发布时间 : 星期一 文章(3)毕业设计说明书（论文）正文、结论、参考文献等标准格式（理工科专业学生用） - 图文更新完毕开始阅读
本科毕业设计说明书（论文）
1 引言
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在世界各地，由于自然灾害、恐怖活动和各种突发事故等原因，灾难经常发生。 2008年5月12日，是全体中国人永远不能忘记的日子，四川汶川发生里氏8.0级强烈地震，地震波及大半个中国，四川灾区死伤惨重，经济损失巨大。
2010年4月14日青海省玉树县发生两次地震，最高震级7.1级，震中在县城附近。截止至24日17时，地震已造成2203人死亡，73人失踪，12135多人受伤。
在灾难救援中，救援人员只有非常短的时间(约48小时)用于在倒塌的废墟中寻找幸存者，否则发现幸存者的几率几乎为零。在这种紧急而危险的环境下，救灾救援机器人可以为救援人员提供帮助。因此，将具有自主智能的救灾救援机器人用于危险和复杂的灾难环境下“搜索和营救”(SAR)幸存者，是机电学中的一个新兴而富有挑战性的领域。
1.1 救援机器人国内外的研究现状
1.1.1 国外的研究现状
在国外，救援机器人发展迅速，技术日益成熟，并进入实用化阶段，日本、美国、英国等已开始装备使用。在灾难现场中，救援机器人应能迅速找到幸存者的位置。日本大阪大学研制出蛇形救援机器人，能在高低不平的模拟废墟上前进，其顶端带有一部小型监视器，身体部位安装传感器，可以在地震后的废墟里寻找幸存者。美国Irobot公司研制了Packbot系列救援机器人，能适应崎岖不平的地形环境和爬楼梯，主要执行侦察任务、寻找幸存者、勘探化学品泄漏等任务。Inuktun公司研制了救援机器人Microvgtv，机身可变位，采用电缆控制，含有直视的彩色摄像头，并带有微型话筒和扬声器，可用于与压在废墟中的幸存者通话，适用于在小的孔洞和空间中执行任务。除了前面的中小型救援机器人，微型救援机器人也正在研究中，美国加州大学伯克利分校研制出世界第一个苍蝇救援机器人，通过装在它脑袋上的微型传感器与微型摄像机，可以到倒塌的建筑物废墟底下或其他灾难场所寻找幸存者[1]。 1.1.2 国内的研究现状
在国内，救援机器人的研究刚刚起步，但进展很快。中科院沈阳自动化所在2002年研制了一种蛇形救援机器人，由16个单自由度关节模块和蛇头、蛇尾组成，在监控系统的无线控制下可实现蜿蜒前进、后退、侧移、翻滚等多种动作，并能通过安装在蛇头上的微型摄像头将现场图像传回监控系统。国防科技大学在2001年研制了一
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人。
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种蛇形救援机器人。中国矿业大学在“211工程”的支持下，也已开始研制救援机器
1.2 本论文的研究背景
1964年，慧鱼创意组合模型（fischertechnik）诞生于德国，是技术含量很高的工程技术类智趣拼装模型，是展示科学原理和技术过程的理想教具，也是体现世界最先进教育理念的学具，为创新教育和创新实验提供了最佳的载体。
慧鱼创意组合模型的主要部件采用优质尼龙塑胶制造，尺寸精确，不易磨损，可以保证反复拆装的同时不影响模型结合的精确度；构件的工业燕尾槽专利设计使六面都可拼接，独特的设计可实现随心所欲的组合和扩充。
慧鱼创意组合模型主要有组合包、培训模型、工业模型三大系列，涵盖了机械、电子、控制、气动、汽车技术、能源技术和机器人技术等领域和高新学科，利用工业标准的基本构件（机械元件、电气元件、气动元件），辅以传感器、控制器、执行器和软件的配合，运用设计构思和实验分析，可以实现任何技术过程的还原，更可以实现工业生产和大型机械设备操作的模拟，从而为实验教学、科研创新和生产流水线可行性论证提供了可能，世界知名的德国西门子、德国宝马、美国IBM等一大批著名公司都采用慧鱼模型来论证生产流水线[2]。
