【正文】 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。 (3) 建筑行業(yè)：噴涂巨型墻面、安裝瓷磚、壁面清洗、擦玻璃等 。 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，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) 。 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 。 (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 。 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。 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。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。 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。機(jī)器人本體實(shí)現(xiàn)在壁面上的吸附與移動(dòng)，并能攜帶兩臺(tái)攝像頭，一臺(tái)超聲波探頭和兩臺(tái)照明設(shè)備，對(duì)核廢液儲(chǔ)存罐罐壁焊縫缺陷及外觀進(jìn)行檢查。（ 2）全方位車輪的控制系統(tǒng)是由工業(yè)計(jì)算機(jī) STD 總線為中心，通過計(jì)算機(jī)編程，控制 4 臺(tái)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，使計(jì)算機(jī)在壁面上以不同的速度進(jìn)行全方位移動(dòng)。如能利用爬壁機(jī)器人代替人工作業(yè)，既消除了人工作業(yè)的危險(xiǎn)性，又減少了人力物力的浪費(fèi)，提高了工作效率，這勢(shì)必將會(huì)帶來清洗業(yè)的一次革命。 b) 爬行速度： 0～ 10m／ min。 f) 行走方式：雙輪式，無級(jí)調(diào)速 。 c) 卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)：主要起著承擔(dān)電纜及水管重量的任務(wù)，并且起到保險(xiǎn)作用，工作時(shí)放在高樓的頂部，由普通交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。爬壁機(jī)器人的性質(zhì)決定了對(duì)控制系統(tǒng)的可靠性有較高的要求，我們選用的是德國(guó)西門子公司的 S7200 型 PLC，包括一個(gè) CPU214 基本單元和兩個(gè)擴(kuò)展模塊 EM235。 ． 3 CLRII 型壁面清洗機(jī)器人 根據(jù)清洗行業(yè)急需清洗高層建筑玻璃幕墻清洗設(shè)備的要求，我們?cè)? I 型基礎(chǔ)上開發(fā)了專為清洗玻璃幕墻的 CLRII 型壁面清洗機(jī)器人，并于 1998 年得到國(guó)家 “863” 高科技機(jī)器人計(jì)劃資助。 f) 安全機(jī)構(gòu)： 帶安全吊掛小車，吊掛小車的伸臂可調(diào)，高度為 ～ 。 2) 清洗裝置：由噴霧嘴、擦洗器及雨刮組成。 4) 保險(xiǎn)裝置：主要用來懸掛給送水裝置和控制器，并實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的安全保護(hù)。整個(gè)控制系統(tǒng)小型化、輕型化，可直接吊掛在機(jī)器人本體上方。 磁吸附履帶式壁面爬行機(jī)器人 由于永磁鐵吸附不許外部能量，易于控制，我們研制的磁吸附爬壁機(jī)器人采用的是雙履帶永磁吸附結(jié)構(gòu)，如圖 4 所示。 (1) 主要技術(shù)指標(biāo) a) 吸附方式：永磁吸附； b) 移動(dòng)機(jī)構(gòu)：雙履帶； c) 移動(dòng)速度： 2～ 8m／ min。 g) 工作壁面：直徑 11～ 12m 金屬罐壁。 3) 噴砂除銹裝置采用鋼制件，含 氣泵、儲(chǔ)砂桶、噴砂高壓膠管等，氣源壓力在 ～ 左右。 (3) 控制系統(tǒng) 第 10 頁 由于爬壁機(jī)器人的作業(yè)環(huán)境惡劣，本控制系統(tǒng)采用 STD 總線工業(yè)控制機(jī)，它能夠適應(yīng)控制現(xiàn)場(chǎng)的震動(dòng)、灰塵、潮濕、有害氣體和各種電磁干擾，具有較高的可靠性和靈活的外圍模板配置。遙控器采用 STD 工控機(jī)的遙控系統(tǒng)，遙控距離 ≥25m ，控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)、噴涂、測(cè)厚等，操作方便。 