基于PLC的機(jī)器人本體設(shè)計(jì)【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 優(yōu)秀設(shè)計(jì) 第一章 緒論 言 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)器人已越來越多地進(jìn)入我們的生活領(lǐng)域，以機(jī)器人代替人類從事各種單調(diào)、重復(fù)、繁重、危險(xiǎn)以及有毒有害的工作是社會(huì)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)?，F(xiàn)代機(jī)器人一般分為兩大類：一類是工業(yè)機(jī)器人，主要指裝配、搬運(yùn)、焊接、噴漆等機(jī)器人。另一類是極限工作機(jī)器人，主要指在人難以到達(dá)的惡劣環(huán)境下代替人工作業(yè)的機(jī)器人。如：海底資源的勘測(cè)開發(fā)、空間人造衛(wèi)星的收發(fā)、戰(zhàn)場(chǎng)上的偵察和排險(xiǎn)、核放射場(chǎng)所的維護(hù)、高層建筑的壁面清洗、滅火救助等。作為極限作業(yè)機(jī)器人重要開發(fā)項(xiàng)目之一的壁面爬行機(jī)器人 近些年來得到了蓬勃的發(fā)展，受到了人們?cè)絹碓蕉嗟闹匾?，目前，國?nèi)外已經(jīng)有了相當(dāng)數(shù)量的爬壁機(jī)器人投入現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)。主要應(yīng)用如下： (1)核工業(yè)：對(duì)核廢液儲(chǔ)罐進(jìn)行視覺檢查、測(cè)厚及焊縫探傷等； (2)石化企業(yè)：對(duì)立式金屬罐或球形罐的內(nèi)外壁面進(jìn)行檢查或噴砂除銹、噴漆防腐； (3)建筑行業(yè)：噴涂巨型墻面、安裝瓷磚、壁面清洗、擦玻璃等； (4)消防部門：用于傳遞救援物資，進(jìn)行救援工作； (5)造船業(yè)：用于噴涂船體的內(nèi)外壁等。 動(dòng)機(jī)器人的研究發(fā)展概況 從移動(dòng)方式上看 ,移動(dòng)機(jī)器人可分為輪式、履帶式、腿式 (單腿式、雙腿式和多腿式 )和水下推進(jìn)式。本文重點(diǎn)放在輪式、履帶式機(jī)器人 ,對(duì)水下機(jī)器人和兩足人形機(jī)器人不做詳細(xì)討論。 外幾種典型應(yīng)用移動(dòng)機(jī)器人 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 1998年，美國卡耐基梅隴大學(xué)的 人研制了一種利用于檢測(cè)飛機(jī)身表面的爬行機(jī)器人 1。 美國國家科學(xué)委員會(huì)曾預(yù)言 :“ 20 世紀(jì)的核心武器是坦克 ,21 世紀(jì)的核心武器是無人作戰(zhàn)系統(tǒng) ,其 中 2000 年以后遙控地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)將連續(xù)裝 備部隊(duì) ,并走向戰(zhàn)場(chǎng)”。為此 ,從 80 年代開始 ,美國國防高級(jí)研究計(jì)劃局 (專門立項(xiàng) ,制定了地面天人作戰(zhàn)平臺(tái)的戰(zhàn)略計(jì)劃。從此 ,在全世界掀開了全面研究室外移動(dòng)機(jī)器人的序幕 ,如 “戰(zhàn)略計(jì)算機(jī)”計(jì)劃中的自主地面車輛 (計(jì)劃 (1983 1990) ,能源部制訂的為期 10 年的機(jī)器人和智能系統(tǒng)計(jì)劃 (1986 1995) ,以及后來的空間機(jī)器人計(jì)劃 ;日本通產(chǎn)省組織的極限環(huán)境下作業(yè)的機(jī)器人計(jì)劃 ;進(jìn)入 90 年代 ,隨著技術(shù)的進(jìn)步 ,移動(dòng) 機(jī)器人開始在更現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)上 ,開拓各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域 ,向?qū)嵱没M(jìn)軍。由美國 助研制的“丹蒂 足行走機(jī)器人 ,是一個(gè)能提供對(duì)高移動(dòng)性機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的了解和遠(yuǎn)程機(jī)器人探險(xiǎn)的行走機(jī)器人。