慧鱼创意组合模型体现不同学科知识点的各种组合包，不仅可以应用于中小学各个年级学科教学、还可以用于大学不同专业以及研究生工程实验和技术创新活动，现在以清华大学、上海交通大学为代表的一批高校建立的慧鱼创新实验室就是利用慧鱼模型组合包系列建立的工程技术实验室，是创新教育的一个全新平台。
创新是一个民族进步的灵魂，而慧鱼创意组合模型就是创新教育的理想学具。基于以上种种优点，我们选择用慧鱼创意组合模型来设计及搭建机器人，并报名参加慧鱼组织的比赛。机器人也是基于大赛主题“珍爱生命，奉献社会”设计的。 为参加本次全国大学生机械创新设计大赛，两位指导教师和我们十六位同学从主题创意、总体方案设计、结构搭建、程序调试到说明书编写等共经历了6个月时间，我们日日夜夜都扑在实验室，在指导老师的指导下不断改进构思和完善作品，甚至在寒假期间，指导老师和我们都没有休息，利用这一个月的时间完成了作品结构的雏形搭建，为作品的顺利完成奠定了基础。
全国大学生机械创新设计大赛已被纳入教育部、财政部实施高等学校本科教学质量和教学改革工程的九个赛事之一。此次大赛由全国大学生机械创新设计大赛组委
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会、教育部高等学校机械基础课程教学指导分委员会主办，北京交通大学承办。大赛的目的在于，引导高等学校在教学中注重培养大学生的创新设计意识、综合设计能力与团队协作精神；加强学生动手能力的培养和工程实践的训练，提高学生针对实际需求通过创新思维,进行机械设计和工艺制作等实际工作能力；吸引、鼓励广大学生踊跃参加课外科技活动，为优秀人才脱颖而出创造条件。
1.3 本课题的研究问题和采用的研究手段
(1)本课题研究目的
设计多功能履带式机器人的结构、装配模型、编制程序，实现避障、越障、抓持物件等功能。
(2)本课题研究的问题
(a)设计、优化机器人的结构； (b)元件选择；
(c)控制程序的编制及调试。 (3)拟采用的研究手段 (a)采用慧鱼组件搭建模型； (b)用ROBO PRO软件编制控制程序。
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2 多功能履带式机器人总体方案设计
2.1 方案构想
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本次设计是以抗震救灾为背景，以“珍爱生命，奉献社会”为主题，设计、制作一个全自动机器人。
起初，准备设计一辆智能挖掘机，用于工程施工，为灾后重建提供服务和技术支持。在设计过程中，方案经过不断优化，在原有基础上，又设计了一台水处理设备，使其更能适应灾区复杂的救援环境。又将挖掘机的挖斗改成钳状，并可以拆卸。控制程序由简单的避障、越障逐渐完善，适应能力更强。最后，完成多功能履带式机器人的主体结构和控制部分设计。
2.2 多功能履带式机器人总体设计
本文设计的是一个多功能履带式机器人。主要是用慧鱼创意组合模型搭建而成，用ROBO Pro自带的编程软件设计、编辑程序，意在实现机器人的自主行进。包括智能避障、越障、平地快速行进、抓持物件、挖掘及排爆。附带的水处理设备是利用活性炭的物理截留及化学吸附作用，滤除水中的余氧、小分子有机物、异味、卤代烃等对人体有害的物质，接着利用方解石进行PH调节（矿化单元），最后用陶瓷滤芯进一步去除水中的胶体、悬浮物等颗粒杂质，确保水质。机器人的整体效果图如图1所示。
图1 多功能履带式机器人整体效果图