灾后救援机器人的机械结构设计
基于应急救援的机器人设计研究
基于应急救援的机器人设计研究摘要：随着科技的不断进步和人们对生命安全的严重关注，援救机器人在应用领域方面也有了很大的发展空间。
援救机器人是一种能够在危险环境下执行任务，提供救援及支援服务的机器人。
本文所设计的应急救援机器人使用同轴麦轮作为机械的移动的底盘。
能适应绝大多数地形。
并且能够很好的通过较为狭小的过道。
自适应能力极强。
底盘采用高度结构化。
更易于维修和拆卸。
机器人采用ABBIRB460机械臂。
结构简单方便，工作效率高，采用快拆设计，通过两颗螺丝更换更多类型机械爪，实现更多功能。
机器人整体体积不大易于搬运且结构化易于拆卸和维修。
最后使用DR16作为接收器。
接受范围广。
可在一公里以外进行遥控，信号稳定且价格实惠。
关键词：结构化；救援；机器人；引言：目前，援救机器人广泛应用于自然灾害、人工灾害、救援等领域在现代社会发展的进程中，人们的生活方式、生存环境和风险事件变得越来越复杂和多元化，同时人类也缺少对应的应急救援技术和设备，如遭受自然灾害、肆意街头暴力、特大传染病、恐怖袭击等各种突发事件。
在应对这些突发事件时，应急救援机器人的角色变得越来越重要，但是当前市场上缺少满足应急救援的特种车辆，在这样的背景下，开发应急救援机器人项目势在必行。
一、应急救援机器人结构设计1.应急救援小车核心参数重量、尺寸等，其中尺寸和重心高度可参考1表。
表1应急救援机器人核心参数名称参数重量（kg）17.8长、宽、高（mm）810.510.430重心高度（mm）170机械臂自由度3移动速度（m/s）前进：3.9平移：3.2最大上坡度数（°）纵向：15横向：142.底盘部分小车底盘使用四麦克纳姆轮共轴结构，每个麦克纳姆轮由单独的3508电机进行驱动。
轮组形式为电机-联轴器-麦轮。
根据测量，单个轮组宽度约为130mm。
因此四麦轮并排排布所需宽度约为520mm，小于最大宽度 1200mm。
因此理论上可以使用普通麦轮进行设计。
履带式救援机器人结构设计及三维建模
履带式救援机器人结构设计及 三维建模
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机器人结构设计
目录
机器人三维建模
履带式救援机器人结构设计及三维建模
本文将介绍一款履带式救援机器 人的结构设计及三维建模
该机器人设计用于在复杂地形和 恶劣环境下进行救援任务，具有 较高的越障能力和稳定性
1
机器人结构设计
PART 1
机器人结构设计
履带式救援机器人的结构设计主要 包括以下几个部分：底盘、电机、
救援工具设计
救援工具是机器人的 重要组成部分，包括 机械臂、切割器、照 明灯等。机械臂具有 多个自由度，可实现 物体的抓取和搬运； 切割器可用于切割阻 碍机器人前进的物体 ；照明灯可为救援现 场提供照明
机器人结构设计
2
机器人三维建模
PART 2
机器人三维建模
履带式救援机器人的三维 建模主要使用CAD软件进 行。以下是建模的步骤
电池、控制电路板和救援工具
机器人结构设计
底盘设计
底盘是机器人的主要支撑结构，采用高强度 铝合金材料，轻量化且坚固耐用。设计时考 虑到机器人的越障能力和稳定性，采用宽履 带设计，具有较好的地形适应性和稳定性
电机设计
电机是机器人的动力 来源，采用无刷直流 电机，具有高效、稳 定、耐用等特点。通 过电子调速器(ECU) 控制电机的转速，实 现机器人的速度控制
机器人三维建模
创建控制电路板模型
在CAD软件中，使用平面视图创建电路板的草图，包括各类接口、元件等。使用拉伸、切 除等命令对草图进行建模，形成完整的电路板模型。将电路板模型与底盘模型进行装配， 确定其安装位置和角度。## 创建救援工具模型 在CAD软件中，使用立体视图创建救援工具的模型，包括机械臂、切割器、照明灯等部件 。对于机械臂，需要创建多个自由度的关节结构，并进行约束装配。对于切割器，需要创 建刀片和驱动结构，并模拟其切割效果。对于照明灯，需要创建灯泡和反射罩结构，并模 拟其光照效果
【精品】煤矿救灾机器人设计
摘要煤矿救援机器人是一种能够在煤矿井下灾害环境遥控或自主导航工作的机器人，能代替煤矿的搜救队员深入井下,抢救矿难后被困矿工，并以这种方式减少甚至避免救护队员的伤亡.同时在煤矿爆炸事故后的探测救援过程中,救护人员在井下高温环境下负重作业,其体力以及氧气消耗都很大。