它與其他機(jī)器人 ,如不同之處是它于 1994 年在斯珀火山的火山口中進(jìn)行了成功的演示 ,雖然在返回時(shí) ,在一陡峭的、泥濘的路上 ,失去了穩(wěn)定性 ,倒向了一邊 ,但作為指定的探險(xiǎn)任務(wù)早己完成。它機(jī)器人在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中 ,都需要人參與或支持。丹蒂計(jì)劃的主要目標(biāo)是為實(shí)現(xiàn)在充滿碎片的月球或其它星球的表面進(jìn)行探索而提供一種機(jī)器人解決方案。美 國 制的火星探測(cè)機(jī)器人索杰那于 1997年登上火星 ,這一事件向全世界進(jìn)行了報(bào)道。為了在火星上進(jìn)行長距離探險(xiǎn) ,又開始了新一代樣機(jī)的研制 ,命名為 并在 的巖溶流上和干枯的湖床上進(jìn)行了成功的實(shí)驗(yàn)。 法國，歐洲的重要工業(yè)化國家，其機(jī)器人工業(yè)近幾年發(fā)展很快，加上原有工業(yè)基礎(chǔ)較好，機(jī)器人的制造以及機(jī)器人在汽車工業(yè)中的應(yīng)用都出現(xiàn)了根本性的進(jìn)步在個(gè)別項(xiàng)目上，甚至超過了日本，例如在汽車裝配中，法國人已完成了用機(jī)器人裝配主表盤和前后玻璃等較難動(dòng)作，但是從機(jī)器人工業(yè)的整體看，較日本還相差甚遠(yuǎn)， 還有很長的路要走：法國在機(jī)器人研究中有一套較具規(guī)模的研究系統(tǒng)，主要是由政府研究機(jī)構(gòu)和高校組成，企業(yè) (特別是大企業(yè) )投入較少。法國人的研究側(cè)重于基礎(chǔ)理論的研究，并取得了一定成績，例如法國自主開發(fā)的機(jī)器人編輯語言 被推廣到英、德等國。但是研究工作存在著與實(shí)際脫節(jié)的問題，類似于美國大學(xué)中的研究法國近幾年研究水平的提高，很大程度上受益于法國國家發(fā)展機(jī)器人及自動(dòng)化的 是這一買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 計(jì)劃對(duì)推動(dòng)機(jī)器人工業(yè)的作用并不大。法國機(jī)器人保有量 接機(jī)器人和搬運(yùn)機(jī)器人最多，塑料鑄模清機(jī)器 人列第三，機(jī)械加工機(jī)器人和裝配機(jī)器人列第四和第五位。 里卡計(jì)劃中公共安全用高級(jí)機(jī)器人計(jì)劃 (在法國機(jī)器人工業(yè)的發(fā)展過程中，除了法國國家發(fā)展機(jī)器人及自動(dòng)化的劃； (1983 1987 年 )之外，還有另一個(gè)計(jì)劃對(duì)法國機(jī)器人工業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了重要影響這就是尤里卡計(jì)劃中公共安全用高級(jí)機(jī)器人計(jì)劃（ 大利和西班牙的合作開發(fā)計(jì)劃，希望通過該計(jì)劃的實(shí)施推動(dòng)歐洲第三代機(jī)器人的發(fā)展。 計(jì)劃主要開發(fā)用于有害、不安全、人無法進(jìn)人或?qū)θ瞬皇孢m環(huán)境中進(jìn)行有關(guān)公共安全的監(jiān)視及 救災(zāi)用機(jī)器人 預(yù)定中的應(yīng)用目標(biāo)有：反恐怖活動(dòng)，有害區(qū)域的監(jiān)視，工業(yè)災(zāi)害的監(jiān)視，火災(zāi)的預(yù)防及救援，自然災(zāi)害和交通事故的預(yù)防和救援。這一計(jì)劃擬四年（ 1987 1991 年 )內(nèi)完成。計(jì)劃分三個(gè)階段進(jìn)行：第一階段是概念設(shè)計(jì) 務(wù)分析、系統(tǒng)功能確定、系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)及確定子系統(tǒng)，制定有關(guān)領(lǐng)域的預(yù)研計(jì)劃；第二階段是設(shè)計(jì)階段系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)，定研究計(jì)劃，仿真及模型制作；第三階段是制造、組裝、測(cè)試、試用。在目前選定的方案中， 統(tǒng)由二臺(tái)機(jī)器人 一野外快速巡邏 機(jī)器人，活動(dòng)范圍是 30要任務(wù)是運(yùn)送 監(jiān)測(cè) 其上安裝視覺和許多非視覺傳感器，高速平行計(jì)算機(jī)，機(jī)械手及各種工具。采用自治式控制。 四對(duì)可擺動(dòng)的雙輪 長距離移動(dòng)時(shí)由 載。為了能在高溫氣流下工作，帶有冷卻子系統(tǒng)。 