【正文】 0 0 1 8 . 3 71 0 4 8 . 3 336t TFNd ?? ? ? b)應(yīng)力循環(huán)次數(shù) aN 60 Ha a pN n n t? = 96 0 ( 6 0 0 6 0 ) 3 2 4 0 0 0 2 . 3 3 1 0? ? ? ? ? ? an =600r/min Hn = 60r/min Han = an Hn =60060=540r/min 式中 ， Han —— 太陽輪相對于行星架的轉(zhuǎn)速 (r/min)。其電樞為無鐵心盤式結(jié)構(gòu)，具有轉(zhuǎn)動慣量小、時(shí) 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(diǎn)。 然后鏈輪 6 再把動力傳遞給輪邊的鏈輪。但對于非結(jié)構(gòu)環(huán)境，普通輪式機(jī)器人仍需要進(jìn)行改進(jìn)以提高其適應(yīng)性。 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(jī)器人。在“索杰納”、“勇氣好”和“機(jī)遇號”中都采用了同一種類型的機(jī)械結(jié)構(gòu) —— “ rockerbogie”。 四輪式機(jī)器人 :美國噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)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。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(jìn)入礦井或者將進(jìn)入礦井的水排至地面，但當(dāng)?shù)V井涌水超過正常排水能力，或在采掘工作時(shí)挖掘工作時(shí)挖透老塘積水或巖溶等地下水時(shí)，就會造成水害。下面對礦井主要存在的瓦斯、煤塵、頂板、火、水五大災(zāi)害進(jìn)行簡要說明。 上述礦井搜救機(jī)器人代表了當(dāng)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(shí)際應(yīng)用 的要求還有很大距離。如美國智 能系統(tǒng)和機(jī)器人中心開發(fā) RATLER 礦井探索機(jī)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(jī)、無線射頻信號收發(fā)器、陀螺儀和危險(xiǎn)氣體傳感器等裝備。最后，機(jī)器人還能進(jìn)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。 20xx中國礦業(yè)大學(xué) 09 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 2 頁 年 2 月 22 日 山西焦煤集團(tuán)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。 關(guān)鍵字： 輪式 ；同步移動；擺臂； 數(shù)據(jù)采集 ； 運(yùn)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。 其次，詳細(xì)設(shè)計(jì)了煤礦救災(zāi)機(jī)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(yùn)動控制單元電路、編碼器解析單元電路 等。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。其次，機(jī)器人的視頻探測器（ CCD 攝像頭）具有信息直觀、能實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助控制等特點(diǎn)，可以將現(xiàn)場環(huán)境的圖像返回到救災(zāi)中心，為進(jìn)一步控制機(jī)器人的運(yùn)動方向，制定下一步救災(zāi)的方案提供決策依據(jù)。 國內(nèi)外研究與應(yīng)用現(xiàn)狀 對于礦井救災(zāi)機(jī)器人的研究工作，美國起步較早，已有多家高?；蜓芯繖C(jī)構(gòu)研發(fā)了針對不同用途的礦井救災(zāi)機(jī)器人。能夠中國礦業(yè)大學(xué) 09 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 5 頁 探測災(zāi)害環(huán)境，實(shí)時(shí)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(jìn)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(shí)還攜帶有食品、水、藥品、救護(hù)工具等救助物資，使受害者能夠積極開展自救。復(fù)雜的路況要求井下機(jī)器人要有較強(qiáng)的越障、避障能力和行駛功能恢復(fù)能力。當(dāng)?shù)V井涌水量超過礦井正常的排水能力時(shí)，就將發(fā)生水災(zāi)。下面列舉一些具有代表意義的典型結(jié)構(gòu)。自 1989 年來， NASAkaishi 研究質(zhì)量在 550千克之間的 Rocky 系列微型漫游者?？梢员ＷC傳感器和科學(xué)設(shè)備沿平滑預(yù)定的軌跡運(yùn)行。 表 21 國內(nèi)外具有代表性的行走系統(tǒng)比較 機(jī)器人 名 稱 國家 /單位 結(jié)構(gòu) 形式 行走系統(tǒng)尺寸 (m) 越障 高度 （ m） 爬坡 角度 越障 H 與行走系統(tǒng) L 比 Gyrover 美國 /CMU 單輪 / / / Scout 美國 /明達(dá)蘇達(dá) 雙輪 / / / Nomand 美國NASA、 CMU 四輪 輪徑 / Micro5 日本 五輪 輪徑 40 度 Rocker 美國/NASA 六輪 輪徑 35 度 Daedalus 美國 /CMU 四足 高 1 3040 度 Ambler 美國 /CMU 六足 高 / DanteⅡ 美國/NASA、CMU 八足 高 3，寬 / 0． 