滅火機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制

滅火機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制,滅火機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制,滅火,機(jī)器人,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),控制,節(jié)制 28 Chapter 1 Motor and Motion Control Systems fier in a silicon chip. This IC is capable of sensing the polarity of the rotors magnetic field and then sending appropriate signals to power transistors T1 and T2 to cause the motors rotor to rotate continuously. This is accomplished as follows: 1. With the rotor motionless, the HED detects the rotors north mag- netic pole, causing it to generate a signal that turns on transistor T2. This causes current to flow, energizing winding W2 to form a south- seeking electromagnetic rotor pole. This pole then attracts the rotors north pole to drive the rotor in a counterclockwise (CCW) direction. 2. The inertia of the rotor causes it to rotate past its neutral position so that the HED can then sense the rotors south magnetic pole. It then switches on transistor T1, causing current to flow in winding W1, thus forming a north-seeking stator pole that attracts the rotors south pole, causing it to continue to rotate in the CCW direction. The transistors conduct in the proper sequence to ensure that the exci- tation in the stator windings W2 and W1 always leads the PM rotor field to produce the torque necessary keep the rotor in constant rotation. The windings are energized in a pattern that rotates around the stator. There are usually two or three HEDs in practical brushless motors that are spaced apart by 90 or 120 around the motors rotor. They send the signals to the motion controller that actually triggers the power transis- tors, which drive the armature windings at a specified motor current and voltage level. The brushless motor in the exploded view Figure 1-24 illustrates a design for a miniature brushless DC motor that includes Hall-effect com- Figure 1-24 Exploded view of a brushless DC motor with Hall-effect device (HED) commutation.Chapter 1 Motor and Motion Control Systems 29 mutation. The stator is formed as an ironless sleeve of copper coils bonded together in polymer resin and fiberglass to form a rigid structure similar to cup-type rotors. However, it is fastened inside the steel lamina- tions within the motor housing. This method of construction permits a range of values for starting cur- rent and specific speed (rpm/V) depending on wire gauge and the num- ber of turns. Various terminal resistances can be obtained, permitting the user to select the optimum motor for a specific application. The Hall- effect sensors and a small magnet disk that is magnetized widthwise are mounted on a disk-shaped partition within the motor housing. Position Sensing in Brushless Motors Both magnetic sensors and resolvers can sense rotor position in brush- less motors. The diagram in Figure 1-25 shows how three magnetic sen- sors can sense rotor position