圖 16 水冷壁爬管機(jī)器人 (1) 具體技術(shù)指標(biāo) a) 吸附方式：永磁吸附； b) 移動(dòng)機(jī)構(gòu)：履帶式； c) 移動(dòng)速度： 2～ 8m/min。 g) 作業(yè)功能：帶附件后 ，能實(shí)現(xiàn)清掃、敲渣、測(cè)厚、打標(biāo)記等。敲渣電機(jī)帶動(dòng)棘輪棘爪機(jī)構(gòu)，使鋼錘間歇性地敲打管壁表面，實(shí)現(xiàn)對(duì)管壁表面結(jié)渣部分的清除。電機(jī)采用日本松下的交流伺服電機(jī) MSM042A1，驅(qū)動(dòng)器采用相配套的交流數(shù)字伺服單元 MSD043A1XB。但由于機(jī)器人最大的爬升高度為 2~3 米，如果采用液壓傳動(dòng)作為動(dòng)力，油液的傳送、油管的布置和現(xiàn)場(chǎng)施工中液壓有的獲得都是難以解決的問題，此外，液壓油的重量也會(huì)對(duì)機(jī)器人整體重量產(chǎn)生巨大影響。配合安裝與氣缸上進(jìn)行行程控制的電磁閥可以很容易地實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制要求。 2．托盤一 材料為硬鋁，其周圍是輪齒，其下面的軸與托盤二上裝的軸承聯(lián)接。四個(gè)小螺紋孔用來安裝四根滑桿，滑桿的作用下面提到。 6．氣缸支架 材料為 45 號(hào)鋼，用來固定氣缸，使氣缸與托盤一可以很好的聯(lián)接在一起，不會(huì)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 10．直線軸承 標(biāo)準(zhǔn)件 11．軸承 6210 標(biāo)準(zhǔn)件，型號(hào) GB/T2761994，安裝在托盤二上。 15．焊接框架 焊接件，材料為硬鋁，是本機(jī)器人的總體框架，由六種零件焊接而成，它們是： 1） QGEW2 LA 50B 100 型氣缸 其功用等上面已經(jīng)提起過，在這里就不再詳細(xì)介紹了。另外，可以在橫板上安裝電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、氣流控制閥、電磁閥等器件。 工作原理 制作本機(jī)器人的目 的是可以使機(jī)器人在人的控制下獨(dú)立的爬上墻壁，因此如何使機(jī)器人吸附在墻壁上就是本設(shè)計(jì)中首要解決的問題，另外，吸附在墻壁上后如何行走是另一個(gè)在問題，解決了這兩個(gè)問題后，其它問題就比較容易解決了。對(duì)于大部分可獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的物體，如動(dòng)物、車輛等，運(yùn)動(dòng)的方式主要有兩種：一是像動(dòng)物一樣，幾個(gè) 支撐點(diǎn)相互交錯(cuò)著支撐身體，并且移動(dòng)位置來達(dá)到行走的目的；另一個(gè)就是像車輛一樣，通過輪子的轉(zhuǎn)動(dòng)來向前運(yùn)動(dòng)。當(dāng)下盤到達(dá)頂部時(shí)，此時(shí)氣缸的行程也已近最大，停止輸入氣體，使下盤上的吸盤吸住墻壁，吸牢后，支架上的吸盤放開墻壁， 1 口輸出氣體， 2 口輸入氣體，使氣缸向下運(yùn)動(dòng)，下盤也隨之下移，當(dāng)下盤到達(dá)底部后，支架上的吸盤再吸附住墻面，而下盤上的吸盤放開，再重復(fù)上面所述的過程 ，即可向上運(yùn)動(dòng)。在支架和下盤同時(shí)抓住墻壁時(shí)，根據(jù)情況，選擇電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，這樣就可以避免摩擦?？蚣苌系乃膫€(gè)作為主要的吸附工具，在不行走時(shí)，機(jī)器人的站立一般靠這四個(gè)吸盤，主要原因一是個(gè)數(shù)多，可靠性好， 再一個(gè)四個(gè)吸盤組成的框架面積大，產(chǎn)生的力矩大，穩(wěn)定性好。 在選擇材料方面，因?yàn)闄C(jī)器人是獨(dú)自的吸住墻面，并在墻面上爬行，所以，機(jī)器人的重量越小越好。 機(jī)器人三個(gè)托盤材料均為硬鋁，其具體結(jié)構(gòu)參見機(jī)器人的零件圖，其機(jī)械特能是：托盤一通過 M6 的螺釘與氣缸連接。 根據(jù)機(jī)器人的總裝配圖，兩個(gè)獨(dú)立的部分（即總體設(shè)計(jì)中說的下盤和支架兩部分）采用四個(gè)螺釘連接。 驗(yàn)算螺釘強(qiáng)度： 螺釘承受剪切力，其受力分別為機(jī)器人的下盤和支架的重力，最大值為下盤的重力： G=F=。 