廢墟狹窄空間輔助救援機器人研究.pdf

1、全球范圍內(nèi)地震災(zāi)害頻繁，給相關(guān)國家和人民帶來巨大的人民生命傷亡和經(jīng)濟財產(chǎn)損失。在救援工作中，當(dāng)前救援人員大多采用手動或者半自動的救援工具在廢墟環(huán)境中完成切割、頂撐等作業(yè)，以開辟救援通道，嚴(yán)重降低了救援工作的效率，同時危險的震后環(huán)境也時刻威脅著救援人員的生命安全。本文在國家863計劃“面向地震應(yīng)急搜救機器人研究開發(fā)與應(yīng)用”的支持下，研制出適合于進(jìn)入廢墟狹窄空間的救援機器人實驗樣機以及用于切割、頂撐的救援工具和相應(yīng)的操作臂，輔助救援人員深入

2、廢墟狹窄空間建立救援通道。
　　根據(jù)救援機器人的性能指標(biāo)及功能要求，設(shè)計一種可模塊化組裝、結(jié)構(gòu)緊湊、可搭載救援工具的履帶式救援機器人。機器人車體單元間的連接關(guān)節(jié)采用空間并聯(lián)機構(gòu)，強度和可靠性更好，可實現(xiàn)車體間主動的俯仰、偏航，而沿著車體軸線方向的被動轉(zhuǎn)動自由度可以通過抱閘控制進(jìn)行鎖定和解鎖，提高了機器人對地震復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性。
　　根據(jù)救援機器人車體體積限制及功能指標(biāo)，設(shè)計兩個結(jié)構(gòu)緊湊、升降范圍大的頂撐工具和一個用于投放頂撐

3、工具的通用頂撐機械臂；切割功能則由一個三自由度切割機械臂末端固定一個電動切割工具實現(xiàn)。高通過性的救援機器人搭載可實現(xiàn)遠(yuǎn)程作業(yè)的切割和頂撐機械臂及救援工具，增強了救援機器人深入廢墟狹窄空間作業(yè)的能力。
　　運動學(xué)分析是對機器人進(jìn)行控制的前提，因此對機械臂和并聯(lián)驅(qū)動關(guān)節(jié)進(jìn)行運動學(xué)分析，求出各關(guān)節(jié)運動與末端位姿的關(guān)系。應(yīng)用ADAMS仿真軟件對并聯(lián)驅(qū)動關(guān)節(jié)和頂撐機械臂進(jìn)行仿真分析，驗證結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性。由于頂撐工具需要承受很大負(fù)載，利用有

4、限元分析軟件ANSYS WORKBENCH對頂撐工具進(jìn)行有限元分析，檢驗強度剛度是否滿足要求。
　　研制救援機器人、救援工具及操作臂的實驗樣機，基于VC++6.0編制控制軟件，實現(xiàn)對救援機器人的遠(yuǎn)程控制。針對救援機器人的高通過性和遠(yuǎn)程作業(yè)能力進(jìn)行爬坡、行走、越障、切割和頂撐等實驗。實驗結(jié)果表明，救援機器人可以翻越300mm高的垂直障礙，跨越400mm寬的溝壕，切割工具可以切斷直徑為10mm的鋼筋，兩個頂撐工具頂撐范圍分別為50-1