歐洲尤里卡中的機(jī)器人計(jì)劃等。初期的研究 ,主要從學(xué)術(shù)角度研究室外機(jī)器人的體系結(jié)構(gòu)和信息處理 ,并建立實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證。雖然由于 80 年代對(duì)機(jī)器人的智能行為期望過高 ,導(dǎo)致室外機(jī)器人的研究未達(dá)到預(yù)期的效果 ,但卻帶動(dòng)了相關(guān)技術(shù)的發(fā)展 ,為探討人 類研制智能機(jī)器人的途徑積累了經(jīng)驗(yàn) ,同時(shí) ,也推動(dòng)了其它國家對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的研究與開發(fā)。 壁 機(jī)器人的研究發(fā)展概況 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 爬壁機(jī)器人必須具有兩個(gè)基本功能：在壁面上的吸附功能和移動(dòng)功能。傳統(tǒng)爬壁機(jī)器人 ： 吸附功能 分類 ： 真空吸附和磁吸附兩種形式：真空吸附法又分為單吸盤和多吸盤兩種結(jié)構(gòu)形式，具有不受壁面材料限制的優(yōu)點(diǎn)，但當(dāng)壁面凸 凹不平時(shí)，容易使吸盤漏氣，從而使吸附力下降，承載能力降低；磁吸附法可分為電磁體和永磁體兩種，電磁體式維持吸附力需要電力，但控制較方便。永磁體式不受斷電的影響，使用中安全可靠，但控制較為麻煩。磁吸附方式對(duì)壁面的凸凹適應(yīng)性強(qiáng)，且吸附力遠(yuǎn)大于真空吸附方式，不存在真空漏氣的問題，但要求壁面必須是導(dǎo)磁材料，因此嚴(yán)重地限制了爬壁機(jī)器人的應(yīng)用環(huán)境。 爬壁機(jī)器人按移動(dòng)功能分主要是吸盤式、車輪式和履帶式。吸盤式能跨越很小的障礙，但移動(dòng)速度慢；車輪式移動(dòng)速度快、控制靈活，但維持一定的吸附力較困難；履帶式對(duì)壁面適應(yīng)性強(qiáng)，著地面積 大，但不易轉(zhuǎn)彎。而這三種移動(dòng)方式的跨越障礙能力都很弱驅(qū)動(dòng)方式有兩種：真空式由氣缸驅(qū)動(dòng)，磁吸附式由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。氣缸和電機(jī)不僅質(zhì)量大，增加機(jī)器人本體的重量，而且效率很低，能耗非常大。供電能源：目前機(jī)器人的電能供給均采用有纜接電方式或者是較大的蓄電池 有纜方式使機(jī)器人的移動(dòng)不方便，工作受到一定的影響，而且電纜在壁面上產(chǎn)生摩擦，具有一定的危險(xiǎn)性；而蓄電池質(zhì)量大，增加機(jī)器人的自身重量，并且供電的時(shí)間有限。 移動(dòng)方式 分類 ： 移動(dòng)機(jī)器人可分為輪式、履帶式、腿式 (單腿式、雙腿式和多腿式 )和水下推進(jìn)式。本文重點(diǎn) 放在輪式、履帶式機(jī)器人 ,對(duì)水下機(jī)器人和兩足人形機(jī)器人不做詳細(xì)討論。 日本應(yīng)用技術(shù)研究所研制出了車輪式磁吸附爬壁機(jī)器入，它可以吸附在各種大型構(gòu)造物如油罐、球形煤氣罐、船舶等的壁面，代替人進(jìn)行檢查或修理等作業(yè)。這種爬壁機(jī)器人靠磁性車輪對(duì)壁面產(chǎn)生吸附力，其主要特征是：行走穩(wěn)定速度快，最大速度可達(dá) 9m 用于各種形狀的壁面，且買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 不損壞壁面的油漆。 1989年日本東京工業(yè)大學(xué)的宏油茂男研究開發(fā)了吸盤式磁吸附爬壁機(jī)器人，吸盤與壁面之間有一個(gè)很小的傾斜角度，這樣吸盤對(duì)壁面的吸力仍然很大，每個(gè)吸盤分別由一個(gè)電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)， 與壁面線接觸的吸盤旋轉(zhuǎn)，爬壁機(jī)器人就隨著向前移動(dòng)，這種吸附機(jī)構(gòu)的吸附力可以達(dá)到很大。我國哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所已經(jīng)成功研制出單吸盤真空吸附車輪行走式爬壁機(jī)器人和永磁鐵吸附履帶行走式爬壁機(jī)器人。單吸盤輪式壁面移動(dòng)機(jī)器人，有吸附機(jī)構(gòu)和移動(dòng)機(jī)構(gòu)兩大部分，移動(dòng)機(jī)構(gòu)由電機(jī)、減速器、車輪構(gòu)成，吸附機(jī)構(gòu)包括真空泵、壓力調(diào)節(jié)閥、密封機(jī)構(gòu)等。