【正文】 漫游者。采用的是“五級輔助懸掛”行走系統(tǒng)。下面列舉一些具有代表意義的典型結(jié)構(gòu)。而井下發(fā)生災(zāi)害后，工作環(huán)境會遭到不同程度的破壞，因此機器人的移動機構(gòu)對井下環(huán)境的適應(yīng)也可以說是對于非結(jié)構(gòu)環(huán)境的適應(yīng)。當?shù)V井涌水量超過礦井正常的排水能力時，就將發(fā)生水災(zāi)。為能在高瓦斯下安全工作，控制系統(tǒng)需要進行礦用隔爆或本案型設(shè)計，電子元件在井下溫度變化范圍也應(yīng)能可靠地工作。復(fù)雜的路況要求井下機器人要有較強的越障、避障能力和行駛功能恢復(fù)能力。 本章小結(jié) 本章從機器人的發(fā)展史 出發(fā)并結(jié)合我國煤炭生產(chǎn)的安全現(xiàn)狀引出我國目前發(fā)展煤礦救災(zāi)機器人的可行性及緊迫性。能夠中國礦業(yè)大學(xué) 09 屆本科生畢業(yè)設(shè)計論文 第 5 頁 探測災(zāi)害環(huán)境，實時傳回災(zāi)區(qū)的瓦斯、ＣＯ、粉塵濃度和溫度以及高分辨率的現(xiàn)場圖像等信息；具有雙向語音對講功能，能夠使救災(zāi)指揮人員與受害者進行快速聯(lián)絡(luò)，指揮受傷人員選擇最佳的逃生路線；具有無線網(wǎng)絡(luò)通訊功能；同時還攜帶有食品、水、藥品、救護工具等救助物資，使受害者能夠積極開展自救。裝備有激光測距傳感器、夜視攝像機、氣體探測傳感器、ｓｉｎｋａｇｅ傳感器、陀螺儀等，能夠?qū)ΦV井下的環(huán)境進行綜合性測量，建立礦井立體模型。 國內(nèi)外研究與應(yīng)用現(xiàn)狀 對于礦井救災(zāi)機器人的研究工作，美國起步較早，已有多家高?；蜓芯繖C構(gòu)研發(fā)了針對不同用途的礦井救災(zāi)機器人。這些都是非常有價值的參考資料。其次，機器人的視頻探測器（ CCD 攝像頭）具有信息直觀、能實現(xiàn)計算機輔助控制等特點，可以將現(xiàn)場環(huán)境的圖像返回到救災(zāi)中心，為進一步控制機器人的運動方向，制定下一步救災(zāi)的方案提供決策依據(jù)。另外，機器人先于救護人員對災(zāi)區(qū)進行探測，對救災(zāi)人員的生命也多了一份保障。最讓人痛心的乃是中國煤礦百萬死亡率是美國的 100 倍、南非的 30倍！挺拿最近在國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局、國家煤礦安全監(jiān)察局網(wǎng)站上公布一些數(shù)字來看，可以說觸目驚心： 20xx年 9 月 4 日 遼寧阜新市河西鎮(zhèn)八礦發(fā)生瓦斯爆炸 27 人遇難 ； 20xx 年 9月 20日，黑龍江省鶴崗市興山區(qū)富 華煤礦發(fā)生井下火災(zāi)事故 ， 31 人遇難。 中國礦業(yè)大學(xué) 09 屆本科生畢業(yè)設(shè)計論文 第 1 頁 1 緒論 引言 第一代工業(yè)機器人 (1956 年 )問世至今已整整 60年了。 其次，詳細設(shè)計了煤礦救災(zāi)機器人控制系統(tǒng)的硬件電路，包括數(shù)據(jù)采集單元電路、運動控制單元電路、編碼器解析單元電路 等。摘 要 I 摘 要 煤礦救援 機器人是一種能夠在煤礦井下災(zāi)害環(huán)境遙控或自主導(dǎo)航工作的機器人，能代替煤礦的搜救隊員深入井下，搶救礦難后被困礦工，并以這 種方式減少甚至避免救護隊員的傷亡。 關(guān)鍵字： 輪式 ；同步移動；擺臂； 數(shù)據(jù)采集 ； 運動控制 摘 要 II ABSTRACT Coal mine rescue robot is one kind of robots used in underground destroyed coal mine. It can rescue trapped miners in the underground instead of mine rescue team after mine disaster. It will avoid casualties of mine rescue team in this way. At the same time after the explosion and the rescue process of detection in the coal mine, mine rescue team in underground load operation under high temperature environment, and their