in a three-phase electronically commutated brushless DC motor. In this example the magnetic sensors are located inside the end-bell of the motor. This inexpensive version is adequate for simple controls. In the alternate design shown in Figure 1-26, a resolver on the end cap of the motor is used to sense rotor position when greater positioning accuracy is required. The high-resolution signals from the resolver can Figure 1-25 A magnetic sensor as a rotor position indicator: sta- tionary brushless motor winding (1), permanent-magnet motor rotor (2), three-phase electroni- cally commutated field (3), three magnetic sensors (4), and the electronic circuit board (5).30 Chapter 1 Motor and Motion Control Systems be used to generate sinusoidal motor currents within the motor con- troller. The currents through the three motor windings are position inde- pendent and respectively 120 phase shifted. Brushless Motor Advantages Brushless DC motors have at least four distinct advantages over brush- type DC motors that are attributable to the replacement of mechanical commutation by electronic commutation. There is no need to replace brushes or remove the gritty residue caused by brush wear from the motor. Without brushes to cause electrical arcing, brushless motors do not present fire or explosion hazards in an environment where flammable or explosive vapors, dust, or liquids are present. Electromagnetic interference (EMI) is minimized by replacing mechanical commutation, the source of unwanted radio frequencies, with electronic commutation. Brushless motors can run faster and more efficiently with electronic commutation. Speeds of up to 50,000 rpm can be achieved vs. the upper limit of about 5000 rpm for brush-type DC motors. Figure 1-26 A resolver as a rotor position indicator: station- ary motor winding (1), perma- nent-magnet motor rotor (2), three-phase electronically com- mutated field (3), three magnetic sensors (4), and the electronic cir- cuit board (5).Chapter 1 Motor and Motion Control Systems 31 Brushless DC Motor Disadvantages There are at least four disadvantages of brushless DC servomotors. Brushless PM DC servomotors cannot be reversed by simply revers- ing the polarity of the power source. The order in which the current is fed to the field coil must be reversed. Brushless DC servomotors cost more than comparably rated brush- type DC servomotors. Additional system wiring is required to power the electronic commu- tation circuitry. The motion controller and driver electronics needed to operate a brushless DC servomotor are more complex and expensive than those required for a conventional DC servomotor. Consequently, the selection of a brushless motor is generally justified on a basis of specific application requirements or its hazardous operating environment. Characteristics of Brushless Rotary Servomotors It is difficult to generalize about the characteristics of DC rotary servo- motors because of the wide range of products