真空泵是產(chǎn)生負(fù)壓的裝置，其功能是不斷地從負(fù)壓腔內(nèi)抽出空氣，使負(fù)壓腔內(nèi)形成一定程度的真空度。為維持機(jī)器人負(fù)壓腔內(nèi)的負(fù)壓，還需要有密封機(jī)構(gòu)，使機(jī)器人可靠地吸附在壁面上并產(chǎn)生足夠的正壓力， 從而使驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生足夠的摩擦力以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)功能。由于氣囊密封裝置具有較好的彈性，在壁面有凹凸時(shí)，通過氣囊的變形來減小縫隙的高度，可使機(jī)器人具有一定的越障能力，且充氣量可由調(diào)節(jié)閥來控制。調(diào)節(jié)彈簧的作用有兩個(gè)：一是為密封圈提供密封所必需的正壓力，二是提高氣墊對(duì)壁面的適應(yīng)能力，還可起到減震的作用。負(fù)壓的控制通過調(diào)節(jié)真空泵的電機(jī)電壓來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，同時(shí)采用負(fù)壓傳感器作為檢測(cè)元件，實(shí)時(shí)檢測(cè)負(fù)壓的變化，為調(diào)整壓力提供依據(jù)。設(shè)置壓力調(diào)節(jié)閥改變機(jī)器人本體內(nèi)的真空度，可防止真空泵因腔內(nèi)真空度過高而冷卻空氣較少而發(fā)熱。磁吸附履 帶式爬壁機(jī)器人采用的是雙履帶永磁吸附結(jié)構(gòu)， （ 如圖 所示，在履帶一周上安裝有數(shù)十個(gè)永磁吸附塊，其中的一部分緊緊地吸附在壁面上，并形成一定的吸附力，通過履帶 (由鏈條和永磁塊組成 )使機(jī)器人貼附在壁面上。機(jī)器人在壁面上的移動(dòng)靠履帶來完成，移動(dòng)時(shí)，履帶的旋轉(zhuǎn)使最后的吸附塊在脫離壁面的同時(shí)又使上面的一個(gè)吸附塊吸附于壁面，這樣周而復(fù)始，就實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人在壁面上的爬行。 內(nèi)外爬壁機(jī)器人的現(xiàn)狀 日本應(yīng)用技術(shù)研究所研制出了車輪式磁吸附爬壁機(jī)器 人（如圖 3，它可以吸附在各種大型構(gòu)造物如油罐、球形煤氣罐、船 舶等的壁面，代替人進(jìn)行檢查或修理等作業(yè)。這種爬壁機(jī)器人靠磁性車輪對(duì)壁面產(chǎn)生吸附力，其主要特征是：行走穩(wěn)定速度快，最大速度可達(dá) 9m 用于各種形狀的壁面，買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 且不損壞壁面的油漆。 圖 輪式磁吸附爬堵機(jī)器人 1989年 日本 東京工業(yè)大學(xué)的宏油茂男研究開發(fā)了吸盤式磁吸附爬壁機(jī)器人，吸盤與壁面之間有一個(gè)很小的傾斜角度，這樣吸盤對(duì)壁面的吸力仍然很大，每個(gè)吸盤分別由一個(gè)電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)，與壁面線接觸的吸盤旋轉(zhuǎn)，爬壁機(jī)器人就隨著向前移動(dòng)，這種吸附機(jī)構(gòu)的吸附力可以達(dá)到很大。 我國 哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所已經(jīng)成功 研制出單吸盤真空吸附車輪行走式爬壁機(jī)器人和永磁鐵吸附履帶行走式爬壁機(jī)器人。單吸盤輪式壁面移動(dòng)機(jī)器人，有吸附機(jī)構(gòu)和移動(dòng)機(jī)構(gòu)兩大部分，移動(dòng)機(jī)構(gòu)由電機(jī)、減速器、車輪構(gòu)成，吸附機(jī)構(gòu)包括真空泵、壓力調(diào)節(jié)閥、密封機(jī)構(gòu)等。真空泵是產(chǎn)生負(fù)壓的裝置，其功能是不斷地從負(fù)壓腔內(nèi)抽出空氣，使負(fù)壓腔內(nèi)形成一定程度的真空度。為維持機(jī)器人負(fù)壓腔內(nèi)的負(fù)壓，還需要有密封機(jī)構(gòu)，使機(jī)器人可靠地吸附在壁面上并產(chǎn)生足夠的正壓力，從而使驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生足夠的摩擦力以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)功能。