一种救援机器人收纳系统的结构设计与分析

摘要

研发能够替代救援医务人员进入自然灾害、生产事故、恐怖事件现场和战场等高危环境中自主完成伤员救援、转运任务的救援机器人，可以有提高救援工作的效率，有效保护救援和医务人员的人身安全，有利于减少非必要意外伤亡；同时，讨论和设计研发救援机器人进行伤员救援、转运作业时的新型机械结构，可切实减少甚至避免救援、转运过程对伤员造成新的二次损伤。因此，开展救援机器人的研究对重大伤亡事件中医务人员安全保护、伤员的快速安全转运具有十分重要的社会价值和现实意义。人员伤亡事件发生后，安全、无害地独立完成伤员救助是收纳系统需要完成的主要任务，机械结构的研究和设计是救援机器人研究的重点和难点任务。本论文展开了救援机器人收纳系统机械结构的研究工作。
　　救援机器人收纳系统的总体结构主要包括人体传送装置、拾取机械手以及辅助清障装置三个主要方面。其中，人体传送装置采用三段式传送带的方案，以符合中国成人身体尺寸特点为设计依据，综合人体工程学的技术方法，设计时重点融合“接触点相对静止理论”；针对拾取机械手和辅助清障装置进行功能定位和原理性分析，对其进行详细的设计，并获得了收纳系统的整体设计方案。利用 SolidWorks三维软件对各个零件进行建模和装配，调试验证了其设计的合理性。
　　在结构研究的基础上，跟踪加工并组装救援机器人收纳系统的试验样机，对其可行性、安全性和实用性进行实验验证，实验过程中发现收放机构发生了变形卡滞问题。通过调查研究发现运动副结构间隙是造成这一问题的主要原因。针对这一问题，利用ADAMS软件，对刚柔混合模型进行运动学和动力学分析，验证了对问题成因的猜想。提出了相应的优化改进方案，并再次对其进行仿真分析和验证，证明了优化改进措施的有效性。
　　最后针对课题已经取得的研究成果进行总结，并对救援机器人收纳系统的发展前景作了展望。

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第一章 绪 论

1.1课题研究背景

1.2研究目的与意义

1.3国内外研究现状及发展趋势

1.4 论文研究内容

第二章 救援机器人收纳系统的设计方案

2.1收纳系统的总体设计要求

2.2收纳系统的指标要求

2.3收纳系统的总体设计

2.4收纳系统人体传送装置设计方案

2.5收纳系统拾取机械手装置设计方案

2.6收纳系统附属清障装置设计方案

2.7本章小结

第三章 救援机器人收纳系统的机械系统结构设计

3.1 人体传送装置的结构设计

3.2 拾取机械手的结构设计

3.3 附属清障装置的结构设计

3.4实验样机

3.5本章小结

第四章 展开机构变形卡滞分析及仿真

4.1引言

4.2收放机构变形卡滞原因分析

4.3 收放机构的运动学分析

4.4收放机构的动力学分析仿真

4.5改进及仿真验证

4.6结论

4.7本章小结

第五章 全文总结与展望

5.1课题取得的研究成果

5.2 展望

参考文献

研究生期间发表论文和科研情况说明

致谢