physical as well as consumption of oxygen is huge. A major role in the coal mine rescue robot is to replace the mine rescue team to transport, and transfer the wounded and the victims to a safe area. Rescue robots had to carry the necessary equipment and apparatus, so the rescue robot should have sufficient size and power and good endurance capacity. First of all, on the basis of these requirements, I designed the mechanical parts of the coal rescue robot. In parison, I choose the wheel body. At the same time, I take the special working environment for the coal mine rescue robot into account, so I try to achieve allround mobile synchronization through the chain drive. And it can overe the shortings of Wheeled Mobile institutions such as the crosschannel capabilities and easy to spin. In refer to PACKBOT robot, I design the arm for the robot, so it can across the barriers more easily. Secondly, hardware circuit of robot control system is designed in detail, such as data acquisition unit circuit, motion control unit circuit。機器人日益成為傳統(tǒng)機構(gòu)學(xué)和 近代電子計算機技術(shù)的主要結(jié)合點，也成為二十一世紀高科技發(fā)展的一個重要內(nèi)容。 20xx中國礦業(yè)大學(xué) 09 屆本科生畢業(yè)設(shè)計論文 第 2 頁 年 2 月 22 日 山西焦煤集團屯蘭礦 “” 瓦斯事故共 78 名礦工遇難 ?? 我國煤礦事故發(fā)生的原因極為復(fù)雜，是偶然性和必然性的結(jié)合。在很多條件下，機器人進入災(zāi)區(qū)的時間都將比救災(zāi)隊員所需要的更短。最后，機器人還能進入井下區(qū)域，監(jiān)測事故現(xiàn)場（如溫度、瓦斯以及有害氣體的濃度）的變化，防止事故的二次發(fā)生。我們試驗室已制作出包括“ CUMT1”型雙履帶式機器人等五臺樣機，如圖 11，并進行了多次室內(nèi)、室外和模擬環(huán)境的試驗，積累了許多寶貴的數(shù)據(jù)與設(shè)計經(jīng)驗，這些也是非常有價值的參考資料。如美國智 能系統(tǒng)和機器人中心開發(fā) RATLER 礦井探索機器人，用于災(zāi)難后的現(xiàn)場偵查工作，采用電傳遙控方式，有主動紅外攝像機、無線射頻信號收發(fā)器、陀螺儀和危險氣體傳感器等裝備。機器人雪貂用于礦井鉆孔探測，裝備有長距離低反射率三維激光掃描儀、嵌入式微處理器、磁指南針、傾角傳感器、活動云臺攝像機、照明燈、接近傳感器等設(shè)備。 上述礦井搜救機器人代表了當前國內(nèi)外在該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀和發(fā)展水平，但它們離實際應(yīng)用 的要求還有很大距離。并簡要介紹了國內(nèi)外煤礦救災(zāi)機器人研究和應(yīng)用的現(xiàn)狀。下面對礦井主要存在的瓦斯、煤塵、頂板、火、水五大災(zāi)害進行簡要說明。 ⑵ 頂板災(zāi)害。為保證礦井正常建設(shè)與生產(chǎn)，必須采取各種措施防止水進入礦井或者將進入礦井的水排至地面，但當?shù)V井涌水超過正常排水能力，或在采掘工作時挖掘工作時挖透老塘積水或巖溶等地下水時，就會造成水害。 通過對這些不同地形的分析，我們發(fā)現(xiàn)各種復(fù)雜地形都是由于少 數(shù)幾種基本的地形特征構(gòu)成，我們稱之為“典型地形特征”。 