available commercially. However, they typically offer continuous torque ratings of 0.62 lb-ft (0.84 N-m) to 5.0 lb-ft (6.8 N-m), peak torque ratings of 1.9 lb-ft (2.6 N-m) to 14 lb-ft (19 N-m), and continuous power ratings of 0.73 hp (0.54 kW) to 2.76 hp (2.06 kW). Maximum speeds can vary from 1400 to 7500 rpm, and the weight of these motors can be from 5.0 lb (2.3 kg) to 23 lb (10 kg). Feedback typically can be either by resolver or encoder. Linear Servomotors A linear motor is essentially a rotary motor that has been opened out into a flat plane, but it operates on the same principles. A permanent-magnet DC linear motor is similar to a permanent-magnet rotary motor, and an AC induction squirrel cage motor is similar to an induction linear motor. The same electromagnetic force that produces torque in a rotary motor also produces torque in a linear motor. Linear motors use the same con- trols and programmable position controllers as rotary motors.32 Chapter 1 Motor and Motion Control Systems Before the invention of linear motors, the only way to produce linear motion was to use pneumatic or hydraulic cylinders, or to translate rotary motion to linear motion with ballscrews or belts and pulleys. A linear motor consists of two mechanical assemblies: coil and mag- net, as shown in Figure 1-27. Current flowing in a winding in a magnetic flux field produces a force. The copper windings conduct current (I ), and the assembly generates magnetic flux density (B). When the current and flux density interact, a force (F) is generated in the direction shown in Figure 1-27, where F = I B. Even a small motor will run efficiently, and large forces can be created if a large number of turns are wound in the coil and the magnets are pow- erful rare-earth magnets. The windings are phased 120 electrical degrees apart, and they must be continually switched or commutated to sustain motion. Only brushless linear motors for closed-loop servomotor applications are discussed here. Two types of these motors are available commer- ciallysteel-core (also called iron-core) and epoxy-core (also called ironless). Each of these linear servomotors has characteristics and fea- tures that are optimal in different applications The coils of steel-core motors are wound on silicon steel to maximize the generated force available with a single-sided magnet assembly or way. Figure 1-28 shows a steel-core brushless linear motor. The steel in these motors focuses the magnetic flux to produce very high force den- sity. The magnet assembly consists of rare-earth bar magnets mounted on the upper surface of a steel base plate arranged to have alternating polarities (i.e., N, S, N, S) Figure 1-27 Operating princi- ples of a linear servomotor.廣陵學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 教 科 部： 機(jī)電工程系 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 生 姓 名： 柳輝 學(xué)號(hào)： 100007122 畢業(yè)（論文）題目： 滅火機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制 起 迄 日 期： 2014.02.18～2014.06.10 設(shè)計(jì)（論文）地點(diǎn)： 指 導(dǎo) 老 師： 魏孝斌 專 業(yè) 負(fù) 責(zé) 人： 柳輝 發(fā)任務(wù)書日期： 2014 年 02 月 18 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 1．