由于氣囊密封裝置具有較好的彈性，在壁面有凹凸時(shí)，通過氣囊的變形來減小縫隙的高 度，可使機(jī)器人具有一定的越障能力，且充氣量可由調(diào)節(jié)閥來控制。調(diào)節(jié)彈簧的作用有兩個(gè)：一是為密封圈提供密封所必需的正壓力，二是提高氣墊對(duì)壁面的適應(yīng)能力，還可起到減震的作用。負(fù)壓的控制通過調(diào)節(jié)真空泵的電機(jī)電壓來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，同時(shí)采用負(fù)壓傳感器作為檢測(cè)元件，實(shí)時(shí)檢測(cè)負(fù)壓的變化，為調(diào)整壓力提供依據(jù)。設(shè)置壓力調(diào)節(jié)閥改變機(jī)器人本體內(nèi)的真空度，可防止真空泵因腔內(nèi)真空度過高而冷卻空氣較少而發(fā)熱。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 2諧波減速器 3鏈輪 4單元吸附塊 5框架 6鏈條 圖 吸附爬壁機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)示意圖 磁吸附履帶式爬壁 機(jī)器人采用的是雙履帶永磁吸附結(jié)構(gòu)（如圖 示，在履帶一周上安裝有數(shù)十個(gè)永磁吸附塊，其中的一部分緊緊地吸附在壁面上，并形成一定的吸附力，通過履帶 (由鏈條和永磁塊組成 )使機(jī)器人貼附在壁面上。機(jī)器人在壁面上的移動(dòng)靠履帶來完成，移動(dòng)時(shí)，履帶的旋轉(zhuǎn)使最后的吸附塊在脫離壁面的同時(shí)又使上面的一個(gè)吸附塊吸附于壁面，這樣周而復(fù)始，就實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人在壁面上的爬行。 壁機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì) 由于傳統(tǒng)爬壁機(jī)器人具有很多的不足之處 (如對(duì)壁面的材料和形狀適應(yīng)性不強(qiáng)，跨越障礙物的能力弱，體積大，質(zhì)量重等 )，因此未來爬壁機(jī)器人的 結(jié)構(gòu)應(yīng)該向著實(shí)用化的方向發(fā)展。 附裝置 最近幾年，美、英、俄等國的研究小組真正揭示了壁虎在墻上爬行的秘密，這個(gè)秘密就是分子間的作用力一范德華力。范德華力是中性分子彼此距離非常近時(shí)產(chǎn)生的一種微弱電磁引力?？茖W(xué)家在顯微鏡下發(fā)現(xiàn)，壁虎腳趾上約有 650萬根次納米級(jí)的細(xì)毛，每根細(xì)毛直徑約為 200至 500納米，約是人類毛發(fā)的直徑的十分之一。這些細(xì)毛的長度是人類毛發(fā)直徑的 2倍，毛發(fā)前端有 100 1000買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 個(gè)類似樹狀的微細(xì)分枝，每分枝前端有細(xì)小的肉趾，這種精細(xì)結(jié)構(gòu)使得細(xì)毛與物體表面分子間的距離非常近，從而產(chǎn)生分 子引力。雖然每根細(xì)毛產(chǎn)生的力量微不足道，但累積起來就很可觀。根據(jù)計(jì)算，一根細(xì)毛能夠提起一只螞蟻的重量，而一百萬根細(xì)毛雖然占地不到一個(gè)小硬幣的面積，但可以提起二十公斤力的重量。如果壁虎腳上 650萬根細(xì)毛全部附著在物體表面上時(shí)，可吸附住質(zhì)量為 133千克的物體，這相當(dāng)于兩個(gè)成人的質(zhì)量?？茖W(xué)家說，壁虎實(shí)際上只使用一個(gè)腳，就能夠支持整個(gè)身體。從壁虎腳的附著力得到的啟示可用于研制爬壁機(jī)器人。在分析壁虎生物原型吸附的功能原理和作用機(jī)理的基礎(chǔ)上，運(yùn)用類比，模擬和模型方法，通過高分子材料化學(xué)，工程材料科學(xué)，力學(xué)和機(jī)械學(xué)的交叉研究，探索出一種與壁虎腳趾表面結(jié)構(gòu)相近的，經(jīng)物理改進(jìn)的極性高分子材料(人造壁虎仿生腳干性粘合劑 )，并應(yīng)用精密微機(jī)械加工的手段，設(shè)計(jì)并制作模擬壁虎腳趾的吸附裝置，該吸附裝置將適應(yīng)于各種材質(zhì) (如玻璃，粉墻和金屬等 )和任意形狀的表面 (如平面，柱面，弧面和拐角等 )。這種裝置如果研制成功將使爬壁機(jī)器人的實(shí)用化邁出堅(jiān)實(shí)的一大步。 