救援机器人主要作用是代替救护人员搬运、转移伤员和遇难者至安全区域，而且救援机器人需要携带必要的救护设备和仪器,因此救援机器人应该具有足够大的尺寸和动力以及良好的续航能力。
首先，本文在满足上述要求的基础上，设计了煤矿救援机器人行走机构的机械部分.在综合比较后选择轮式的行走机构。
同时考虑到救援机器人的特殊工作环境，通过链传动实现了各轮的同步移动，克服了轮式移动机构跨沟能力差及易打滑等缺点。
参照PACKBOT机器人增加摆臂,机器人伸出摆臂有利于越障.其次,详细设计了煤矿救灾机器人控制系统的硬件电路，包括数据采集单元电路、运动控制单元电路、编码器解析单元电路等.关键字：轮式;同步移动；摆臂；数据采集；运动控制ABSTRACTCoalminerescuerobotisonekindofrobotsusedinundergrounddestroyed coalmine.Itcanrescuetrappedminersintheundergroundinsteadofmineres cueteamafterminedisaster。
Itwillavoidcasualtiesofminerescueteaminthisway。
Atthesametimeaftertheexplosionandtherescueprocessofdetectioninthe coalmine,minerescueteaminundergroundloadoperationunderhightempera tureenvironment,andtheirphysicalaswellasconsumptionofoxygenishuge 。
机器人———抗灾救援毕业设计
机器人———抗灾救援一、作品简介本设计是一种在规定尺寸范围内既能在平地顺利转弯、行进此作品是根据抗灾救援中出现人被困于交通中断、封闭空间中的复杂地形中，救援人员无法到达那些复杂地区而导致延误救援时间，所以我们设计了抗灾救援机器人，我们设计的机器人适用于各种复杂地形，并且可以通过准确的人为控制解救被困于被重物形成封闭空间中的人。
由于我们的设计的机器人的移动是由4个可以360度转动的轮子组成，所以可以在复杂环境中自由移动，受环境的约束小；遇到过不去的沟或河道时，我们可以通过控制机器人架桥来障碍，达到救援现场；当有重物阻挡道路或者被重物困住时，我们通过控制机械手臂来移除和搬运重物。
二、研制背景及意义2.1这些机器人的参与，在救灾方面可以起到事半功倍的效果。
随着救灾机器人的完善，所需的人力也就会减少很多，从而使得跟少的人从事救灾这样危险的工作，更有效的起到了保护人民安全的作用。
所以我们要从学生时代抓起，充分利用年轻人的聪明才智，也为国家发掘人才，做出贡献。
，同时也可以调动年轻一带对科学的热爱与认知。
积极参加这类活动，可以是我们的聪明才智的到更好的发挥，同时也相当于对国家关于抗震救灾做出自己小小的贡献。
2.2随着科学技术和经济的不断发展，先进制造技术和数控技术、最优化设计的广泛应用，使得生产进一步智能化、自动化、经济化。
创新设计得到越来越重视也并得到广泛的发展，也变得智能化，很多问题可以通过计算机实现，减轻了设计的强度，缩短了设计周期，结合优化设计，创新设计变得异常简单，市场上的商品由此变得纷繁多样。
2.3培养大学生的创新意识和创新能力，注重培养大学生的创新设计能力、综合设计能力和协作精神；加强大学生动手能力的培养和工程实践的训练；丰富和活跃校园学术氛围。
三、设计具体要求3.1参赛作品的总体要求（一）机器人重量不限，但应尽可能轻。
（二）机器人造价不限，但应尽可能低。
（三）机器人操控可采用线控或遥控法方式。
救援机器人结构设计
救援机器人结构设计
一、概述
救援机器人是一种新型机器人，可用于识别地面、水下、空间和低能
区的危险环境，搜寻受困者并发信号，以及搜救和援助受困者等搜救作业。
由于灾害环境特殊，安全性要求高，因此救援机器人结构应具有良好的稳
定性和兼容性，以满足复杂的技术要求。
二、结构设计
（一）结构设计
1.机体结构：救援机器人机体结构采用双节轴膨胀铰接架构，其特点
是结构稳定、不易损坏；机体上设有传感器持续监测前方环境，保证机器
人稳定行驶；机体重心低，采用悬挂式底盘，可有效降低耦合系数，提高
稳定性。
2.推进系统：救援机器人可以采用轮子驱动系统，可在平地、坡道、
河流和其他不规则地形中行驶，具有很强的稳定性；采用爪状车轮可以增
