蛇形越障搜救车

《蛇形越障搜救车》由会员分享，可在线阅读，更多相关《蛇形越障搜救车（16页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、第五届“圆融杯”电子设计竞赛作品说明书题 目:参赛人员:蛇形探测搜救车张芳礼郭扬张桐1 绪论32工作原理41 ）机械部分52）电控部分103 参数设计134 创新点155 结论及展望161绪论近年来多发的自然灾害、人为灾难严重威胁着社会的安全，引 起了人们的广泛关注。在一些危险性大的灾难中，如随时会引发爆炸 的火灾现场；地震后易存在二次倒塌建筑物的现场；有毒物质的泄露 等，施救人员无法深入进行探测或救援，人们急于探知灾难现场的内 部险情，但又难以接近或进入灾难现场，此时，搜救车的参与可以有 效提高搜救效率，减少施救人员的伤亡。国内外现有的搜救车存在越 障能力不强，探测能力不足的问题，不能对复杂

2、灾难现场进行及时有 效的探测，因此研发一种高机动越障，空间多角度探测的搜救车成为 灾难救援机器的新方向。为了快速高效的搜寻营救受灾者，我们设计了一款具有越 障、探测等功能的搜救车。可应用于地震、矿难、火灾等灾难搜索 救援工作。高机动被动越障车体能灵活越过坍塌的房屋废墟、楼道台 阶等各种复杂地形，替代搜救人员深入灾难现场，增大救援力度，减 少消防人员的伤亡；多关节蛇型机构可完成空间多角度柔性运动，伸 入狭小的缝隙管道，实施快速高效搜索救援。还可以为伤者送去必要 的医药和食物，降低人民的生命财产损失。2工作原理作品主要包括机械部分和电控部分。机械部分由被动式越障车体 和蛇形转动系统组成；电控部分由

3、蓄电池、单片机和机载探测系统组 成。车体由前部双曲柄越障机构、侧部平行四边形高架连杆机构和后 部支撑机构组成。前轮遇障时双曲柄机构被动转动变形，前连杆向上 抬起，带动车体越过障碍，平行四边形机构可以确保两侧车轮与地面 良好接触，保持运动的稳定性。蛇形转动系统包括多组两自由度角斜 机构、摄像头和红外生命探测仪，可对周围环境进行空间多角度有效 的探测，把周围信息通过传感器反馈给电脑，实现灾难现场一搜救车 电脑之间的信息交换。各部分工作原理如下：1.蛇形旋转探测系统2.角斜机构3.前轮双曲柄越障机构4.侧部平 行四边形高架连杆机构5弹簧组件6.转向机构7.后部支撑机构。2.1机械部分:2.1.1被动

4、越障车体:（被动越障车体仿真图）车体设计为六轮越障车,车身前后各有一个轮，两侧各有两个轮, 可以保证车体在崎岖不平地面运动的平稳性。各连杆之间均为铰接连接，使四边形连杆在竖直平面上可沿着铰 接点转动，带动车轮在该平面上位移自如。1）车架：车架由强度高、质量轻的铝合金材料制造，形状类似于五边形, 使车体越障机动灵活。蓄电池和机载电路板安放在车架的内部，并 在蓄电池的左方设有电源开关、充电插头。2）前部双曲柄越障机构:（车体前部双曲柄越障机构图）前部双曲柄越障机构包括四边形连杆、减震弹簧组件、转向 电机及前导向轮。四边形连杆包括前连杆、上下曲柄和支撑架, 上下曲柄与前连杆、支撑架相连构成不规则四边

5、形；弹簧组件包 括弹簧固定架、弹簧伸缩轴及螺旋弹簧，安装在上下曲柄之间， 当上下曲柄出现相对运动时，弹簧可随着伸缩轴的滑动而伸缩起 到蓄能减震作用；转向电机带动车体前叉转动实现车体转向。遇到障碍时前轮受阻，双曲柄机构被动转动变形，前连杆向 上抬起带动前轮沿台阶侧壁爬升攀越障碍。3） 侧部平行四边形连杆机构:（车体平行四边形高架连杆机构图）侧部平行四边形连杆机构包括四边形连杆和两侧前后驱动 轮。四边形连杆由前后摆杆和上下连杆组成，摆杆下端分别与侧 部前后驱动轮的轮轴相连，上下连杆中点分别与车架侧部相连。当前侧驱动轮与障碍接触时，平行四边形连杆整体变形，形 成有效被动越障，后轮依然与地面接触推动车