動(dòng)方式 在移動(dòng)機(jī)器人中，輪式和履帶式移動(dòng)方式已獲得廣泛的應(yīng)用，但是足式移動(dòng)方式具有輪式和履帶式所沒有的優(yōu)點(diǎn)。足式移動(dòng)方式的機(jī)器人可以相對(duì)較容易地跨過比較大的障礙 (如溝、坎等 )，并 且機(jī)器人的足所具有的大量的自由度可以使機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)更加靈活，對(duì)凸凹不平的地形適應(yīng)能力更強(qiáng)。足式機(jī)器人的立足點(diǎn)是離散的，跟壁面接觸的面積小，可以在可達(dá)到的范圍內(nèi)選擇最優(yōu)支撐點(diǎn)，即使在表面極度不規(guī)則的情況下，通過嚴(yán)格選擇足的支撐點(diǎn)，也能夠行走自如。正是由于足式結(jié)構(gòu)多樣、運(yùn)動(dòng)靈活，適應(yīng)于各種形狀的壁面上，而且能夠跨越障礙物，因此足式結(jié)構(gòu)將在爬壁機(jī)器人上有著較好的應(yīng)用前景。 動(dòng)設(shè)備 傳統(tǒng)伺服電機(jī)因功率重量比低，必須安裝在遠(yuǎn)離驅(qū)動(dòng)的地方，而且電機(jī)高速運(yùn)行后需有減速齒輪來降低速度，致使傳動(dòng)系統(tǒng)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)累 贅，不能滿足實(shí)用化的要求，為此需要研制利用功能材料構(gòu)成的體積小、重量輕、高效率密買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 度的新型電機(jī)。微特電機(jī)所組成的驅(qū)動(dòng)伺服系統(tǒng)和位置速度傳感系統(tǒng)是機(jī)器人關(guān)鍵部件，研制開發(fā)直接驅(qū)動(dòng)、大力矩、小體積、重量輕、精度高、反應(yīng)靈敏、工作可靠的各類微特電機(jī)是提高我國機(jī)器人的研究開發(fā)水平，滿足國內(nèi)機(jī)器人高性能微特電機(jī)的基礎(chǔ)保障。因此微特電機(jī)在機(jī)器人應(yīng)用的前景是非常樂觀的，而且要求微特電機(jī)技術(shù)的發(fā)展，滿足機(jī)器人智能化、可靠、靈活、長壽命的需要。因此爬壁機(jī)器人使用微特電機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)可歸納為朝高精度、高可靠性、直接驅(qū)動(dòng)、新原理 、新結(jié)構(gòu)、機(jī)電一體化、超微化方向發(fā)展。超聲波電機(jī)是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)和超聲振動(dòng)，將彈性材料 (壓電陶瓷 )的微觀形變通過共振放大和摩擦耦合轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子或滑塊的宏觀運(yùn)動(dòng)。由于其獨(dú)特的運(yùn)行機(jī)理，超聲波電機(jī)具有傳統(tǒng)電磁式電機(jī)不具備的優(yōu)點(diǎn)： (1)靠摩擦力驅(qū)動(dòng)，因而斷電后具有自鎖功能，不需制動(dòng)裝置； (2)轉(zhuǎn)矩密度大，低開放系統(tǒng)的核心技術(shù)是軟件技術(shù)，開放系統(tǒng)軟件體系是 裝置以及通信網(wǎng)絡(luò)的選擇和配置。系統(tǒng)功能的大部分要通過整個(gè)系統(tǒng)集成的核心內(nèi)涵。 人機(jī)界面 (系表現(xiàn)出來。 課題主要研究內(nèi)容 的 ： 在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的今天，服務(wù)行業(yè)越來越被人們所重視。隨之以來的服務(wù)行機(jī)器人也誕生了。爬行機(jī)器人可以仿人移動(dòng)，代替人們?cè)谖ｋU(xiǎn)的領(lǐng)域工作。如在 15 50 層的高層建筑清洗玻璃時(shí)，由于上部氣流強(qiáng)，玻璃表面光滑容易出現(xiàn)事故，清洗效率低等問題。但使用爬行清洗機(jī)器人就可以避免以上情況很好的代替人類去完成危險(xiǎn)的工作。 求 ： 本課題 研究的最終目標(biāo)是為了城市樓宇清潔業(yè)提供一種可以代替人工進(jìn)行高層建筑外壁面自動(dòng)清洗的專用爬壁機(jī)器人系統(tǒng)。首要的目標(biāo)是機(jī)器人系統(tǒng)爬行的可靠和靈活、清洗作業(yè)裝置的高效率，在此基礎(chǔ)上，盡可能使系統(tǒng)小型買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 化、輕量化、操作合理方便，并且具有較高的爬升和壁面適應(yīng)能力。 