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題應(yīng)達(dá)到的目的： 機(jī)器人技術(shù)是集機(jī)械、電子、測(cè)試、控制于一體的綜合性的技術(shù)。機(jī)器人目前已經(jīng)涉及到社會(huì)生活的方方面面，將機(jī)器人用于火災(zāi)的預(yù)防與撲滅工作，便是其具體應(yīng)用之一。本課題以“能力風(fēng)暴”智能機(jī)器人為開發(fā)平臺(tái)，結(jié)合實(shí)際生活中火災(zāi)探測(cè)和撲滅的過(guò)程，對(duì)該機(jī)器人進(jìn)行結(jié)構(gòu)和控制功能的改造，使其能夠?qū)崿F(xiàn)自主發(fā)現(xiàn)火源，并能進(jìn)行滅火動(dòng)作的功能，具體內(nèi)容分為兩部分：1. 滅火機(jī)器人的結(jié)構(gòu)與機(jī)電系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)；2. 滅火控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試。 課題的主要任務(wù)是根據(jù)具體要求，對(duì)機(jī)器人的外圍傳感器以及內(nèi)部控制程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，是機(jī)器人具有自動(dòng)巡視、探測(cè)火源以及滅火的功能，從而實(shí)現(xiàn)滅火機(jī)器人所應(yīng)具有的基本功能。 2．畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）： 了解機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)和控制原理。分析現(xiàn)有機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本原理，掌握相關(guān)輸入輸出接口的使用方法以及主板功能的拓展。掌握相關(guān)傳感器的性能和使用方法。重新設(shè)置和配置相應(yīng)的傳感器。針對(duì)機(jī)器人滅火過(guò)程中所需達(dá)到的目的，通過(guò)對(duì)可能出現(xiàn)的各種情況進(jìn)行深入的分析，從而設(shè)計(jì)出較為完善的滅火機(jī)器人的結(jié)構(gòu)框架和控制策略，并利用相關(guān)的工具進(jìn)行裝配和調(diào)試。 3．對(duì)本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題成果的要求（包括畢業(yè)設(shè)計(jì)論文、圖表、實(shí)物樣品等）： 1. 分析“能力風(fēng)暴”機(jī)器人的原始結(jié)構(gòu)，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，繪制改造后的滅火機(jī)器人裝配圖，以及重要構(gòu)件的零件圖。 2. 分析原有控制系統(tǒng)，并根據(jù)自己所設(shè)計(jì)的控制策略對(duì)其進(jìn)行編程，使其能基本達(dá)到設(shè)定的功能要求，完成相關(guān)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖紙； 3. 完成傳感器的安裝調(diào)試，以及控制程序的測(cè)試； 4. 編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書和使用說(shuō)明書各一份。 4．主要參考文獻(xiàn)： 1. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，編寫組，機(jī)械工業(yè)出版社， 1991.09 2. 機(jī)械制造自動(dòng)化技術(shù)，周驥平主編，機(jī)械工業(yè)出版社，2001.08 3. 機(jī)器人學(xué)，熊有倫等編著， 機(jī)械工業(yè)出版社， 1993.10 4. 測(cè)試技術(shù)，尤麗華主編， 機(jī)械工業(yè)出版社 2002.03 5. 傳感器及傳感技術(shù)應(yīng)用，丁鎮(zhèn)生編著，電子工業(yè)出版社，1998.08 6. 能力風(fēng)暴智能機(jī)器人使用手冊(cè) 7. 能力風(fēng)暴智能機(jī)器人開發(fā)系統(tǒng)VJC1.5使用手冊(cè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 5、本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題工作進(jìn)度計(jì)劃 起止日期 工 作 內(nèi) 容 2014.2.18~2014.3.22 2014.3.23~2014.3. 31 2014.4. 1~2014.4.20 2014.4.21~2014.5.10 2014.5. 11~2014.5.31 2014.6.1~2014.6.10 查閱相關(guān)資料，了解能力風(fēng)暴智能機(jī)器人，智能滅火機(jī)械的結(jié)構(gòu)、工作原理，進(jìn)行資料翻譯等工作。 制定控制策略方案及可行性分析，選擇相關(guān)的傳感器。 針對(duì)現(xiàn)有智能機(jī)器人的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪制改造后的裝配圖，和重要零件的結(jié)構(gòu)圖。 確定控制策略的具體方案，并進(jìn)行傳感器和接口電路的連接。 根據(jù)機(jī)器人控制策略編寫相應(yīng)的控制程序，并進(jìn)行整機(jī)測(cè)試。 