43 模塊重構(gòu)履帶機(jī)器人 北航 履帶 60 度 CLIMBER 中科院 復(fù)合 / 1 中國礦業(yè)大學(xué) 09 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 11 頁 表 22 各類行走系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)比較 移動方式 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 輪式 高速、高效 越障能力較差 腿式 地形適應(yīng)能力強(qiáng) 速度低，效率低 、控制 復(fù)雜 履帶式 地形適應(yīng)能 力強(qiáng) 重量達(dá)，能耗大 輪腿 /復(fù)合式 高速高效，地形適應(yīng)能力強(qiáng) 控制比較復(fù)雜 行走方案的確定 根據(jù)以上的定性分析，本文選用輪式作為驅(qū)動單元。 主傳動系統(tǒng)中驅(qū)動電機(jī) 1 經(jīng)過圓柱齒輪副 2 和行星齒輪減速器 5 將驅(qū)動動力傳給 鏈輪 6。繞線盤式電樞直流伺服電動機(jī)及機(jī)組是近年來發(fā)展來的新型力能元件。 T—— 壽命期內(nèi)要求傳動的總運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) 間 (h),壽命 10 年，每天工作 8h 3 6 0 8 1 0 2 4 0 0 0t d a h d a h? ? ? ? 中國礦業(yè)大學(xué) 09 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 24 頁 c)確定強(qiáng)度計(jì)算中的各種系數(shù) 使用系數(shù) AK ， 根據(jù)對使用負(fù)荷的實(shí)測與分析，取 AK = 動負(fù)荷系數(shù) VK 因 1z =1850，可根據(jù)圓周速度 v= = 3 .1 4 3 6 5 4 0 1 .0 26 0 1 0 0 0 ms?? ?? 由圖 51 查得（ 6 級精度）： VK = 齒向載荷分布系數(shù) HK? 、 FK? 得 ? ?011H H H W H eK K K K??? ? ? (322) ? ?011F F F W F eK K K K??? ? ? (323) 式中 ， 0HK? —— 計(jì)算接觸強(qiáng)度時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)初期（未經(jīng)跑合）的齒向載荷分布系數(shù)，由圖 52 查得 0HK? =（ d? =） HWK —— 計(jì)算接觸強(qiáng)度時(shí)的跑合影響系數(shù)，由圖 55 查得HWK =(v=, 2HB 450) 0FK? —— 計(jì)算彎曲強(qiáng)度時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)初期（未經(jīng)跑合）的齒向載荷分布系數(shù)，由圖 54 查得 0FK? =（ b/m=） FWK —— 計(jì)算彎曲強(qiáng)度時(shí)的跑合影響系數(shù)，由圖 55 查得FWK =(v=, 2HB 450) HeK —— 與均載系數(shù)有關(guān)的系數(shù)， HeK = FeK —— 與均載系數(shù)有關(guān)的系數(shù)， FeK = 則 HK? =1+() = FK? =1+() = d)齒間載荷分布系數(shù) HK? 及 FK? 因 1 . 2 5 1 0 4 8 . 3 3 2 7 4 8 . 5 3AtK F b N m m? ? ?，精度 6 級，硬齒面直齒輪 由表 59 查得 = = e)節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 可查圖 513 Hz = f)載荷作用齒頂時(shí)的齒形系數(shù) FaY 根據(jù) 1118。 m a xm a x k w? ? ? (33) 直流伺服電機(jī)的效率一般為 70%— 80%，取電機(jī)的效率為 1?? 80%。這樣機(jī)器人總共需要6 自由度，需要 6 個(gè)電機(jī)，由于機(jī)器人尺寸、總質(zhì)量、驅(qū)動功率以及防爆要求等限制，必需在不影響機(jī)器人運(yùn)動能力的前提下，盡可能的減少電動機(jī)的數(shù)量。機(jī)器人外形尺寸 80 72 48cm，輪式移動 10m/min、履帶移動 5m/min，最高翻越障礙 28cm。 InuKtun 公司研制了機(jī)器人 MicroVGTV，機(jī)身履帶可變?yōu)?，采用電纜控制，含有直視的彩色或黑白攝像頭，并帶有微型話筒和揚(yáng)聲器，可以用于與壓在廢墟中的幸存者通話，適用于在小的孔洞和空間中執(zhí)行任務(wù)。行走系統(tǒng)有前部叉式雙擺桿越障機(jī)構(gòu)、車身、平行四邊形支撐機(jī)構(gòu)以及后輪支撐機(jī)構(gòu)組成，外形像個(gè)大蜘蛛。如果移動機(jī)器人能夠以某種動作或動作序列適應(yīng)這幾種典型地形，則可以通過動作序列的有效組合達(dá)到適應(yīng)這幾種典型地形，則可以通過動作序列的有效組合達(dá)到適應(yīng)復(fù)雜三維的目的。 中國礦業(yè)大學(xué) 09 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 7 頁 ⑶ 火災(zāi)。從而得出輪式機(jī)器人相對于履帶式機(jī)器人在救災(zāi)應(yīng)用中的優(yōu)點(diǎn)。安裝有導(dǎo)航和監(jiān)控?cái)z像機(jī)、燈、氣體傳感器和一個(gè)機(jī)器臂，具有夜視能力和２路語音通訊功能。同時(shí)，機(jī)器人的越障性能也有待提高。救災(zāi)機(jī)器人是機(jī)器人的一個(gè)新興發(fā)展領(lǐng)域，屬于危險(xiǎn)