煤矿井下多功能重载搬运机器人设计（说明书+CAD+三维建模）
摘 要
我国是煤矿事故多发国家，各种煤矿事故导致了严重的人员伤亡和巨大的经济损失。如何在事故发生后实施及时有效的救援是值得深入思考的问题。据我国原国家安全生产监督管理总局对全国67个煤矿救援队的装备需求调查表明，基本提出了对煤矿井下救援机器人的迫切需求，尤其是在0区环境(即连续出现或长期出现爆炸性气体混合物的环境)中代替救援人员进入灾区，对保障救援人员的安全及提高救援成效具有重大意义。鉴于此，近年来国内外不断加大对煤矿救援机器人的研制力度，并推出多种机器人样机，由于绝大多数采用隔爆驱动(用以保障机器人的动力需求)，因此导致机器人无法满足在0区环境中的使用条件。基于此，本文研究了国内外煤矿井下多功能重载搬运机器人发展的现状，通过学习煤矿井下多功能重载搬运机械手的工作原理，熟悉了搬运机器人的运动机理。在此基础上，确定了煤矿井下多功能重载搬运搬运机器人的基本系统结构，对煤矿井下多功能重载搬运搬运机器人的结构进行了简单的强度计算，完成了煤矿井下多功能重载搬运机器人机械方面的设计（包括传动部分、执行部分、驱动部分）和简单的三维实体造型工作。
设计的搬运机器人运用于自动化生产线，实现自动化生产，减轻产业工人大量的重复性劳动，同时又节约了成本，提高了工作效率。本文是对整个设计工作较全面的介绍和总结。
关键词：搬运机器人；三维模型；结构设计；
ABSTRACT
China is a country prone to coal mine accidents, which have resulted in serious casualties and huge economic losses. How to implement timely and effective rescue after an accident is a problem worth in-depth consideration. According to a survey conducted by the former State Administration for Work Safety of China on the equipment needs of 67 coal mine rescue teams nationwide, the urgent demand for underground rescue robots in coal mines has been basically put forward, especially in the zero zone environment (i.e. the environment where explosive gas mixtures occur continuously or for a long time), replacing rescue personnel to enter the disaster area, which is of great significance for ensuring the safety of rescue personnel and improving rescue effectiveness. In view of this, in recent years, domestic and international efforts have been continuously increasing in the development of coal mine rescue robots, and various robot prototypes have been launched. Due to the vast majority of using explosion-proof drive (to ensure the power requirements of robots), robots cannot meet the usage conditions in zone 0 environment. Based on this, this article studies the current development status of multifunctional heavy-duty handling robots in coal mines both domestically and internationally. By studying the working principles of multifunctional heavy-duty handling robots in coal mines, one becomes familiar with the motion mechanism of handling robots. On this basis, the basic system structure of the multi-functional heavy load handling robot in the coal mine is determined, the simple strength calculation of the structure of the multi-functional heavy load handling robot in the coal mine is carried out, and the mechanical design of the multi-functional heavy load handling robot in the coal mine (including the transmission part, the execution part, and the drive part) and the simple three-dimensional solid modeling work are completed.
The designed handling robot is used in automated production lines to achieve automated production, reduce a large amount of repetitive labor for industrial workers, while also saving costs and improving work efficiency. This article is a comprehensive introduction and summary of the entire design work.