編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書、使用說(shuō)明書等，準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯； 所在專業(yè)審核意見： 負(fù)責(zé)人： 年 月 日 學(xué)院意見： 院長(zhǎng)： 年 月 日 滅火機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 生： 柳 輝 指 導(dǎo) 教 師： 魏 孝 斌 完 成 日 期： 2014-5-30 揚(yáng)州大學(xué)廣陵學(xué)院 揚(yáng)州大學(xué)廣陵學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目 滅火機(jī)器人結(jié)構(gòu)與控制 學(xué) 生 姓 名 柳 輝 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí) 機(jī)械81001班 指 導(dǎo) 教 師 魏 孝 斌 完 成 日 期 2014 年 5 月 30 日 實(shí)習(xí)報(bào)告 光陰似箭，四年的大學(xué)生活即將結(jié)束，對(duì)于即將畢業(yè)的大學(xué)生，相較于三年的理論學(xué)習(xí)，畢業(yè)實(shí)習(xí)則是我們大學(xué)期間的最后一門實(shí)踐課程，在此期間，我們每個(gè)人都迫切希望能夠通過(guò)個(gè)人的親身實(shí)踐來(lái)檢驗(yàn)一下自己四年來(lái)所學(xué)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用的針對(duì)性和相應(yīng)掌握的程度如何。 有一名話叫做：不經(jīng)過(guò)風(fēng)雨，怎么見彩虹？我想改一下：不真正進(jìn)入社會(huì)，怎能了解社會(huì)呢？ 2014年3月5日至3月31日，我在金壇建明機(jī)械有限公司進(jìn)行了為期20余天的實(shí)習(xí)學(xué)習(xí)，從此踏出了在我人生中關(guān)鍵的一步：從學(xué)校走向社會(huì)開始了賺錢謀生的日子。雖然只是實(shí)習(xí)階段但是也感覺意義非同一般，喜悅與擔(dān)心并存。在這里我學(xué)到了很多，也得到了各位經(jīng)理的很多幫助，與同事們也很好得相處了一個(gè)半月，這是我人生中的一段美好時(shí)光，也是我在人生歷程中踩下的一個(gè)堅(jiān)實(shí)的腳步。 我在該公司雖然實(shí)習(xí)時(shí)間并不長(zhǎng)，但是我卻學(xué)到了很多學(xué)校中根本接觸不到的東西。通過(guò)這次實(shí)習(xí)不僅讓我體會(huì)到了理論與實(shí)踐的差距和聯(lián)系，人際關(guān)系的協(xié)調(diào)，還讓我豐富了專業(yè)知識(shí)，結(jié)交了很多朋友。 最初幾天主要在生產(chǎn)管理課度過(guò)，該課除了負(fù)責(zé)生產(chǎn)計(jì)劃安排等外還負(fù)責(zé)對(duì)入庫(kù)出庫(kù)產(chǎn)品的品質(zhì)檢驗(yàn)，這是生產(chǎn)加工的第一關(guān)，重要性毋庸置疑。在這幾天中我體會(huì)到了細(xì)心的重要性。首先，東西要輕拿輕放，各種測(cè)量?jī)x器要規(guī)范的使用，在測(cè)量前要把材料表面的油漬擦掉，察看表面是否有裂紋等缺陷，然后才可以進(jìn)行測(cè)量。 接下來(lái)在機(jī)械，鈑金，組立工段的學(xué)習(xí)更多的是和專業(yè)知識(shí)的結(jié)合了，其中我印象最深的就是數(shù)控機(jī)床了。數(shù)控機(jī)床分為臥式和立式兩種，只需將零件通過(guò)起吊機(jī)夾持到爪盤上，在操作面板上輸入好各項(xiàng)數(shù)據(jù)坐標(biāo)，機(jī)器自己會(huì)按照內(nèi)置的程序按部就班的推進(jìn)運(yùn)行，完成一系列的加工操作。值得注意的是，數(shù)控機(jī)床是可外部編程的，然后輸入指令來(lái)達(dá)到想要的目的的。這必然要求操作人員有一定的編程能力，由此可見，計(jì)算機(jī)編程絕對(duì)是課程學(xué)習(xí)中不可忽視的存在。在所有機(jī)加工圖紙上，都有精度標(biāo)注。分為三級(jí)：手加工和一般車床精度，較高的車床精度（數(shù)控車床），磨床精度。不同的床負(fù)責(zé)不同的工作，但有時(shí)候又是能一機(jī)多用的。比如鍵槽可由插床或者銑床加工，但是插床精度更高一點(diǎn)。更換了不同刀頭，銑床還能車平面等等。鈑金部分主要是焊接，而焊接保護(hù)氣體主要有兩種：二氧化碳和氬氣。組立部分我主要了解了涂裝的整個(gè)一個(gè)流程：除油（用堿性溶液），除銹（用酸性溶液），清水清洗，上磷化膜（使油漆附著力增強(qiáng)）。在涂裝的時(shí)候有幾個(gè)原則也必須遵守：內(nèi)表面不涂，裝配表面不涂，從下往上裝，從里往外裝。最后是持續(xù)45-60min的烘干，就完成了整個(gè)涂裝流程。 最后，我還了解到我們所學(xué)的pro_e、cad、soildworks等專業(yè)繪圖軟件在廠里應(yīng)用也很廣泛。 通過(guò)此次實(shí)習(xí)，主要有以下幾點(diǎn)的體會(huì)： 1.走出校門，踏進(jìn)社會(huì)，不能把自己要求太高，不要眼高手低。 2.多聽、多看、多想、多做、少說(shuō)。 3.少埋怨，虛心學(xué)。 4.與他人和睦相處，加強(qiáng)和同事以及他人之間的溝通。 經(jīng)過(guò)這次實(shí)習(xí)，我學(xué)到了很多課本上學(xué)不到的知識(shí)，在就業(yè)心態(tài)上我也有了很大的改變，以前我總是想找一份適合自己愛好的工作，可是現(xiàn)在我知道找工作很難，要專業(yè)對(duì)口更難，很多東西我們初到社會(huì)才接觸，所以我們現(xiàn)在不能再像以前那樣等待更好的機(jī)會(huì)來(lái)臨，要建立起自己的就業(yè)觀。應(yīng)盡快丟掉對(duì)學(xué)校的依賴心理， 學(xué)會(huì)在社會(huì)上獨(dú)立，敢于參加與社會(huì)的競(jìng)爭(zhēng)，敢于承受社會(huì)壓力，使自己能夠在社會(huì)上快速成長(zhǎng)。在就是保持一顆思考、學(xué)習(xí)的心。作為一位大學(xué)生，最重要的就是自己的學(xué)習(xí)思考能力。 總之，畢業(yè)實(shí)習(xí)使我獲得了人生第一筆寶貴的工作經(jīng)驗(yàn)，雖然在步入社會(huì)后，還有很多東西要學(xué)習(xí)，很多教訓(xùn)呀要吸收，但我想我已經(jīng)做好了足夠的準(zhǔn)備，無(wú)論是心態(tài)上還是技能上?