6、体向前；当前轮越 过障碍后即转化成驱动轮，带动后轮攀爬障碍。由于平行四边形连杆整体变形，降低了车体重心上升高度和 倾斜度，可实现单边平稳越障。4 ）后部支撑机构：后部支撑机构和前部越障机构相同，实现正反方向都能越障。当车体前进时后部起支撑作用，保证车体的平稳性。2.1.2蛇形转动探测系统:（蛇形机构空间运动模拟图）蛇形转动探测系统包括五组两自由度角斜机构和红外摄像头，蛇形机构可做空间多角度柔性运动，伸入狭小缝隙进行探测。1 ）角斜机构:（角斜机构模拟图）角斜机构包括直齿圆锥齿轮、角斜连杆、直流步进电机。角 斜连杆包括曲杆、锥齿轴及滚针轴承，曲杆可绕锥齿轴转动。锥 齿轴相对竖直方向成45度夹角安

7、装。驱动电机（1）带动锥齿（1）绕锥齿（2）转动，驱动电机（2） 带动整个角斜机构进行转动。两自由度角斜机构结构简单紧凑，易于加工。2.2电控部分:（电控系统原理图）控制原理：整个车载系统使用一台九通道35MHz无线遥控发射/接收作为中 央控制器，采用PWM控制，伺服机外接MOSFET放大电桥作为减速电 机的驱动，机械手采用单片机主控配合预先设定好的系统逻辑混控, 两个通道可实现四对半减速电机位置选择，然后单片机控制电机选择 电路，使对应的减速电机接通或者断开，另用两个通道实现减速电机 的旋转方向控制和转速控制.1）供电系统：本系统采用两套相互隔离的电源，其中12V作为系统动力电源,5V作为控

8、制电源。2) 车体运动控制：PWM实现全比例车体行走、转向控制。U1: 12CGNU1013 fZVcc inputCGNDCVcc孙MHZ九通接收机0T2J5-0-CVccsenoCGNE6飞1?SERVO载车转向伺服RECEIVE8910CGNU613 fVcc input3GND14Output15SERVOPAD载车行进速度3) 蛇形转动机构控制：PWM比例调制控制，对控制关节.；如吧扎通茂橫Hi 二二二 二一 一二 才4）视频回传系统：2.4G无线视频发射/接收。15询叮此控制系统可遥控搜救车对周围环境进行空间多角度有效的探 测，把周围信息通过传感器反馈给电脑，实现灾难现场一搜救车一

9、电 脑之间的信息交换。3参数设计车架采用8011A型铝合金板材制造，连杆采用8A06型铝合金 板材制造，锥齿采用5A02型铝合金棒材加工。各连杆之间的连接件 均采用耐磨材质(40Cr调质)的转动铰链。31电机的选择：311驱动电机参数设计：按工作要求和条件，驱动电机均采用M型直流无刷微特电机。 车体重量控制在20KG之内，车轮直径110mm。查机械设计手册可知：车轮与地面的摩擦系数为0.2。牵 引力F =卩mg = 40N。车体前进速度V=0.35m/s。驱动电机功率 P二FV=14W。电机转矩T = 9549 *P / n = 2228N/m额定电压/V：12额定转速/(r/min):600

10、 (配有减速箱)额定转矩/(mN m):2.5额定功率/W:20堵转转矩倍数三：3312关节驱动电机参数设计：根据工作要求和条件需要，蛇形机构组件重量应控制在2.5KG 之内。当蛇形机构作空间转动时，安装在车架上的第一组角斜机构需 最大的驱动力，此节电机功率最大。查机械设计手册可知：锥齿间的滚动摩擦系数为).1，驱动 力F=卩mg =25N,锥齿旋转线速度二转速(r/min) 一60(s/min)X2n X旋转半径 (m) =0.05m/s,电机功率P=FV=1.25W。电机转矩T 二 9549 * P / n 二 400N/m额定电压/V：12额定转速/(r/min):300 (配有减速箱)

11、额定转矩/Q4创新点作品创新点如下：1）多关节仿蛇机构实现万向转动探测：多关节仿蛇机构，可作空间多角度柔性运动，能在复杂狭窄地形进行高效探测。2）遥控技术实现远程智能控制： 作品采用远程遥控控制，提高了搜救半径。实现灾难现场一搜救车一电脑之间的信息交换5结论及展望本作品属于灾难搜索救援机械，车体巧妙运用了双曲柄机构和 平行四边形连杆机构，实现了适应性被动越障和单边稳定越障。蛇形 探测机构可完成空间多角度柔性运动，深入狭小的缝隙管道寻找幸存 者。作品还可以对易燃、易爆、有毒物质进行排除。符合灾难救援机 器发展方向。现在我们已经基本完成计划任务，我们还将继续对作品进行完善 与改进。如：加入破障机构，剪断地震废墟中的钢筋，掀开压在被困 者身上的物体；钻透墙壁将蛇形机构伸进房间搜索被困者；在蛇形机 构上加入对讲装置，以便搜救人员及时了解被困者的情况。通过这次电子设计大赛，我们从中学到了很多知识，提高了我们 的创新意识、加强了我们的团队合作精神、增强了我们独立分析和解 决问题的能力，这将使我们终生受益。