强机器人的抓地力，有效减少滑动；还可以根据不同环境采用飞机、直升
飞机和无人机等飞行器，用于高空救援。
3.传感器：救援机器人配备有多道传感器，包括激光雷达、摄像头、
激光距离传感器、超声波测距仪、红外传感器和全息摄像头等，可以实时
监测周围环境。
地震救援机器人设计说明书
地震救援设计说明书地震救援设计说明书1. 引言1.1 目的本文档旨在提供地震救援的设计说明，以指导设计团队在开发地震救援时的工作。
1.2 范围本文档涵盖了地震救援的设计概念、结构、功能、性能要求、控制系统、通信系统、电力系统、机械系统等方面的内容。
2. 设计概念2.1 多功能性地震救援应具备多种功能，如探测受困人员、运送救援物资、提供紧急救护等。
2.2 高灵活性地震救援应具备良好的机动性和适应性，能够在复杂的地震环境中自由移动和工作。
2.3 高稳定性地震救援应具备稳定的结构和平衡系统，以应对地震环境的不稳定性。
3. 结构设计3.1 框架地震救援的框架应采用轻量化的材料，如碳纤维复合材料，以提高的机动性。
3.2 运动系统地震救援应配备足够的运动轮和驱动装置，以保证其在不平坦的地震场地上能够稳定移动。
3.3 传感器系统地震救援应搭载各种传感器，如摄像头、红外线传感器、气体传感器等，以实时探测受困人员和危险环境。
3.4 操作系统地震救援应配备智能操作系统，能够根据环境和任务要求做出自主决策和行动。
4. 功能设计4.1 人员搜索与定位功能地震救援应能够通过传感器探测受困人员的位置，并在地震场地中准确定位受困人员的位置。
4.2 物资运输功能地震救援应具备搬运和运输救援物资的能力，以满足救援需求。
4.3 紧急救护功能地震救援应配备基本的急救设备，如急救箱、心电图仪等，能够对受伤或生命体征不稳定的人员进行紧急救护。
5. 性能要求5.1 最大移动速度地震救援的最大移动速度应满足紧急救援的需要，同时考虑到稳定性的要求。
5.2 工作时间地震救援的电力系统应能够支持长时间的工作，以保证救援任务的顺利进行。
5.3 载重能力地震救援的载重能力应能够满足运送救援物资的需求，同时考虑灵活性的要求。
6. 控制系统设计6.1 远程控制地震救援应具备远程控制功能，以便操作人员对其进行远程操控和指导。
6.2 自主控制地震救援应具备自主控制功能，能够根据环境和任务要求做出自主决策和行动。
火灾援救机器人系统设计与实现
火灾援救机器人系统设计与实现火灾援救机器人系统设计与实现一、引言近年来，火灾灾害频发，对于火灾的救援工作，人员的安全一直是最首要的问题。
传统的火灾救援工作主要依靠消防员的勇敢与智慧，然而会受到火势、烟雾等因素的限制，很难做到100%的安全。
随着机器人技术的发展，利用机器人进行火灾救援成为一种可行的解决方法。
本文将介绍一种火灾援救机器人系统的设计与实现。
二、系统设计火灾援救机器人系统主要由机器人、传感器、通信模块、控制算法和外部控制终端组成。
下面将对每个部分进行详细描述。
1. 机器人火灾援救机器人应具备较强的机动性与敏捷性，能够在火灾现场自主地进行搜索和救援任务。
机器人应搭载精密的传感器和执行器，能够感知环境和执行各种动作。
2. 传感器传感器对于机器人系统至关重要，能够提供环境信息，包括火势大小、烟雾浓度、温度等。
常用的传感器包括烟雾传感器、红外传感器、温度传感器等。
3. 通信模块通信模块主要用于机器人与外部控制终端的通信，实现远程监控、指令传输等功能。
常见的通信方式包括Wi-Fi、蓝牙、4G 等。
4. 控制算法控制算法是火灾援救机器人系统的核心，决定机器人如何进行搜索和救援任务。
控制算法需要具备判断火势大小、选择最优路径、避开障碍物等能力。
5. 外部控制终端外部控制终端可以是电脑、手机等设备，用于对机器人系统进行远程控制和实时监控。
外部控制终端应具备友好的用户界面和实时数据显示功能。
三、系统实现火灾援救机器人系统的实现需要多个方面的技术支持，包括机器人设计与制造、传感器选择与应用、通信模块选型、控制算法开发等。
1. 机器人设计与制造机器人的设计需要考虑到灵活性、可靠性和稳定性。
应选用轻巧的材料，并合理布置传感器和执行器。
机器人的制造需要确保机器人能够适应火灾现场的环境，同时需要保证机器人能够承受高温和烟雾等因素的影响。
2. 传感器选择与应用传感器的选择要根据实际需求，确保能够准确感知火势、烟雾和温度等信息。
救援机器人毕业设计
救援机器人毕业设计
随着自然灾害和人为事故的频繁发生，救援机器人逐渐成为重要的援助工具。