，F(xiàn)代社會(huì)的競(jìng)爭(zhēng)是殘酷的，但是只要努力的付出，我的職業(yè)生涯就必定會(huì)開出希望的花朵，結(jié)出成功的果實(shí)。 揚(yáng)州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 學(xué) 生 姓 名： 柳輝 學(xué)號(hào)： 100007122 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 設(shè)計(jì)（論文）題目: 滅火機(jī)器人結(jié)構(gòu)與控制 指 導(dǎo) 老 師： 魏 孝 斌 2014 年 2 月 28 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫2000字左右的文獻(xiàn)綜述： 文 獻(xiàn) 綜 述 一、課題的意義和目的 近幾十年中，大量的高層、地下建筑與大型的石化企業(yè)不斷涌現(xiàn)。由于這些建筑的特殊性，發(fā)生火災(zāi)時(shí)，不能快速高效的滅火。為了解決這一問題，盡快救助火災(zāi)中的受害者，最大限度的保證消防人員的安全，消防機(jī)器人研究被提到了議事日程。而機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展也為這一要求的實(shí)現(xiàn)提供了技術(shù)上的保證，使得消防機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生。 從二十世紀(jì)八十年代開始，世界許多國(guó)家都進(jìn)行了消防機(jī)器人的研究。美國(guó)和蘇聯(lián)最早進(jìn)行消防機(jī)器人的研究，而后日本、英國(guó)、法國(guó)等國(guó)家都紛紛開展了消防機(jī)器人的研究，目前已有多種不同類型的消防機(jī)器人用于各種火災(zāi)場(chǎng)合。 我國(guó)從八十年代末期開始消防機(jī)器人的研究，公安部上海消防研究所等單位在消防機(jī)器人的研究中取得了大量的成果，自行式消防炮已經(jīng)投入市場(chǎng)，履帶輪式消防滅火偵察機(jī)器人也于 2000 年 6 月通過(guò)了國(guó)家驗(yàn)收。但是，我國(guó)消防機(jī)器人的研究還處在初級(jí)階段，還有許多有待研究的問題。比如，高層建筑發(fā)生火災(zāi)時(shí)，消防人員不可能在短時(shí)間內(nèi)到達(dá)高處的火災(zāi)發(fā)生地點(diǎn)，在地下建筑中，由于環(huán)境比較潮濕，煙氣不易擴(kuò)散，消防人員不容易快速的判定火源位置；而在石化企業(yè)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，將產(chǎn)生大量的毒氣，消防人員在滅火時(shí)極易中毒。研制能夠用于這些場(chǎng)合的偵察滅火機(jī)器人，協(xié)助消防人員進(jìn)行火災(zāi)的定位和滅火，將有極大的社會(huì)意義。 基于人工智能的不斷發(fā)展，各項(xiàng)高新技術(shù)的不斷成熟，在可預(yù)見的將來(lái)，消防機(jī)器人在功能上會(huì)更具多樣特點(diǎn)，在較多危險(xiǎn)區(qū)域可以完全代替消防員，避免消防員生命傷亡。同時(shí)也應(yīng)該看到，我國(guó)在研究消防機(jī)器人方面較國(guó)外同行已落后太多，存在技術(shù)差異和代溝，消防機(jī)器人的不斷研制、生產(chǎn)和裝備過(guò)程，應(yīng)堅(jiān)持自主研制為主，引進(jìn)為輔，提高我國(guó)消防部隊(duì)消防裝備現(xiàn)代化的水平并及時(shí)裝備消防部隊(duì)，提高消防部隊(duì)打贏大仗、惡仗、硬仗和特殊戰(zhàn)役的能力，提高消防部隊(duì)在處置大型復(fù)雜火災(zāi)和應(yīng)急救援的作戰(zhàn)效能 提高消防部隊(duì)的自我防護(hù)能力減少消防指戰(zhàn)員的人身傷亡，更好地保衛(wèi)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。 二、滅火機(jī)器人的發(fā)展和趨勢(shì) 機(jī)器人技術(shù)作為20世紀(jì)人類最偉大的發(fā)明之一，自60年代初問世以來(lái)，經(jīng)歷40余年的發(fā)展己取得長(zhǎng)足的進(jìn)步。 消防機(jī)器人屬于特種機(jī)器人范疇，它作為特種消防設(shè)備可以替代消防隊(duì)員接近火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施有效的滅火救援作業(yè)，開展各項(xiàng)火場(chǎng)偵察任務(wù)，尤其是在危險(xiǎn)性大或者消防隊(duì)員不易接近的場(chǎng)合，消防機(jī)器人的應(yīng)用將大大提高消防部門撲滅惡性火災(zāi)的能力，對(duì)減少國(guó)家財(cái)產(chǎn)損失和滅火救援人員的傷亡具有重要的作用。 根據(jù)消防機(jī)器人的滅火要求，應(yīng)具有的基本功能包括以下幾個(gè)方面：行駛電機(jī)的控制、消防噴槍位置的控制、現(xiàn)場(chǎng)信息的采集、數(shù)據(jù)處理與通信等等。消防機(jī)器人往往需要在高溫、強(qiáng)熱輻射、濃煙、地形復(fù)雜、障礙物多、化學(xué)腐蝕、易燃易爆等惡劣環(huán)境中進(jìn)行火場(chǎng)偵察、化學(xué)危險(xiǎn)品探測(cè)、滅火、冷卻、洗消、破拆、救人、啟閉閥門、搬移物品、堵漏等作業(yè)。因此作為某種特定功能的消防機(jī)器人應(yīng)該具備以下某項(xiàng)或幾項(xiàng)行走和自衛(wèi)功能:爬坡、登梯及障礙物跨越功能,耐溫和抗熱輻射功能,防雨淋功能,防爆、隔爆功能,防化學(xué)腐蝕功能,防電磁干擾功能,遙控功能等。 1. 國(guó)外消防機(jī)器人發(fā)展歷史 目前，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家正在加快開發(fā)具有不同功能的實(shí)用型的第二代消防機(jī)器人和第三代低級(jí)智能化消防機(jī)器人，著手研究第三代高級(jí)智能機(jī)器人。一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家把研究開發(fā)消防機(jī)器人列入國(guó)家技術(shù)發(fā)展規(guī)劃，將它作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)重要保證手段。 