抗災救援機械人設計說明書
設計者：吳偉明，張恒，王世海
（浙江工業大學機械工程學院，杭州310000）
摘要：**對抗災救援的模擬環境（包含通過隧洞與河道和兩種不同形狀救援目標的取放）進行了研究，設計出一種能夠在模擬環境中完成設計要求的抗災救援機械人。在對設計要求進行具體的分析後，**提出了一系列包括通過河道機構以及抓取放置機構的理論方案。
通過方案的對比定出效能相對較高的側向展開式底盤和手爪張合式機械爪。具體機構的實現中，方案在採用鏈輪傳動、齒輪傳動等經典模式的同時，更是做出了一系列的改進和創新：其中，通過輔助導軌的運用實現了車體的側向展開，實現了直接通過河道的方案；通過彈性聯軸器的運用提高了手爪的穩定性和抓取能力。
關鍵詞：抗災救援通過河道機構抓取放置機構
中文摘要1
目錄2第一章設計題目與內容
1.1 競賽題目3
1.2 參賽作品的總體要求3
1.3 競賽方案3
1.4 競賽場地及用品規格3
第二章機械裝置原理方案的構思與擬定
2.1 題目分析5
2.2 方案擬定
2.2.1 關於行走部分的方案選取5
2.2.2 關於通過「河道」的方案選取6
2.2.3 對於取物裝置的方案選取8
2.2.4 對於③區蓋板的處理方案9
2.2.5 最終方案的確定10
第三章抗災救援機械人主要結構、傳動方案的設計
3.1 抗災救援機械人的主要結構
3.1.1 抗災救援機械人三維三檢視11
3.1.2 底盤機構12
3.1.3 機械臂結構13
3.1.4 機械臂抓取機構14
3.2 抗災救援機械人傳動方案設計
3.2.1 行走部分15
3.2.2 機械臂部分15
3.2.3 機械臂抓取部分16
第四章關鍵動作的實現與分析
4.1 行走及轉彎動作的實現17
4.2 穿越「河道」動作的實現17
4.3 ④區救援目標的取出與放置18
4.4 ③區救援目標的取出與放置19
第五章設計計算與說明21
參考文獻25
第一章設計題目與內容
1.1 競賽題目
設計並製作「抗災救援」機械人（以下簡稱機械人），提交機械設計資料，參加理論設計答辨，參加實物競賽，能夠完成一組競賽規定的採摘動作。
1.2 參賽作品的總體要求
（1）機械人重量不限，但應盡可能輕。
（2）機械人造價不限，但應盡可能低。
（3）機械人操控可採用線控或遙控方式。
（4）機械人行進方式不限。
（5）機械人驅動可採用各種形式的原動機，但不允許使用人力直接驅動；若使用電動機驅動，其電源應為安全電源。（注：動力裝置自備，比賽現場僅提供220v交流電源）。
1.3 競賽方案
（1）完成動作1：機械人穿越「隧道」通過平台①；
（2）完成動作2：機械人通過平台②穿越「河道」；
（3）完成動作3：機械人將「救援目標」把平台（房間外圍固定，無法移動）裡的救援目標取出；
（4）完成動作4：機械人將另一「救援目標」從平台取出；
（5）完成動作5：把已經取出的「救援目標」放入安全區。
1.4 競賽場地及用品規格
競賽場地地面採用木質地板，表面鋪設噴繪廣告布，場地尺寸為4500mm×1800mm，圍板高度為300mm。六個救援目標尺寸分別如圖1.4所示，三個圓筒（尼龍棒）的高度均為80mm，直徑分別為50mm、80mm、100mm；三個方塊（木塊）的尺寸分別為100mm×100mm×10mm、80mm×80mm×30mm、50mm×50mm×50mm；其中在「過河」環節中，支撐物為兩根可自由移動的鋁合金型材（尺寸為30mm×30mm×550mm），兩根支撐物初始距離為380mm,可在0-500mm的範圍內移動。
其它尺寸如圖1-4所示。
其中救援平台底部由角鐵固定，頂端開有通孔，三個「救援目標」被頂蓋壓住。救援平台其中兩面封閉固定，另外兩面中，其中開有一可左右移動的移門，另一門頂端鉸接在支架上，受力下整個門可繞鉸接點轉動。救援平台和分別設有高20mm的門檻（圖1.
4中未注出），可避免救援物被直接掃出。救援平台和的牆壁、門、頂蓋均為10mm厚的有機玻璃板。
圖1-4 比賽場地平面圖
第二章機械裝置原理方案的構思與擬定
2.1 題目分析
認真閱讀題目後，發現解救車主要完成以下五個任務：
（1）穿越「隧道」通過平台；
（2）通過平台穿越「河道」；
（3）將「救援目標」把平台（房間外圍固定，無法移動）裡的救援目標取出；
（4）將另一「救援目標」從平台取出；
（5）把已經取出的「救援目標」放入安全區。
2.2 方案擬定
2.2.1 關於行走部分的方案選取
方案一：四輪驅動
此方案的機械人在行走部分採用四輪驅動，每乙個前輪都採用獨立的電機來實現機器的前進後退及轉彎，如圖2-2-1-1所示。
圖2-2-1-1 四輪機構簡圖
優點：採用輪式行走方案，製作簡單方便，成本低，易控制，行走速度快。
缺點：抓地力不強，車子不穩，在過轉彎隧道時容易卡住，在抓取救援物塊的時候容易出現輪式懸空導致機器不能動或者翻身，同時如解決此問題則需要加上覆雜的轉動機構或大幅度增大機器的重量，導致機器變得很龐重。
方案二：雙履帶式驅動
此方案的機械人採用兩條履帶作為主動力來實現機械人的請進後退及轉彎，如圖2-2-1-2所示。
圖2-2-1-2 履帶式機構簡圖
優點：行走穩定，抓地力強，靈活迅速，能夠原地360°轉彎，因此在穿過隧道的轉彎口是能夠很明顯的展示出其出色的優點，同時在救援抓取物塊的時候，因為接地面大，從而能夠保證機械人的平穩這一特點，切動力比輪式的大的多（在相同功率的電機下）。
缺點：同輪式驅動的情況相比下，若想達到同樣的速度，需要功率更大的電機，同時，履帶式驅動機構在加工方面複雜的多，對於精度要求等方面要求更加高，成本也比輪式高的多。
2.2.2 關於通過「河道」的方案選取
方案一：三段式過橋方案
將機械人做成三段式或者是多段式，在通過隧道時，將機械人展開，然後最前的一段先通過河道，然後利用首段和末端的動力，讓全車通過河道，如圖2-2-2-1所示。
圖2-2-2-1 過河方式簡圖
優點：過河簡單，成功率較高，製作簡單，不受河道上的「橋」影響，能夠獨自完成過河道任務。
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