多節(jié)履帶式煤礦井下搜索機(jī)器人設(shè)計(jì)-資料下載頁(yè)
2025-04-16 22:39本頁(yè)面
【正文】 靈活性，將其置于中間，同時(shí)為了避免安裝空間的限制，也可以為每個(gè)單元模塊配備相對(duì)較小的電池，以減輕電源單元模塊的負(fù)擔(dān)。受到機(jī)器人總體尺寸的限制，不能采用有纜的方式供電。電池24V供電，形狀和體積將受到單元模塊設(shè)計(jì)空間的限制和影響。氣瓶(防爆)單元模塊(外形尺寸約320x200x180mm)(如圖29所示)攜帶高壓氣瓶，為機(jī)器人內(nèi)部腔體提供惰性氣體，利用正壓防爆。如果機(jī)器人按照隔爆的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，殼體會(huì)很厚，導(dǎo)致機(jī)器人的總體質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)，而且電氣系統(tǒng)做到本安設(shè)計(jì)是非常困難的，利用正壓防爆適于本機(jī)器人的設(shè)計(jì)。氣瓶的形狀和體積同樣受單元模塊安裝空間的限制，壓力和容量要適應(yīng)于機(jī)器人殼體的密封狀況和機(jī)器人的工作時(shí)間要求。節(jié)點(diǎn)單元模塊(外形尺寸約310x200x180mm)(如圖210所示)位于機(jī)器人的尾部，帶有搭載艙，裝有多個(gè)移動(dòng)通訊節(jié)點(diǎn)，具有可開(kāi)閉艙門(mén)，在行駛的過(guò)程中，根據(jù)通訊信號(hào)的衰減程度，每隔一定的距離，以“吐”的方式釋放通訊節(jié)點(diǎn)，作為在井下通訊強(qiáng)障礙的環(huán)境中的通訊中繼。本模塊具有釋放節(jié)點(diǎn)的機(jī)構(gòu)，且艙內(nèi)必須能夠存儲(chǔ)足夠數(shù)量的通訊節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)必須按照本安的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，在工作和遺棄時(shí)均不能引起井下可燃?xì)怏w的爆炸，由于節(jié)點(diǎn)的加工成本要比實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)回收技術(shù)的代價(jià)低很多，所以目前，節(jié)點(diǎn)不回收。本課題所研究機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)包括行走和關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)，關(guān)節(jié)包括俯仰和偏航兩個(gè)自由度。機(jī)器人的主要設(shè)計(jì)指標(biāo)是：質(zhì)量m 45kg，翻越30度斜坡和臺(tái)階，最高速度v max= /s，機(jī)器人的總體尺寸約1700x200x180mm，疊合約750x200x400mm。機(jī)器人行走運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)：履帶輪的有效半徑r 0=15mm，由v max= /s可以得出履帶的轉(zhuǎn)速n 1≈160r/min，由翻越30度斜坡可以得出履帶的扭矩M1 ≈，進(jìn)而可知行走電機(jī)的功率P1 ≈20w。關(guān)節(jié)俯仰運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)關(guān)節(jié)2s內(nèi)抬頭90176?？梢缘贸鲫P(guān)節(jié)俯仰轉(zhuǎn)速n2 =，根據(jù)機(jī)器人的多節(jié)結(jié)構(gòu)，俯仰關(guān)節(jié)的負(fù)載不同，相應(yīng)的扭矩和功率分別為M21 =17Nm、P21 =15w、M 22=68Nm、p 22=55w。關(guān)節(jié)偏航運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)關(guān)節(jié)2s內(nèi)偏航90176?？梢缘贸鲫P(guān)節(jié)偏航轉(zhuǎn)速n 3=，假設(shè)地面的摩擦系數(shù)i=，則關(guān)節(jié)偏航的扭矩與功率分別為M =5Nm、p =5w。根據(jù)以上的分析和計(jì)算出的運(yùn)動(dòng)執(zhí)行端(傳動(dòng)鏈末端)的扭矩、轉(zhuǎn)速和功率，經(jīng)查閱相關(guān)的資料，設(shè)計(jì)出機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)方案如表21。選用maxon無(wú)刷直流伺服電機(jī)，根據(jù)電機(jī)和減速器的安裝使用要求設(shè)計(jì)出機(jī)器人的行走驅(qū)動(dòng)單元(如圖211所示)，關(guān)節(jié)俯仰驅(qū)動(dòng)單元(如圖212和圖214所示)，關(guān)節(jié)偏航驅(qū)動(dòng)單元(如圖213所示)。綜上所述：本機(jī)器人采用五單元模塊串聯(lián)的多履帶構(gòu)型多關(guān)節(jié)鉸接的蛇形結(jié)構(gòu)提高了其困難障礙的通過(guò)能力，包覆在車(chē)體四周的履帶都可以接觸障礙推進(jìn)前行，便于穿越狹窄空間和轉(zhuǎn)彎，通過(guò)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)器人可以翻越高達(dá)前兩個(gè)單元模塊長(zhǎng)的障礙，跨越寬相當(dāng)于前兩個(gè)單元模塊長(zhǎng)的深溝，具有很強(qiáng)的地形適應(yīng)性，能夠完成井下事故后的搜索任務(wù)。根據(jù)煤礦搜索機(jī)器人的應(yīng)用環(huán)境條件和實(shí)際功能要求，設(shè)計(jì)出了機(jī)器人的本體結(jié)構(gòu)，包括行走模塊、關(guān)節(jié)模塊、單元模塊和運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，并詳細(xì)設(shè)計(jì)了機(jī)器人的行走工具—履帶。經(jīng)過(guò)分析，機(jī)器人采用本結(jié)構(gòu)可以完成事故后的搜索任務(wù)，為建立實(shí)用化的系統(tǒng)工程樣機(jī)并完成工程試驗(yàn)驗(yàn)證提供了合理的本體系統(tǒng)。14 / 15
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