根據(jù)機(jī)器人結(jié)構(gòu)的選擇，由表可以查的各個(gè)零件的質(zhì)量： 三個(gè)托盤的理論重量約為 8*= 氣缸的理論重量約為 *= 兩個(gè)氣缸支架的理論重量約為： *2*= 12 個(gè)螺釘?shù)睦碚撝亓考s為 *12*= 支架（不包括氣缸）的理論重量約為 *= 第 19 頁 氣缸支架的理論重量約為 *= 還有其它如電機(jī)、電磁閥、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等根據(jù)型號(hào)不同重量也不同，這里就不加入了。從廣義上看，氣動(dòng)技術(shù)范疇，除空氣壓縮機(jī)、空氣凈化器、氣動(dòng)馬達(dá)、各類 控制閥及輔助裝置以外，還包括真空發(fā)生裝置、真空?qǐng)?zhí)行元件以及各種氣動(dòng)工具等。根據(jù)做功的方式不同，主要有直線運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)兩種執(zhí)行元件，如作直線運(yùn)動(dòng)的氣缸、作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的擺動(dòng)缸、氣馬達(dá)等。 氣動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)的分類 第 21 頁 按選用的控制元件類型，氣動(dòng)系統(tǒng)可分為氣閥控制系統(tǒng)、邏輯元件控制系統(tǒng)、射流元件控制或混合控制系統(tǒng)。 2) 工作介質(zhì)是取之不盡用之不竭的空氣，空氣本身不花錢。近代氣動(dòng)技術(shù)發(fā)展，氣缸最低速度可在 3mm/s平行運(yùn)動(dòng)，高速可達(dá) 3m/s,甚至高達(dá) 17m/s(具有長(zhǎng)行程 ,最新展覽指標(biāo)可達(dá) 45m/s),對(duì)于高速氣缸必須設(shè)有效緩沖?？啥虝r(shí)間釋放能量，以獲得間歇運(yùn)動(dòng)中的 高速響應(yīng)。 6) 全氣動(dòng)控制具有防火、防爆、耐潮的能力。采用氣液聯(lián)動(dòng)方式可以克服這一缺陷。它輸出轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 圖 41 葉片式氣馬達(dá)職能符號(hào) 氣動(dòng)控制元件 氣動(dòng)控制元件是指在氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，控制調(diào)節(jié)壓縮空氣的壓力、流量和方向等的控制閥，按其功能可分為壓力控制閥、流量控制閥以及能實(shí)現(xiàn)一定邏輯功能的氣動(dòng)邏輯元件等。 第 23 頁 圖 42 壓力控制閥職能符號(hào) 方向控制閥 方向控制閥是控制壓縮空氣的流動(dòng)方向和氣路的通斷的閥類，它是氣動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用最多的一種控制元件之一 按氣流在閥內(nèi)的流動(dòng)方向，方向閥可分為單向型控制閥和換向型控制閥；按控制方式，換向型控制閥分為手動(dòng)控制、氣動(dòng)控制、電動(dòng)控制、機(jī)動(dòng)控制 、電氣動(dòng)控制等；按切換的通路數(shù)目，換向閥分為二通閥、三通閥、四通閥和五通閥等；按閥芯工作位置的數(shù)目，方向閥分為二位閥和三位閥等。 按活塞兩側(cè)端面受壓狀態(tài)，氣缸可分為單作用氣缸和雙作用氣缸。特殊氣缸用于有特殊要求的場(chǎng)合，如氣一液阻尼缸、薄膜式氣缸、沖擊氣缸、伸縮氣缸等。 圖 45 機(jī)器人氣動(dòng)回路 氣缸的選擇 氣缸選擇的參考數(shù)據(jù)有兩個(gè)方面：一是行程、尺寸等距離方面的選擇，還有一個(gè)是性能如氣壓、產(chǎn)生的力等的選擇。 氣缸推力校核： 氣缸最大承重為 ,需克服的力就為 。 控制 MCU 用單片機(jī)，型號(hào)為 AT89S52。 串行通信可分為同步與異步兩種模式。 2)時(shí)鐘系統(tǒng)：包含振蕩器、外接諧振元件，可關(guān)閉振蕩器或 CPU 時(shí)鐘，其結(jié)構(gòu)如圖 52 圖 52 單片機(jī)的時(shí)鐘系統(tǒng) 3)總線控制邏輯：主要用于管理外部并行總線時(shí)序及系統(tǒng)的復(fù)位控制，外部引腳有RST、 ALE、 EA、 PSEN。 (2)RAM：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 3．基本功能單元 89S52 系列單片機(jī)具有定時(shí)／計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)和串行接口三個(gè)基本功能單元。 RXD(P3． 0)腳為接收端口，TXD(P3． 1)腳為發(fā)送端口。 正是因?yàn)锳T89S52 有以上功能，所以選擇了這個(gè)芯片來作為控制核心。該機(jī)器人可用于相關(guān)的機(jī)器人教學(xué)