多節(jié)履帶式煤礦井下搜索機器人設計-資料下載頁
2025-04-16 22:39本頁面
【正文】 靈活性，將其置于中間，同時為了避免安裝空間的限制，也可以為每個單元模塊配備相對較小的電池，以減輕電源單元模塊的負擔。受到機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計空間的限制和影響。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，為機器人內(nèi)部腔體提供惰性氣體，利用正壓防爆。如果機器人按照隔爆的標準設計，殼體會很厚，導致機器人的總體質(zhì)量遠遠超過設計的技術(shù)指標，而且電氣系統(tǒng)做到本安設計是非常困難的，利用正壓防爆適于本機器人的設計。氣瓶的形狀和體積同樣受單元模塊安裝空間的限制，壓力和容量要適應于機器人殼體的密封狀況和機器人的工作時間要求。節(jié)點單元模塊(外形尺寸約310x200x180mm)(如圖210所示)位于機器人的尾部，帶有搭載艙，裝有多個移動通訊節(jié)點，具有可開閉艙門，在行駛的過程中，根據(jù)通訊信號的衰減程度，每隔一定的距離，以“吐”的方式釋放通訊節(jié)點，作為在井下通訊強障礙的環(huán)境中的通訊中繼。本模塊具有釋放節(jié)點的機構(gòu)，且艙內(nèi)必須能夠存儲足夠數(shù)量的通訊節(jié)點。節(jié)點必須按照本安的標準設計，在工作和遺棄時均不能引起井下可燃氣體的爆炸，由于節(jié)點的加工成本要比實現(xiàn)節(jié)點回收技術(shù)的代價低很多，所以目前，節(jié)點不回收。本課題所研究機器人的運動包括行走和關(guān)節(jié)驅(qū)動，關(guān)節(jié)包括俯仰和偏航兩個自由度。機器人的主要設計指標是：質(zhì)量m 45kg，翻越30度斜坡和臺階，最高速度v max= /s，機器人的總體尺寸約1700x200x180mm，疊合約750x200x400mm。機器人行走運動設計：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 ≈，進而可知行走電機的功率P1 ≈20w。關(guān)節(jié)俯仰運動設計：設計關(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)機器人的多節(jié)結(jié)構(gòu)，俯仰關(guān)節(jié)的負載不同，相應的扭矩和功率分別為M21 =17Nm、P21 =15w、M 22=68Nm、p 22=55w。關(guān)節(jié)偏航運動設計：設計關(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)以上的分析和計算出的運動執(zhí)行端(傳動鏈末端)的扭矩、轉(zhuǎn)速和功率，經(jīng)查閱相關(guān)的資料，設計出機器人的運動實現(xiàn)方案如表21。選用maxon無刷直流伺服電機，根據(jù)電機和減速器的安裝使用要求設計出機器人的行走驅(qū)動單元(如圖211所示)，關(guān)節(jié)俯仰驅(qū)動單元(如圖212和圖214所示)，關(guān)節(jié)偏航驅(qū)動單元(如圖213所示)。綜上所述：本機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能力，包覆在車體四周的履帶都可以接觸障礙推進前行，便于穿越狹窄空間和轉(zhuǎn)彎，通過驅(qū)動關(guān)節(jié)機器人可以翻越高達前兩個單元模塊長的障礙，跨越寬相當于前兩個單元模塊長的深溝，具有很強的地形適應性，能夠完成井下事故后的搜索任務。根據(jù)煤礦搜索機器人的應用環(huán)境條件和實際功能要求，設計出了機器人的本體結(jié)構(gòu)，包括行走模塊、關(guān)節(jié)模塊、單元模塊和運動驅(qū)動設計，并詳細設計了機器人的行走工具—履帶。經(jīng)過分析，機器人采用本結(jié)構(gòu)可以完成事故后的搜索任務，為建立實用化的系統(tǒng)工程樣機并完成工程試驗驗證提供了合理的本體系統(tǒng)。14 / 15
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