務(wù)： 對(duì)爬壁機(jī)器人的作業(yè)情況和要求，對(duì) 整個(gè)機(jī)器人的系統(tǒng)進(jìn)行總體分析 ，包括移動(dòng)機(jī)構(gòu)的選取、吸附功能的實(shí)現(xiàn)、驅(qū)動(dòng)方式的選擇、以及控制系統(tǒng)的選用。 總體分析、設(shè)計(jì)。 機(jī)器人要進(jìn)行高層墻壁的清洗工作，應(yīng)具有在 墻壁上轉(zhuǎn)向和前后移動(dòng)的功能。另一方面，由于玻璃表面比較光滑，所以要求機(jī)器人必須要有較強(qiáng)的壁面適應(yīng)能力，并能跨越一定的障礙。 制系統(tǒng)要適應(yīng)壁面清洗機(jī)器人的作業(yè)要求，必須保證操作可靠方便、功能齊全。采用主從式的控制結(jié)構(gòu)，以上位機(jī)性能的 作者通過上位機(jī)進(jìn)行操作。 過分析要得出機(jī)器人在墻壁吸附的可能性，可靠性。為機(jī)器人控制提供理論基礎(chǔ)。 論依據(jù)，以驗(yàn)證論文的正確性 和有效性。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 第二章 壁面爬行機(jī)器人的系統(tǒng)組成 統(tǒng)概況和關(guān)鍵結(jié)構(gòu) 機(jī)器人能夠在地面和垂直的玻璃幕墻等工作面上爬行 ,主要由行走及轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、保險(xiǎn)裝置、吸附機(jī)構(gòu)、吸盤組導(dǎo)向和提升裝置以及控制系統(tǒng)組成。 圖 面清洗機(jī)器人的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 走機(jī)構(gòu) 行走機(jī)構(gòu)模仿坦克履帶結(jié)構(gòu)。坦克采用雙履帶行走和 轉(zhuǎn)向 ,對(duì)于爬壁機(jī)器人 , 爬行中底部的履帶要通過吸盤吸附在工作面上 ,如果采用雙履帶 ,機(jī)器人轉(zhuǎn)向理論上不易實(shí)現(xiàn) , 因此決定采用單履帶模式。在一封 閉鏈 條上安裝吸盤形成一條行走履帶 ,通過前后兩個(gè)直徑為 122 鏈輪 , 來支撐驅(qū)動(dòng)履帶 , 并買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 象坦克一樣 ,在鏈輪上方設(shè)置支撐張緊輪。前輪用來控制爬行的方向 ,一個(gè)直流伺服電機(jī)來控制前輪轉(zhuǎn)向 , 后輪用于驅(qū)動(dòng)爬行 ,由一 直流 伺服電機(jī)來驅(qū)動(dòng) ,電機(jī) A， 定轉(zhuǎn)速 200r/積小 ,單位體積功率大。電機(jī)驅(qū)動(dòng)后輪驅(qū)使機(jī)器人向前運(yùn)動(dòng) ,當(dāng) 電機(jī) 驅(qū)動(dòng)前輪偏轉(zhuǎn)一定角度 , 前部鏈條會(huì)隨之轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度 ,因而 , 機(jī)器人會(huì)改變其前進(jìn)方向 , 所以 ,鏈條具有一定的柔性對(duì)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向很重要 , 鏈條的每一關(guān)節(jié)可偏轉(zhuǎn) 2. 4 。轉(zhuǎn)向的實(shí)現(xiàn)問題在下面進(jìn)一步探討。 附機(jī)構(gòu) 吸附機(jī)構(gòu)由安裝在鏈條上的 13組吸盤及真空發(fā)生器等組成 ,如（ 圖 所示 ,一系列鏈條連接板依次等間距安裝在鏈條上 ,吸盤安裝在吸盤支撐板上 , 吸盤支撐板和鏈條連接板之間通過連桿和彈簧相連 , 由于連桿和鏈條連接板間可以滑動(dòng) ,因此 ,吸盤組在有比較小的障礙的墻面上 , 可以象蠕蟲一樣產(chǎn)生避讓動(dòng)作 ,使機(jī)器人可以越過障礙 ,每 組吸盤由 4 個(gè) 0 ( i = 1 , ,5) (假設(shè)作用在支撐輪上的力不加考慮 ,認(rèn)為墻壁對(duì)機(jī)器人的反作用力只作用在與墻壁接觸的吸盤上 , 由此靜態(tài)下 , 機(jī)器人在 x 、 y 方向受力 分別滿足 : 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 51( ) 0= (51G - 0 (所受的平衡力矩為 (以 O 點(diǎn)為參照點(diǎn) ) : 51( ) ( i - 1 ) p = G (并假定各個(gè)吸盤的真空度是均衡的 ,則作用在吸盤上的吸力為 : V = (式中 : s 每組吸盤總的吸附面積 ; v 工作吸盤內(nèi)的真空度。 