)出小車行駛靈活和控制安全簡(jiǎn)便。 ▲設(shè)計(jì)先進(jìn),結(jié)構(gòu)緊湊 。 4 第二章 彈跳小車方案 (一) 分析與設(shè)計(jì) 彈跳小車的基本功能及其展開分析 災(zāi)難的來臨無法預(yù)測(cè),但是救援的快、及時(shí)、有效是我們的希望,讓受災(zāi)之人及時(shí)脫離危險(xiǎn)是我們的職責(zé)。 為救援研制的 小車 舉不勝數(shù),并且隨著 小車 的飛速發(fā)展, 小車 的功能日新月異,但目前大部分 小車 都存在翻 越障礙等問題,因此救援彈跳 小車 應(yīng)運(yùn)而生。 基于上述背景,我們小組共同設(shè)計(jì)制作這 地震搜救彈跳 小車 。它主要利用車體上的彈簧壓縮產(chǎn)生彈性勢(shì)能,彈簧釋放時(shí),作用于地面的力反作用于 小車 ,使小車向前跳躍前進(jìn),更好的解決了越障問題,并且當(dāng) 小車 在行駛或翻越障礙物時(shí)發(fā)生翻車現(xiàn)象的情況下,我們的 小車 照樣能夠行駛以及跳躍。 結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì) 動(dòng)物的彈跳機(jī)理(以袋鼠為例) 袋鼠的跳躍運(yùn)動(dòng)的奧秘就在于袋鼠后腿強(qiáng)大的跟腱里。 通過實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地調(diào)整重心、起跳受力點(diǎn)以及起跳力度三者之間的關(guān)系,使身體保持向前運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。該方 案節(jié)約能量、跳躍方式靈活機(jī)動(dòng),但是,其結(jié)構(gòu)復(fù)雜,控制過程復(fù)雜,在小型 小車 上很難實(shí)現(xiàn)理想的效果。因此無法采用動(dòng)物的彈跳機(jī)理。 大炮的發(fā)射原理 確定好著彈點(diǎn)之后,直接計(jì)算出射擊諸元如仰角、裝藥量等,然后發(fā)射炮彈,是一個(gè)靜態(tài)過程。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,控制過程簡(jiǎn)單,易于實(shí)現(xiàn)。 圖 1 彈跳小車俯視圖 彈跳 小車 的主要技術(shù)性能及特點(diǎn) 主要技術(shù)參數(shù): ▲彈跳高度 :≤ ▲彈跳角度 :45176。 5 ▲自身重量 :5kg 主要性能、特點(diǎn) ▲能夠?qū)崿F(xiàn)基本的小車行駛功能,并且小車 翻車后小車亦能前進(jìn)無阻 ; ▲彈簧壓縮蓄能以致能夠?qū)崿F(xiàn)彈跳的能力 ; ▲能夠?qū)崿F(xiàn)支撐小車形成一定的角度,小車翻車后亦能支撐一定的角度 ,再次彈跳。 6 第三章 彈跳小車方案(一) 動(dòng)力設(shè)計(jì)計(jì)算 電機(jī)功率的確定 車輪電機(jī)的選擇 DC12V直流減速電機(jī) 功率: 15W 型號(hào): LJ555 扭力: 1kgfcm 轉(zhuǎn)速: 120r/min 電機(jī)外型尺寸: 圖 2 電機(jī)尺寸 圖 彈簧壓縮電機(jī)的選擇 要求:快速停止,準(zhǔn)確定位 表 1 電動(dòng)機(jī)選擇 選擇 J24SY004J1電機(jī) 舵機(jī)的選擇 7 驅(qū)動(dòng)舵機(jī)選擇 此舵機(jī)的作用是要驅(qū)動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng),螺母向前運(yùn)動(dòng),從而壓縮彈簧蓄力,最后在觸發(fā)開關(guān)打開的一瞬間,尾座蹬地,同時(shí)反作用于小車,使小 車離地而彈起一定的高度和距離。 所以,所選舵機(jī)型號(hào)為: HS60。其參數(shù)如下表。 表 2 驅(qū)動(dòng) 舵機(jī) 參數(shù) 支撐小車的舵機(jī) 此舵機(jī)的作用是在小車要彈跳時(shí),帶動(dòng)擺桿支起小車到達(dá)一定角度。舵機(jī)的型號(hào)為Hitec HS225MG,共兩件。其 參數(shù)如下表。 表 3 支撐舵機(jī)選擇
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