本篇毕业设计旨在设计一种多功能的救援机器人，以便在各种紧急情况下提供必要的援助。
设计思路：
1. 结构设计：
救援机器人的结构需要面对各种不同的环境，包括火灾、地震、洪水等。
因此，它的结构需要具有耐高温、防水、防震等特性。
机器人装备有多个机械臂，能够在不同的场景下进行有效的操作，例如搜寻被困者、拯救伤员等。
2. 传感器设计：
救援机器人装配有多种传感器，包括温度传感器、气体传感器、声音传感器等。
这些传感器能够帮助机器人辨识出各种环境中的问题，并提供相关的信息。
例如，在火灾中，机器人可以利用传感器来检测房屋内的温度和任何潜在的危险。
3. 程序设计：
机器人需要具有一定的智能，能够根据环境的变化做出正确的反应。
机器人配备了多个算法，例如对象检测、运动规划等，能够在不同的场景下做出正确的决策。
4. 发电机：
机器人配备了太阳能发电机，以保证在没有电力供应的情况下，机器人仍能正常运作。
此外，机器人还配备了备用电池，以提供额外的能量储备。
结论：
在救援工作中，救援机器人可以发挥重要作用。
设计一种多功能的救援机器人，能够帮助消防员、医生等工作人员有效地解决紧急情况下的问题。
在未来，随着技术的发展，救援机器人将会变得更加先进和智能化。
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这种行走 机 构 灵 活 性 很 强ꎬ 适 合 复 杂 的 道 路ꎬ 但由于其结构重力集中在腿足上ꎬ容易被松软地面 和废墟堆杂物中陷住、卡住ꎬ且行走时要随时调整 机构重心达到平衡ꎬ同时这种行走机构制造成本较 高ꎬ装配要求较高.
Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｒｅｓｃｕｅ Ｒｏｂｏｔ ａｆｔｅｒ Ｄｉｓａｓｔｅｒ
ＬＵ Ｋｏｎｇ￣ｂａｏꎬ ＣＨＥＮ Ｈｕａ￣ｙｏｎｇ
( Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒꎬ Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００１８ꎬ Ｃｈｉｎａ)
随着全球气候的变化以及人为破坏环境的影 响ꎬ近年来地震等自然灾害频频发生ꎬ这类灾难造 成了人员伤亡、财物被毁等巨大损失. 然而灾难导 致的路面坍塌、房屋摧毁、山体滑坡等现象ꎬ阻碍了 救援人员的救援ꎬ同时也给救援人员的人身带来了 安全隐患[１] . 采用救援机器人进行辅助搜救、发送 受灾画面、提供灾情数据是目前常见的一种有效手 段. 因灾后环境恶劣、地面复杂ꎬ对救援机器人的越 障能力和机器人的适应能力都有很高的要求[２] . 机 器人要完成穿越废墟、自主搬运障碍物、发送所需 信息等工作ꎬ从而给救援提供有效方案制定和争取
Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｅｎａｂｌｅ ｔｈｅ ｒｅｓｃｕｅ ｒｏｂｏｔ ｔｏ ａｄａｐｔ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｅｘ ｒｏａｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓꎬ ｔｏ ｅｎｈａｎｃｅ ｉｔｓ ａｂｉｌｉｔｙ ｔｏ ｏｖｅｒｃｏｍｅ ｏｂ￣ ｓｔａｃｌｅꎬ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｒｅｓｃｕｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎꎬ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｒｅｓｃｕｅ ｒｏｂｏｔｓ ｗｉｔｈ ｔｅｌｅｓｃｏｐｉｃ ｃａｒ ｂｏｄｙꎬ ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ ｊｏｉｎｔ ｏｆ ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ ａｎｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｇｒａｓｐ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｉｚｅｓ ｏｆ ｃｙｌｉｎｄｅｒｓ ａｎｄ ｃｕｂｏｉｄ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ. Ｂｙ ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ ａｎｄ ｔｅｓｔｉｎｇ ｏｆ ｒｅｓｃｕｅ ｒｏｂｏｔꎬ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｏｂｓｔａｃｌｅ ｓｕｒｍｏｕｎｔｉｎｇꎬ ａｃｃｕｒａｔｅ ｈａｎｄｌｉｎｇ ｏｆ ｏｂｓｔａｃｌｅｓꎬ ｔｉｍｅｌｙ ｒｅｓｃｕｅ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ａｒｅ ａｃｈｉｅｖｅｄꎬ ｗｈｉｃｈ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｓｉｍｉｌａｒ ｒｅｓｃｕｅ ｒｏｂｏｔｓ. Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ:ｒｅｓｃｕｅ ｒｏｂｏｔꎻ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｓｉｇｎꎻ ｍｕｌｔｉ ｊｏｉｎｔꎻ ｔｅｌｅｓｃｏｐｉｃ ｄｅｖｉｃｅ
２
灾后救援机器人的机械结构设计
卢孔宝ꎬ陈华勇
( 浙江水利水电学院 机械与汽车工程学院ꎬ浙江 杭州 ３１００１８)
摘 要:为使救援机器人能适应复杂路况ꎬ增强机器人越障能力ꎬ达到有效救援、施救功能. 结合地震等灾后复杂道 路的实际情况ꎬ 对传统救援机器人的行走机构、机械手臂的机械结构进行了分析比较ꎬ提出优化改进方案ꎬ设计了 一款救援机器人车体可伸缩、机械手多关节可调整ꎬ能有效抓取不同规格圆柱体、长方体的救援机器人. 通过对救 援机器人的调试与试验ꎬ实验结果表明该机器人具有有效越障、准确搬运障碍物、及时施救等功能ꎬ对同类救援机 器人的更多优化设计与研发有一定借鉴意义. 关键词:救援机器人ꎻ结构设计ꎻ多关节ꎻ伸缩装置 中图分类号:ＴＨ１２２ 文献标志码:Ｂ 文章编号:１００８ － ５３６Ｘ(２０１８)０２￣００５４￣０５
收稿日期:２０１８￣０１￣２８ 作者简介:卢孔宝(１９８２ － ) ꎬ男ꎬ浙江湖州人ꎬ实验师ꎬ主要从事 数控加工技术、机电产品研制与改造.
宝贵救援时间提供参考和帮助. 因此研发适应复杂 恶劣环境的救援机器人具有一定现实意义.
１ 传统救援机器人行走结构分析
现有传统的救援机器人行走机构主要有轮式、 履带式、腿足式等. 这些行走机构在复杂道路环境 下都有各自的优点ꎬ同时也存在不足之处ꎬ选取了 常见行走机构对地面适应性、越障能力、经济性和 加工装配方面等进行分析ꎬ以此为依据提出优化设 计的方案. １. １ 轮式行走机构
第 ３０ 卷 第 ２ 期 ２０１８ 年 ４ 月
浙江水利水电学院学报 Ｊ. Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖ ｏｆ Ｗａｔ. Ｒｅｓ ＆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗ.
ＤＯＩ: １０. ３９６９ / ｊ. ｉｓｓｎ. ２０９５￣７０９２. ２０１８. ０２. ０１２
Ｖｏｌ. ３０ Ｎｏ. Ａｐｒ. ２０１８
轮式行走机构机械机构相对简单ꎬ通常适应在 道路相对平坦的场合ꎬ其越障能力主要取决于轮子 直径和电机驱动力ꎬ由于其行走主要依靠轮子与地
第２期
卢孔宝ꎬ等:灾后救援机器人的机械结构设计
５５
面的线接触ꎬ其适应能力相对较差ꎬ但该行走机构 具有加工装配比较方便ꎬ费用低廉等特点[３] . １. ２ 履带式行走机构
综合上述几 种 常 见 行 走 机 构ꎬ 在 适 应 性、 越 障 功能、制造成本等方面进行了综合评价(见表 １).
表 １ 常见行走机构综合评价指标
行走机构类型 轮式
履带式 Байду номын сангаас足式
适应性 差
较好 好
越障能力 差
较好 好
制造成本 低 低 高
通过常见行走机构综合评价指标ꎬ发现履带式 的行走机构相对适合灾后环境中行走ꎬ但还存在一 定缺陷ꎬ需要在传统履带式行走机构的基础上进行 优化设计ꎬ提出了行走机构的本体进行伸缩可变ꎬ 一定程度上可避开及其恶劣的道路环境ꎬ由此提高 行走机构的越障能力和适应性.