日本投入應(yīng)用的消防機(jī)器人最多。一類機(jī)器人以內(nèi)燃機(jī)或電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，配置驅(qū)動(dòng)輪或履帶式行駛機(jī)構(gòu)，能爬坡、越障礙；裝有較大噴射流量的消防槍炮，能作俯仰和左右回轉(zhuǎn)；裝有氣體檢測(cè)儀器和電視監(jiān)視設(shè)備；通過(guò)電纜或無(wú)線控制，控制距離最大為100m。另一類機(jī)器人為偵察、搶險(xiǎn)機(jī)器人，除裝有氣體檢測(cè)儀器和電視監(jiān)視器設(shè)備外，還裝有機(jī)械手，能通過(guò)遙控處理危險(xiǎn)物品。 美國(guó)已研制出能依靠感覺信息控制的救災(zāi)智能化機(jī)器人，亞利桑諾州消防部門研制的消防機(jī)器人，裝有破拆工具和消防水槍，能一邊破拆，一邊噴射滅火。 2．國(guó)內(nèi)消防機(jī)器人發(fā)展 我國(guó)大約有30家左右的高等院校和研究院所在從事各類機(jī)器人的研究工作，自1971年以來(lái)，已在機(jī)器人的感覺識(shí)別，操作、移動(dòng)技術(shù)，人機(jī)接口技術(shù),智能化技術(shù)等方面取得了可喜的成就。 近年來(lái)，我國(guó)消防機(jī)器人的研制工作得到了政府有關(guān)部門的支持。1995年上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)批準(zhǔn)公安部上海消防科學(xué)研究所著手研制我國(guó)第一臺(tái)消防機(jī)器人——自行式消防炮，目前該項(xiàng)目已通過(guò)驗(yàn)收并順利進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。 該消防機(jī)器人的研制成功標(biāo)志著我國(guó)第一代（多功能）消防機(jī)器人正式誕生，填補(bǔ)了我國(guó)在消防機(jī)器人領(lǐng)域的空白，其技術(shù)水平達(dá)到了國(guó)際 80 年代中期的消防機(jī)器人水平。 我國(guó)研制和開發(fā)消防機(jī)器人提高了我國(guó)消防部隊(duì)消防裝備現(xiàn)代化的水平，提高了我國(guó)消防部隊(duì)在處置大型復(fù)雜火災(zāi)中的作戰(zhàn)效能，提高我國(guó)消防部隊(duì)的自我防護(hù)能力，減少消防指戰(zhàn)員的人身傷亡，但我國(guó)消防機(jī)器人在無(wú)線遙控領(lǐng)域與技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家還存在一定差距。 當(dāng)前消防機(jī)器人的發(fā)展有智能化和專業(yè)化趨勢(shì)，一方面消防機(jī)器人越來(lái)越“聰明”，不僅僅可以通過(guò)無(wú)線人工控制而且能夠根據(jù)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的情況，在無(wú)人操控的情況下可以做出各種反應(yīng)。另一方面消防機(jī)器人將更加專業(yè)化，由于火災(zāi)情況的多樣性和復(fù)雜性，想只用一種消防機(jī)器人解決所有問題是不可能的，消防機(jī)器人的應(yīng)用將出現(xiàn)多樣化和團(tuán)隊(duì)化。比如在一幢大樓的火災(zāi)中，搜索火源和幸存者的偵察機(jī)器人，負(fù)責(zé)救援的機(jī)器人以及負(fù)責(zé)滅火的機(jī)器人可以協(xié)同工作。 參考文獻(xiàn) [1] 蔣新松.機(jī)器人與工業(yè)自動(dòng)化 . 石家莊：河北教育出版社，2003 [2] 王耀南.機(jī)器人智能控制工程（M）. 北京：科學(xué)出版社，2004 [3] 倪星元，等.傳感器敏感功能材料及應(yīng)用（M），北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005 [4]雨宮好文.傳感器入門（M）. 北京：科學(xué)出版社，2000 [5] 許大中等。機(jī)電控制（M）.杭州：浙江大學(xué)出版社，2002 [6] 黃玉清 梁靚 張玲霞 李想，機(jī)器人的差分方向控制與實(shí)現(xiàn)（J），信息與電子工程，2004-9,2（3）。 [7] 余國(guó)衛(wèi) 譚延軍，基于AT89S52 單片機(jī)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)（J），微處理機(jī)，2006-10，5 [8] 鄧江，基于AT89S52的車用抬頭顯示系統(tǒng)研究（D），成都：電子科技大學(xué) [9] 黃玉清 張江美等.模糊控制在移動(dòng)機(jī)器人中的應(yīng)用（J）：西南科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2004-3，19（1）. 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[16] Ahmed Elsham li,Hussein Abdullah.Shaky Arabic Genetic algorithm for dynamic path planning(J).Electrical and computer Engineering 2004.Canadian Conference on Volume2,2-5 May 2004.0667-0680. 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 2．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）： 一、課題的來(lái)源 機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，它應(yīng)該說(shuō)是一個(gè)科學(xué)技術(shù)發(fā)展共同的一個(gè)綜合性的結(jié)果，也同時(shí)，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了一個(gè)重大影響的一門科學(xué)技術(shù)，它的發(fā)展歸功于在第二次世界大戰(zhàn)中，各國(guó)加強(qiáng)了經(jīng)濟(jì)的投入，就加強(qiáng)了本國(guó)的經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。 