Keywords: handling robots; 3D model; Structural design;
目录
1 绪论 4
1．1 引言 4
1．2 轮式移动机器人的发展概况 5
1．3 国内外研究现状 8
1.3.1 国外研究现状 8
1.3.2 国内研究现状 10
1．4 论文研究的背景和意义 12
1.4.1 研究背景 12
1.4.2 研究的意义 12
1．5 论文研究的主要内容 14
2 煤矿井下多功能重载搬运机器人的总体设计方案 16
2.1 技术参数 16
2.2煤矿井下多功能重载搬运机器人各方向传动方式设计 16
2.2.1自由度和坐标系的选择 16
2.2.2 机器人各方向传动方式的设计 17
2.3 本章小结 19
3 煤矿井下多功能重载搬运机器人的零部件结构设计 20
3.1 结构总体设计 20
3.2零部件设计与选择 21
3.2.1底盘结构设计 21
3.2.2 液压马达的选择 21
3.2.3行星齿轮减速器 23
3.2.4回转支撑装置 23
3.2.5回转传动装置 27
3.2.6中央回转接头 28
3.2.7机械臂的组成及工作原理 29
3.2.8机械爪结构组成与工作原理 30
3.3机械臂强度计算与校核 32
4 液压系统 35
4.1液压系统的基本组成及其基本要求 35
液压系统三维效果图如图4-1所示 35
4.2液压系统的基本动作分析 37
4.3液压系统的基本回路分析 37
4.3.1限压回路 38
4.3.2 缓冲回路 38
4.3.3 节流回路 39
4.3.4 闭锁回路 40
总结 41
1 绪论
1．1 引言
机器人的诞生和机器人学的建立和发展是20世纪自动控制最具说服力的成就，是20世纪人类科学技术进步的重大成果。机器人从爬行到学会两腿直立行走，仅仅用了20年，而人类的这一个过程则经历了上百万年。现在全世界已经有近100万台机器人，机器人的技术和工业得到了前所未有的飞速发展。机器人已经能够使用工具，能看，能听，能说，并且开始能进行一些决策和思考的智能行为，其应用也从传统的加工制造业逐渐扩展到军事，海洋探测，宇宙探索等领域，并开始进入家庭和服务行业。作为一种先进的机电一体化产品，机器人技术的发展与自动控制技术的发展息息相关。自动扩展系统是机器人的中枢神经，他控制着机器人的思维，决策和行为，几乎所有自动控制技术都在机器人的控制上得到了应用。近年来，智能控制的发展十分迅速，这必将促使机器人的智能化水平达到新的高度。
移动机器人是一种由传感器、遥控操作器和自动控制的移动载体组成的机器人系统。移动机器人具有移动功能，在代替人从事危险、恶劣(如辐射、有毒等)环境下作业和人所不及的(如宇宙空间、水下等)环境作业方面，比一般机器人有更大的机动性、灵活性。随着科技的进步，人类对未知世界进行探索的愿望越来越强烈，移动机器人的发展也日新月异。60年代后期，美国和苏联为完成月球探测计划，研制并应用了移动机器人。美国“探测者”3号，其操作器在地面的遥控下，完成了在月球上挖沟和执行其他任务。苏联的“登月者”20号在无人驾驶的情况下降落在月球表面，操作器在月球表面钻削岩石，并把土壤和岩石样品装进回收容器并送回地球。70年代初期，日本早稻田大学研制出具有仿人功能的两足步行机器人。由于这些机器人通常可以适应不同的环境，不受温度、湿度、空间、磁场辐射、重力等条件的影响，因此移动机器人常被用来完成一些人类无法进行的任务。
参考文献：
[1] 吴振彪主编.工业机器人[M]. 武汉：华中科技大学出版社，2004
[2] 张建民.工业机器人.北京:北京理工大学出版社，2007
[3] 金茂青，曲忠萍，张桂华.国外工业机器人发展势态分析.机器人技术与应用 ，2005
[4] 朱世强，王宣银.机器人技术及其应用[M].浙江：浙江大学出版社，2004
[5] 孙树栋.工业机器人技术基础[M].西安：西北工业大学出版社，2006
[6] 陆祥生 杨秀莲主编.机械手理论及应用[M]. 北京：中国铁道出版社，1983
[7] 李成伟 朱秀丽撰写.码垛机器人机构设计与控制系统研究[J] (81-84).机电工程.北京：北京航空航天大学，1001-4551（2008）12-0081-04
[8] Zhenyu Liu ,Jianrong Tan. Constrained behavior mamipulation fof interactive assembly in a virtual environment[J].2007,(32):797-810
[9] G L Batten. Programmable Logical Controllers: hardware, software and applications. Mc Graw-Hill. 1994
[10] SIEMENS AG. SIMATIC S7-200 Programmable Controller System Manual.2004
[11] Gao F,Li W M.New kinematic strctures for 2-,3-,4-,and 5-DOF parallel manipulator designs.Mechanism and machine Theory,2002,37: 1395～1411