四輪式機器人 :美國噴氣推進實驗室 (JPL)在非結(jié)構(gòu)環(huán)境特別是行星表面科學(xué)探測車技術(shù)方面處于領(lǐng)先水平。 Micro5 機器人系統(tǒng)全重約 5kg，整體尺寸為 55 53 25cm，越障高度 13cm，爬坡能力 40176。在“索杰納”、“勇氣好”和“機遇號”中都采用了同一種類型的機械結(jié)構(gòu) —— “ rockerbogie”。但其往往重量大，且能耗高。 美國卡內(nèi)基 梅隆大學(xué)和美國航空航天局合作開發(fā)了 Dante 系列機器人。中國科學(xué)院沈陽自動化研究所的可重構(gòu)星球探測機器人也有類似的結(jié)構(gòu)。但對于非結(jié)構(gòu)環(huán)境，普通輪式機器人仍需要進行改進以提高其適應(yīng)性。 同時在煤礦煤塵爆炸事故后的探測營救過程中，救護人員在井下高 溫環(huán)境下負重作業(yè)，其體力以及氧氣消耗都很大。 然后鏈輪 6 再把動力傳遞給輪邊的鏈輪。 中國礦業(yè)大學(xué) 09 屆本科生畢業(yè)設(shè)計論文 第 16 頁 圖 34 機器人受力分析模型 GF? uG ?? 30c os60c os ? = 1310 2?? 3310 ? ? ? ?= (31) 電機的最大輸出功率為： 39。其電樞為無鐵心盤式結(jié)構(gòu)，具有轉(zhuǎn)動慣量小、時 間常數(shù)小，無鐵損、效率高，換向性能好和電刷壽命長等特點。最終加工為磨齒， 精度為 6級。 傳動比 10i? 行星輪數(shù)目 3pn? 載 荷不均衡系數(shù) pK 低速級采用太陽輪浮動的均載機構(gòu)，查表 73，取 ?? FPHP KK 2) 配齒計算 用比例法配齒， 由傳動比條件、同心條件和裝配條件，聯(lián)立得： znizizizzzz apaaabgaM :)1(:)2 2(:::: ??? 10i? ，帶入上式得 10: : : : 4 : 9 : 3a g b a a a aMz z z z z z z? 18az? ， 72, 162gbzz?? 實際傳動比1 1 10bazi z? ? ? 3)、 齒輪模數(shù) m 及中心距 a 首先計算太陽輪分度圓直徑 3 2 l i m1A H P Ha t ddHTK K K udK u?? ? ?? (320) 式中 u—— 齒數(shù)比為 ： 72/18 4? AK —— 使用系數(shù)為 tdK —— 算式系數(shù)為 768 ?HK —— 綜合系數(shù)為 T—— 太陽輪單個齒傳遞的轉(zhuǎn)矩 ()P apKTTn?? 1 .1 5( ) 4 7 .9 .3 Nm?? .Nm? 其中 d? —— 齒寬系數(shù)暫取 ： M P aH 1300lim?? 代入 3 2 l i m1uuKKKTKHdHHPAtdad ?? ??? 中國礦業(yè)大學(xué) 09 屆本科生畢業(yè)設(shè)計論文 第 22 頁 3 23 2 0 3 . 1 3 1 . 1 1 . 1 5 2 . 0 4 17 6 8 2 9 . 40 . 6 1 3 0 0 4ad m m m m? ? ? ?? ? ? ?? 模數(shù) 2 9 . 4 1 . 6 318aadm z? ? ? 取 2m? 中心距 0 11( ) 2 ( 1 8 7 2 ) 9 022aga m z z m m? ? ? ? ? ? ? 齒寬 0 . 7 5 3 6 2 7dab d m m?? ? ? ? 4)、 幾何尺寸計算 分度圓 mzd? 齒頂圓 *2aad d mh?? 齒根圓 **f 2 ( )ad d m h c?? 基圓直徑 ?cosddb? 其中， 齒頂高系數(shù) 太陽輪、行星輪 1*?ah 內(nèi)齒輪 *?ah 頂隙系數(shù) : 太陽輪 、 行星輪 : *?c 內(nèi)齒輪 : * ? 代入上組公式 計算： 太陽輪 2 1 8 3 6d m m m m? ? ? 36 2 2 1 40ad m m m m? ? ? ? ? 3 6 2 2 (1 0 . 4 ) 3 0 . 4fd m m m m? ? ? ? ? ? 1 7 0 c o s 2 0 3 3 . 8 3bd m m m m?? ? ? 行星輪 2 7 2 1 4 4d m m m m? ? ? 1 4 4 2 2 1 1 4 8ad m m m m? ? ? ? ? 1 4 4 2 2 ( 1 0 . 4 ) 1 3 8 . 4fd m m m m? ? ? ? ? ? 3 7 0 c o s 2 0 1 3