井下探測機器人行走機構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001]本設計涉及一種機器人行走機構(gòu)，具體涉及一種可變履帶式井下探測機器人行走機構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]黑龍江省委、省政府提出了推動“八大經(jīng)濟區(qū)”、“十大工程”建設的發(fā)展戰(zhàn)略，礦業(yè)產(chǎn)業(yè)是重點發(fā)展的十大產(chǎn)業(yè)之一。我省是全國產(chǎn)煤大省，礦井數(shù)量多、條件復雜、開采時間長，高瓦斯、高突礦井約占礦井總數(shù)的10%。而且，隨著開采水平的不斷下延，高瓦斯、高突礦井數(shù)量逐漸增多。
[0003]近年來，關(guān)注煤礦安全生產(chǎn)成為了煤礦產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展的重中之重，在煤礦井下發(fā)生瓦斯、煤塵等爆炸事故后，第一時間就是解救井下被困人員。然而這種事故的發(fā)生往往使得井下環(huán)境異常兇險，救援人員無法及時下井，耽誤了寶貴的救援時間，這就造成了更多人員的傷亡。事故發(fā)生后，井下的各項生命指標是事故專家和決策者做出判斷與決策的主要依據(jù)，試設計一種可變履帶式井下探測機器人，使其深入到井下災害現(xiàn)場，這一未知的危險區(qū)域進行環(huán)境探測，并將井下信息及時反饋到救援指揮中心，輔助指揮人員進行緊急決策，并對災害現(xiàn)場進行評估，為指揮人員制定救援方案提供參考，為救援工作搭建寶貴的通信
T D O

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本設計要解決的問題是根據(jù)以上要求并通過設計計算，確定此次設計的機器人行走機構(gòu)尺寸參數(shù)，并繪制井下災區(qū)現(xiàn)場地形的模擬圖，再利用Solidworks軟件將機器人行走機構(gòu)與井下災區(qū)現(xiàn)場地形裝配為一個整體，然后導入到仿真軟件ADAMS中進行虛擬仿真，模擬機器人在起伏不平的地面上運行的情況，考察驗證機器人行走機構(gòu)對于井下復雜地形的通過性與平順性。
[0005]在對井下探測機器人的研究過程中發(fā)現(xiàn)，機器人的行走機構(gòu)研究是此次設計的首要任務與技術(shù)難點。這是由于煤礦井下環(huán)境，尤其是災害后的環(huán)境為空間受限的非結(jié)構(gòu)化環(huán)境。由于瓦斯爆炸引起的頂板冒落、片幫、設備錯亂翻倒，導致災區(qū)現(xiàn)場地形復雜，這一空間有限的非結(jié)構(gòu)化極端環(huán)境給機器人的行走帶來非常大的困難，這就要求井下探測機器人的行走機構(gòu)必須具有較強的對復雜地形的適應能力和爬坡越障能力，以使機器人能夠攀越連續(xù)臺階、圓形凸臺、矩形凸臺、梯形凸臺、斜坡地形和溝道地形等。
[0006]當可變履帶式井下探測機器人的兩條履帶速度相同時，機器人可以實現(xiàn)前進或后退運動；當兩條履帶的速度不同時，機器人可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)向運動。且兩邊主臂桿均由直流電機帶動，繞履帶架上的軸旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)履帶的不同構(gòu)形，以適應不同的運動和作業(yè)環(huán)境，且主臂桿越高，該機器人可攀越的障礙越陡峭。
[0007]根據(jù)以上要求并通過設計計算，確定了此次設計的機器人行走機構(gòu)參數(shù):
(I)車體長 1200mm，寬 1147mm,高 772mm ； (2)變履帶中驅(qū)動輪和導向輪之間的距離是680mm,即履帶架長680mm；
