【正文】 第 1 頁(yè) 目 錄 摘要 ............................................................... 1 Abstract ........................................................... 2 1. 緒論 ............................................................ 1 課題背景 .................................................. 2 單吸盤輪式壁面爬行機(jī)器人 .................................. 3 磁吸附履帶式壁面爬行機(jī)器人 ................................ 8 2. 總體設(shè)計(jì) ........................................................ 12 機(jī)器人的功能分析 ............................................................... 12 零件說(shuō)明 ............................................................... 12 工作原理 ............................................................... 15 3. 機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) .................................................... 16 機(jī)械機(jī)構(gòu)總體布置說(shuō)明 ............................................................... 17 各部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 ............................................................... 17 機(jī)器人三個(gè)托盤的設(shè)計(jì)和布置 ........................................................... 17 連 接螺釘?shù)脑O(shè)計(jì)計(jì)算 ........................................................... 17 機(jī)器人的重量計(jì)算 ........................................................... 18 4. 氣動(dòng)回路設(shè)計(jì) .................................................... 20 氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的基本知識(shí) ............................................................... 20 氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理 ........................................................... 20 氣動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)的組成 ........................................................... 2 第 2 頁(yè) 0 氣動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)的分類 ........................................................... 20 氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn) ........................................................... 21 氣動(dòng)元件說(shuō)明 ............................................................... 22 氣動(dòng)馬達(dá) ........................................................... 22 氣動(dòng)控制元件 ........................................................... 22 流量控制閥 ........................................................... 22 方向控制閥 ........................................................... 23 氣動(dòng)執(zhí)行元件 ........................................................... 23 氣動(dòng)回路圖 ............................................................... 24 氣缸的選擇 ............................................................... 24 5. 控制部分 ........................................................ 26 結(jié)論 ............................................................... 29 參考文獻(xiàn) ........................................................... 30 致謝 ............................................................... 31 中英文摘要（此處省略） 1. 緒論 課題背景 機(jī)器人是傳統(tǒng)的機(jī)構(gòu)學(xué)與近代電子技 術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是計(jì)算機(jī)科學(xué)、控制論、機(jī) 第 3 頁(yè) 構(gòu)學(xué)、信息科學(xué)和傳感技術(shù)等多學(xué)科綜合性高科技產(chǎn)物，它是一種仿人操作、高速運(yùn)行、重復(fù)操作和精度較高的自動(dòng)化設(shè)備 。 機(jī)器人技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，不但使傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究發(fā)生根本性的變化，而且將對(duì)人類的社會(huì)生活產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響 。 我國(guó)從 1987 年實(shí)施國(guó)家 “863” 高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃以來(lái)，把智能機(jī)器人確立為自動(dòng)化領(lǐng)域的主體之一，在特種機(jī)器人、機(jī)器人應(yīng)用工程、機(jī)器人基礎(chǔ)學(xué)科等方面取得了很大成績(jī) 。 爬壁機(jī)器人是能夠在垂直陡壁上進(jìn)行作業(yè)的機(jī)器人，它作為高空極限作業(yè)的一種自動(dòng)機(jī)械裝置 ，越來(lái)越受到人們的重視 。 概括起來(lái)，爬壁機(jī)器人主要用于： (1) 核工業(yè)：對(duì)核廢液儲(chǔ)罐進(jìn)行視覺(jué)檢查、測(cè)厚及焊縫探傷等 。 (2) 石化企業(yè)：對(duì)圓柱形大罐或球形罐的內(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 。 壁面移動(dòng)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．按吸附機(jī)能來(lái)分，可分為真空吸附爬壁機(jī)器人與磁吸附爬壁機(jī)器人：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)壁面凹凸不平時(shí)，容易使吸盤漏氣，從而使吸附力下降，承載能力降低；磁吸附法可分為永磁鐵和電磁鐵兩種，要求壁面必須是導(dǎo)磁材料，但它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，吸附力遠(yuǎn)大于真空吸附方式，且對(duì)壁面的凹凸適應(yīng)性強(qiáng)，不存在真空吸附漏氣的問(wèn)題，因而當(dāng)壁面是導(dǎo)磁材料時(shí)優(yōu)先選用磁吸附爬壁機(jī)器人。移動(dòng)方式有車輪式、履帶式和足腳引式（分兩足和多足）等：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)壁面的適應(yīng)性強(qiáng)，著地面積大、不易轉(zhuǎn)彎；腳步行式移動(dòng)速度慢，但帶載 能力強(qiáng)．根據(jù)不同的吸附與移動(dòng)方式可以組成多種不同形式的壁面移動(dòng)機(jī)器人。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所特種機(jī)器人研究室從 1988 年開(kāi)始在國(guó)家 “863” 高技術(shù)的支持下，率先從事爬壁機(jī)器人的研究，已先后開(kāi)發(fā)出兩個(gè)系列共 5 個(gè)品種的爬壁機(jī)器人，處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先行列，在國(guó)際上也受到眾多同行的矚目 。 我們將分別介紹如下 。 單吸盤輪式壁面爬行機(jī)器人 我們研制的單吸盤輪式氣囊密封裝置的壁面移動(dòng)機(jī)器人，有吸附機(jī)構(gòu)和移動(dòng)機(jī)構(gòu)兩大部分，如圖 1 所示 .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。 第 4 頁(yè) 圖 11 單吸盤輪式氣囊密封結(jié)構(gòu) 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(guò)氣囊的變形來(lái)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(lái)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(guò)調(diào)節(jié)真空泵的電機(jī)電壓來(lái)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(guò)高而冷卻空氣較少而發(fā)熱。 ． 1 壁面爬行遙控檢查機(jī)器人 核廢液是儲(chǔ)放在儲(chǔ)存場(chǎng)地下的不銹鋼儲(chǔ)罐中，具有強(qiáng)的放射性腐蝕作用，國(guó)外只有少數(shù)國(guó)家能進(jìn)行廢液固化處理，其他大部分還只能用儲(chǔ)存罐存放，所以定期對(duì)罐壁狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)是當(dāng)務(wù)之急。壁面爬行遙控檢查機(jī)器人是國(guó)家＂ 863＂高技術(shù)計(jì)劃智能機(jī)器人主題之一，包括爬壁機(jī)器人、帶機(jī) 械手的運(yùn)載小車、遙控工作站和超聲檢測(cè)系統(tǒng)，由哈工大機(jī)器人研究所、沈陽(yáng)自動(dòng)化所等 5 家單位協(xié)同攻關(guān)，經(jīng)過(guò) 5年時(shí)間研制成功的我國(guó)第一臺(tái)能進(jìn)行遙控檢查的機(jī)器人，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到了 “863 51213” 技術(shù)合同，本項(xiàng)目獲 1995 年度航天工業(yè)總公司科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、 1996 年度國(guó)家科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。 我們研制的壁面爬行機(jī)器人是主題分系統(tǒng)之一，包括爬壁機(jī)器人本體和控制系統(tǒng)兩部分。其任務(wù)是攜帶超聲檢查系統(tǒng)、視覺(jué)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)對(duì)核廢液儲(chǔ)存罐罐壁焊縫缺陷及外觀進(jìn)行檢查，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)因核廢液腐蝕等原因造成的泄漏隱患，確保環(huán) 境安全，爬壁機(jī)器人本體圖 2所示。 第 5 頁(yè) 圖 12 壁面爬行遙控檢查機(jī)器人 （ 1） 主要技術(shù)指標(biāo) a) 機(jī)器人爬行速度： 0～ 2m/min( 無(wú)級(jí)可調(diào)