另一方面它也是生產(chǎn)力發(fā)展的需求的必然結(jié)果，也是人類自身發(fā)展的必然結(jié)果，那么人類的發(fā)展隨著人們這種社會(huì)發(fā)展的情況，人們?cè)絹?lái)越不斷探討自然過(guò)程中，在改造自然過(guò)程中，認(rèn)識(shí)自然過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)人們對(duì)不可達(dá)世界的認(rèn)識(shí)和改造，這也是人們?cè)诳萍及l(fā)展過(guò)程中的一個(gè)客觀需要。 那么什么是機(jī)器人呢？人們一般的理解來(lái)看，機(jī)器人是具有一些類似人的功能的機(jī)械電子裝置，或者叫自動(dòng)化裝置，它仍然是個(gè)機(jī)器，它有三個(gè)特點(diǎn)，一個(gè)是有類人的功能，比如說(shuō)作業(yè)功能，感知功能，行走功能，還能完成各種動(dòng)作，它還有一個(gè)特點(diǎn)是根據(jù)人的編程能自動(dòng)的工作，這里一個(gè)顯著的特點(diǎn)，就是它可以編程，改變它的工作、動(dòng)作、工作的對(duì)象，和工作的一些要求，它是人造的機(jī)器或機(jī)械電子裝置。但從完整的更為深遠(yuǎn)的機(jī)器人定義來(lái)看，應(yīng)該更強(qiáng)調(diào)機(jī)器人智能，所以人們又提出來(lái)機(jī)器人的定義是能夠感知環(huán)境，能夠有學(xué)習(xí)、情感和對(duì)外界一種邏輯判斷思維的這種機(jī)器。那么這給機(jī)器人提出來(lái)更高層次的要求，展望 21 世紀(jì)，機(jī)器人將是一個(gè)與 20 世紀(jì)計(jì)算機(jī)的普及一樣，會(huì)深入地應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，在 21 世紀(jì)的前 20 年是機(jī)器人從制造業(yè)走向非制造業(yè)的發(fā)展一個(gè)重要時(shí)期，也是智能機(jī)器人發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵時(shí)期。 二、課題的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 了解機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)和控制原理。分析現(xiàn)有機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本原理，掌握相關(guān)輸入輸出接口的使用方法以及主板功能的拓展。掌握相關(guān)傳感器的性能和使用方法。重新設(shè)置和配置相應(yīng)的傳感器。針對(duì)機(jī)器人滅火過(guò)程中所需達(dá)到的目的，通過(guò)對(duì)可能出現(xiàn)的各種情況進(jìn)行深入的分析，從而設(shè)計(jì)出較為完善的滅火機(jī)器人的結(jié)構(gòu)框架和控制策略，并利用相關(guān)的工具進(jìn)行裝配和調(diào)試。 三、課題的設(shè)計(jì)方案 (1) 查閱相關(guān)文獻(xiàn)，全面了解滅火機(jī)器人的工作原理與結(jié)構(gòu)； (2) 查閱相關(guān)文獻(xiàn),選擇合適的尋跡傳感器，火焰檢測(cè)模塊，以及避障模塊； (3) 請(qǐng)教相關(guān)老師選擇好驅(qū)動(dòng)電機(jī)； (4) 現(xiàn)場(chǎng)參觀相關(guān)機(jī)械，借鑒學(xué)習(xí)機(jī)器人的設(shè)計(jì)； (5) 請(qǐng)教工廠老師父學(xué)習(xí)了解滅火風(fēng)扇的設(shè)計(jì)與選擇； (6) 進(jìn)行算法設(shè)計(jì)，利用C 語(yǔ)言編寫控制程序。 四、課題的設(shè)計(jì)手段、工作計(jì)劃及步驟 1、采用的軟件：軟件主要用Pro-e：對(duì)所設(shè)計(jì)的滅火機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)體造型 2、設(shè)計(jì)工作計(jì)劃及步驟 2014.2.18~2014.3.22：查閱相關(guān)資料，了解能力風(fēng)暴智能機(jī)器人，智能滅火機(jī)械的結(jié)構(gòu)、工作原理，進(jìn)行資料翻譯等工作。 2014.3.23~2014.3. 31：制定控制策略方案及可行性分析，選擇相關(guān)的傳感器。 2014.4. 1~2014.4.20：針對(duì)現(xiàn)有智能機(jī)器人的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪制改造后的裝配圖，和重要零件的結(jié)構(gòu)圖。 2014.4.21~2014.5.10：確定控制策略的具體方案，并進(jìn)行傳感器和接口電路的連接。 2014.5. 11~2014.5.25：根據(jù)機(jī)器人控制策略編寫相應(yīng)的控制程序，并進(jìn)行整機(jī)測(cè)試。 2014.5.26~2014.6.3: 編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書、使用說(shuō)明書等，準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯； 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 指導(dǎo)教師意見： 1． 對(duì)“文獻(xiàn)綜述”的評(píng)語(yǔ)： 2． 對(duì)本課題的深度、廣度及工作量的意見和對(duì)設(shè)計(jì)（論文）結(jié)果的預(yù)測(cè)： 指導(dǎo)老師： 年 月 日 所在專業(yè)審查意見： 負(fù)責(zé)人： 年 月 日 8 機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文資料翻譯 教 科 部： 機(jī)械電子教科部 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 姓 名： 柳輝 學(xué) 號(hào)： 100007122 外 文 出 處： （用外文寫） 附 件： 英文和翻譯 指導(dǎo)老師評(píng)語(yǔ) 簽名： 年 月 日 注：請(qǐng)將該封面與附件裝訂成冊(cè)。