(3)主臂桿長695mm；
(4)驅(qū)動輪、導向輪、變履帶齒輪直徑均為154mm；
(5)履帶周長為2321_。
[0008]根據(jù)以上尺寸，利用CAD軟件建立機器人行走機構(gòu)傳動示意圖如圖1所示，圖中I為HH型雙筒式車體減震器；2為JSF型直流伺服驅(qū)動電機；3為機器人驅(qū)動輪；4為680mm履帶架；5為直齒圓柱齒輪，齒數(shù)Z=72 ;6為直齒圓柱齒輪，齒數(shù)Z=24 ;7為直齒圓柱齒輪，齒數(shù)Z=48 ;8為機器人導向輪；9為機器人變履帶齒輪，齒數(shù)Z=42，模數(shù)m=3.5 ;10為695mm主臂桿。
[0009]利用Solidworks軟件將機器人行走機構(gòu)各零部件裝配起來,可變履帶式機器人行走機構(gòu)對地形的適應能力強，支承面積大，動載荷小，路面粘著力強，越野機動性好，且履帶支承面上有履齒，履帶本身給車輪起鋪路的作用，其結(jié)構(gòu)設計緊湊，不易打滑，容易爬坡。該設計還具有結(jié)構(gòu)獨特新穎，使用簡單方便等優(yōu)點，有利于機器人發(fā)揮較大的牽引力，緩沖井下不規(guī)則路面沖擊，提高機器人整體機構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。
[0010]該設計中，兩條形狀可變的履帶均由小型直流伺服電機驅(qū)動，電機型號JSF42-3-30-AS-1000，額定功率為32w，額定轉(zhuǎn)速為3000r/min，經(jīng)過2級齒輪減速，減速比為1:3和1:2，減速后，電機輸出轉(zhuǎn)速降至500r/min。由此計算出的電機轉(zhuǎn)矩為0.1Nm。
[0011]通過對煤礦井下環(huán)境，尤其是災區(qū)現(xiàn)場地形復雜的非結(jié)構(gòu)化環(huán)境進行尺寸參數(shù)的調(diào)研與現(xiàn)場實地測量，可以對災區(qū)現(xiàn)場地形尺寸特征進行提取與簡化，再采用制圖軟件CAD對災區(qū)現(xiàn)場環(huán)境進行模型建立，為下一步實施虛擬仿真做準備。
[0012]在對雞西礦業(yè)集團下屬各礦災區(qū)現(xiàn)場調(diào)研的過程中發(fā)現(xiàn)，事故現(xiàn)場的地形特征以臺階地形、凸臺地形、斜坡地形和溝道地形為主，各地形的尺寸參數(shù)為:
(1)臺階地形，高度約在250mm以下，連續(xù)臺階的高度約在150mnTl80mm之間，臺階跨度一般取值22(T350mm，臺階寬度一般取值60(Tl200mm，坡度約在8?15°之間；
(2)矩形凸臺地形，高度約為130mm,最大高度可至200mm,凸臺的斜面坡度約在6(Γ80° 之間；
(3)梯形凸臺地形，高度約為150mm,最大高度可至180mm,凸臺的斜面坡度約在6(Γ70° 之間；
(4)圓形凸臺地形,直徑約在200mm左右；
(5)斜坡地形，煤礦井下長距斜坡地形多為斜巷道，傾角約為8?15°，短距斜坡傾角約在30?45°之間；
(6)溝道地形，煤礦井下的溝道地形多為排水溝，煤礦井下的溝道地形的寬度約為300mm，較寬的溝道可達到500mm左右。
[0013]應用CAD軟件建立井下災后地形的模型如圖2、圖3所示。其中，圖2為井下災區(qū)地形主視圖，圖3為井下災區(qū)地形俯視圖。圖3中I為矩形凸臺；2為梯形凸臺；3為連續(xù)臺階；4為圓形凸臺；5為溝道；6為斜坡。
[0014]可變履帶式機器人行走機構(gòu)攀越井下地形時的變形能力如圖4、圖5、圖6、圖7所示。其中圖4為機器人行走機構(gòu)上凸臺過程，圖5為機器人行走機構(gòu)下凸臺過程，圖6為機器人行走機構(gòu)上連續(xù)臺階過程，圖7為機器人行走機構(gòu)下連續(xù)臺階過程。 再利用Solidworks軟件將機器人行走機構(gòu)模型與井下災后地形模型裝配起來，然后導入到ADAMS軟件中進行模擬仿真，考察驗證可變履帶式機器人行駛的通過性