為了方便計(jì)算 ,假設(shè)幾個(gè)約定條件 , 設(shè)作用于吸盤上的支撐力 i = 1 , ,5) 形成一對(duì)力偶 ,并且從 例增加 ,以上假設(shè)用下式表示為 : 2 - 1 = 1 - ( i = 1 ,2 ,3) (聯(lián)解式 (3) , (4) , (5) ,得到 ( i = 1 , ,5) 表示式 : i 3 G d G V - +1 0 p 1 0 p i (理論上 ,由式 (8) 可知 ,只要滿足 1 N 0 ,則條件 (2) 滿足條件 ,求得 : 5 V ， （ 2） 13ci ，現(xiàn) 1113 9 4 . 90 . 2 0 . 0 0 5 ， （ 2）要求： 1132 ， 現(xiàn) 111 1 1 1 1053 2 3 2 0 . 0 0 1 0 . 0 0 5= 創(chuàng)， （ 由上可見滿足要求 。 （ 5）計(jì)算 阻和電容 取 0 40，則 0 1 0 . 2 6 4 0 4 1 0 . 4 R k k= 碬 =W， 取 410。 630 . 0 3 5 1 0 0 . 0 8 74 1 0 1 0 = =， 取 m ， （ 6304 4 0 . 0 0 5 1 0 0 . 54 0 1 0C F FR = ?，取 0. 47 （ 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 （ 7） 校驗(yàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)量 ： m a x*% 2 ( )n n =? ， （ 當(dāng) h=5時(shí)， （ 而 3 . 7 8 1 6 4 . 4 / m i 1 8D = = =， （ 因此 7 . 5 1 6 4 . 4 0 . 0 0 7% 8 1 . 2 % 2 9 . 2 % 1 0 %3 . 7 2 0 0 0 . 2 創(chuàng)創(chuàng) =0) 讀緩沖區(qū)字符 0 5313上電常通標(biāo)志位 1) 100 201 0100 3500微分指令 3500 3004 3單元中 131) 束語： 按照上述設(shè)計(jì)方法和流程圖，可以很方 便地實(shí)現(xiàn)上位機(jī) 率高，可靠性好，程序設(shè)計(jì)簡單，減輕了整個(gè)控制系統(tǒng)軟件的研制工作量，很好地滿足了移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的需要。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 入： 00000 總開關(guān) 00001 電機(jī) 器人向前移動(dòng)） 00002 電機(jī) 器人向后移動(dòng)） 00003 電機(jī) 器人向左移動(dòng)） 00004 電機(jī) 器人向右移動(dòng)） 00005 繼電器關(guān)斷（清洗裝置與玻璃表面 接觸） 00006 繼電器接通 （清洗裝置與玻璃表 面分開） 出 10000 指示燈（總開關(guān)接通） 10001 電機(jī) 器人前進(jìn)） 10002 電機(jī) 器人后退） 10003 電機(jī) 器人左轉(zhuǎn)） 10004 電機(jī) 器人右轉(zhuǎn)） 形圖 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 圖 形圖 利用控制系統(tǒng) 17程序 18控制電機(jī) ，從而使機(jī)器人前進(jìn)、后退等動(dòng)作 ，使機(jī)器人完成在墻壁上作業(yè)。 0000000003 01004 0100000001 01000 01002 0000500002 00005010000100100004 01003 010000100001001010020100301004紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 結(jié)論 本論文在 查閱了 大量的參考文獻(xiàn)和大量質(zhì)料 基礎(chǔ)上對(duì)機(jī)器人本體、控制系統(tǒng)、 行了深入、系統(tǒng)的研究。 機(jī)器人的本體設(shè)計(jì)包括設(shè)計(jì)機(jī)器人的 行走機(jī)構(gòu)、吸附機(jī)構(gòu)、 吸盤組導(dǎo)向和提升裝置、清洗裝置以及機(jī)器人轉(zhuǎn)向和安