开题报告-履带机器人行走机构设计

作者：vennea | 发布时间：2021-01-20 06:46:32 收藏本文下载本文

附件 5 开题报告课题名称履带机器人行走机构的设计指导教师学生学号一、课题的来源及意义随着社会的发展，我们面临的自身能力、能量的局限越来越多，所以我们创造了各种类型的机器人来辅助或代替我们完成任务。

机器人应用的地方变得越来越多，从单一的生产制造业发展到各行各业，甚至延伸到排爆等危险的具体工作。现在国内外都开始了对移动机器人的系统研发和设计，而移动机器人选择何种移动方式是其设计时最重要的考虑点之一。移动机器人按其移动结构可以分为腿式，轮式和履带式三大类，这三类各有其优缺点。

随着移动机器人行业技术的发展，腿式机器人由于其结构和操作过于复杂，且应用的场地通常有特殊要求，因此并没有得到广泛的使用。而目前市场上的移动机器人主流仍是轮式机器人，但是同样存在着许多缺陷，最大的问题是轮式机器人对行走地面要求比较高，在松软或者是泥泞的道路上行走时极容易打滑；且移动转向的时候需要整个机器人本体转动，转弯半径较大，占用的行走空间较多。

履带机器人，主要指搭载履带底盘机构的机器人，履带机器人具有牵引力大，不易打滑、越野性能好等优点，可以搭载摄像头、探测器等设备代替人类从事一些危险工作，因此对其进一步的研究是不能忽视的。

履带机器人的研究给人类的工作带来了极大的方便，在灾难发生后能极大的投入到搜救中，减少人员伤亡，更好的为社会服务履带机器人的研究，很大程度弥补了我们在机器人领域的不足，为后期更好的扩展，奠定了基础。

二、国内外发展状况及研究背景 20 世纪 60 年代到 70 年代，想到工业机器人印入脑海的便是自动机械手。机器人移动功能的大力研究和开发是 20 世纪 80 年代以后才开始，现在作为移动机器人而研制的移动机械类型已远远超

过了机械手。尤其是履带式机器人，不仅是生物体中没见过的移动形态，而且能够在复杂的环境下行进。

目前美国的移动机器人的研发已经取得了突破性的进展，他们成功将该机器人应用到一些危险的环境中实际作业，还有部分移动机器人甚至开始在战争中崭露头角，代表机器人有 Packbot 机器人，Talon 机器人，NUGV 等。

我国微小型机器人的研究和开发晚于西方的一些发达国家，我国是从 20 世纪 80 年代开始机器人领域的研究的。其中具有代表性的有中国科学院研制的复合移动机器人“灵晰-B”型排爆机器人，“龙卫士 Dragon Guard X3B 反恐机器人”，“JW-901 排爆机器人”等。

履带式机器人因采用履带式传动而得名。其最大特征是将圆状的循环轨道履带套在若干车轮上，使车轮不与地面直接接触，利用履带缓冲地面带来的冲击，使机器人能够适应各种路面状况。

通过对国内外履带摆臂式搜救机器人的分析，可以看出履带摆臂式搜救机器人今后的发展有以下几个方面的趋势：

（1）结构上，趋向小型、微型。

（2）运动上，趋向全方位，更灵活，更具自主性。

（3）在用途上，趋向于功能多功能化。

三、研究目标及内容本研究的意义是为机器人提供一个动力输出平台，为开发各种功能的机器人提供基础平台。

此设计移动方案的选择是采用了履带式驱动结构。结构整体使用模块化设计，以便后续拆卸维修，可以适应于各种复杂的路面，并可主动控制前后两侧摇臂的转动来调节机器人的运动姿态，从而达到辅助过坑、越障等动作。经过合理的设计后机器人将具有很好的环境适应能力、机动能力并能承受一定的掉落冲击，此设计的移动机构主要由四部分组成：主动轮减速机构、翼板转动机构、自适应路面执行机构、履带及履带轮运动机构。

此设计的目的设计结构新颖，能实现过坑、越障等动作。通过在机器人机架上加装其他功能的模块来实现不同的使用功能。

（1）本设计中的多功能履带式机器人主要在一些人不方便进入的小型场合使用，包括倒塌的建筑物内，灾难现场，危险灾区和坍塌煤矿等。

（2）本设计之前综合考虑，该多功能履带式机器人应该具有以下功能：产品加工生产成本低，质量安全稳定，使用寿命长，结构稳固，使用便捷，方便搬运移动；（3）本设计从履带机器人底座结构设计进行详细的设计分析及计算阐述。

（4）对履带机器人越障、爬坡进行受力分析（5）进行履带机器人 CAD 草图绘制，设计说明书在设计的过程中涉及大学四年所学的知识，明确了自己的设计思路，边设计一点点捡回以前的知识，在学习的过程中再慢慢改善自己的设计思路。

设计中，我对履带机器人的工作原理、基本结构、性能要求进行了比较详细的分析，针对履带机器人中采用的履带、减速器、电动机等也进行了必要的阐析。另外，为确保设计出的履带机器人能达到越障过坑等功能，我们势必还要对履带机器人的相关部件进行一些必要的校核，以最终确定此设计是否可以完成这些功能。

四、本课题研究方法及进度安排通过科学家的研究和探索,目前已经形成了一些履带式移动机器人在机械结构设计、稳定性分析和控制方法方面的理论,这些理论运用到实践中后,机器人的性能有所改进,但是它们还需要进一步地完善和发展,以更好地指导实践。

查阅相关文献资料，进行资料收集，进行对比，总结出设计最优方案。

进度安排：

3 月 05 日---3 月 10 日，收集相关资料，明确目标和研究方法，完成开题报告。

3 月 11 日---3 月 20 日，按确定的设计方法，进度规划，系统的进行分析、计算及总体设计。

3 月 21 日---4 月 15 日，进行行走机构的选择，越障、爬坡受力分析以及车体结构设计。

4 月 16 日---4 月 30 日，进行履带、齿轮、电机的选择。

5 月 02 日---5 月 18 日，毕业设计初稿，进行零件图的绘制。

5 月 19 日---5 月 26 日，毕业设计终稿，修改完善毕业设计论文及零件图。

五、研究方案（或实验方案）的可行性分析和已具备的研究条件（或实验条件）通过分析现有腿式机器人、轮式机器人，履带机器人的现有研究，发现履带机器人的研究任重而道远，多功能履带式机器人设计运用了巧妙的机械传动结构，利用电动机作为机器人行走的源动力，再通过稳定的减速器和链传动将电动机的动力传递给履带，使得机器人可以实现自由的行走，且多功能履带式机器人在遇到障碍物时，通过调整关节角度，使得整个运动过程更加平稳。我们在现有的单节双履带式机器人的理论基础上改良结构和运动方式，本次设计的多功能履带式机器人采用双节六履带式结构，机械结构更加优化，综合材质的选择、结构的简化，让使用者更加方便稳定的使用该移动机器人。

六、参考文献

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指导教师签名：

年月日注：1、本表可根据内容续页；2、指导教师意见及签名手写，其他内容电子版填写。