【正文】 的流體便被吸進(jìn)來(lái)，與主射流混合后，經(jīng)接收室另一端流出。推力吸附會(huì)產(chǎn)生很大噪音，而且會(huì)給機(jī)器 人本身增加重量，考慮到本設(shè)計(jì)采用氣缸作為腿部動(dòng)作部件，有氣源裝置，所以該結(jié)構(gòu)采用真空吸附方式，既減輕了重量，優(yōu)化了結(jié)構(gòu)，又能充分利用現(xiàn)有資源。根據(jù)總體設(shè)訓(xùn)一方案要求選擇了標(biāo)準(zhǔn)的氣動(dòng) 元 件和步進(jìn)電機(jī)等。同時(shí)為了能在自攀爬機(jī)器人在進(jìn)行左右運(yùn)動(dòng)時(shí)，能分擔(dān)自身重量，在設(shè)計(jì)時(shí)選用了導(dǎo)軌、滑塊和支座組件保證自攀爬機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的方向。該公司配套的驅(qū)動(dòng)電源型號(hào) :MS3H057M，電機(jī)控制器型號(hào) :ENC1S。至 于 蝸桿所受圓周力 Ft1 的方向，總是與它的轉(zhuǎn)向相反的 。如圖 所示，為蝸桿螺旋面上的受力情況，蝸桿沿圖示的方向旋轉(zhuǎn)。通過(guò)步進(jìn)電機(jī)提供動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)蝸輪減速，使上下框架做相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)自攀爬機(jī)器人 3600 自由旋轉(zhuǎn)。而且可以通過(guò)顯示控制面板容易的控制伺服電機(jī)。該電動(dòng)缸最大驅(qū)動(dòng)力為 350N,穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)力為 280N，符合設(shè)計(jì)要求。向下爬行時(shí)電動(dòng)缸活塞桿所受拉力比較大，最大拉力也為 245N。 自攀爬機(jī)器人電動(dòng)缸的主要運(yùn)動(dòng)由 三 種形式 :垂直向上爬行、垂直向下爬行、水平左右移動(dòng)。電動(dòng)缸采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)傳感器等檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)出障礙物時(shí)，電動(dòng)缸能停止在任何位置，任意改變機(jī)器人的步距，從而更好的避障和越障。同時(shí)為了加強(qiáng)上框架的剛度，在上框架邊緣都有加強(qiáng)筋。 到位后，下框架腿部氣缸伸出， 3 組吸盤(pán)組吸附在壁面上，完成一利用上下框架的相對(duì)移動(dòng)， 實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自主攀爬。自攀爬機(jī)器人采用雙作用氣缸作為腿部結(jié)構(gòu)，通過(guò)氣缸桿的伸縮實(shí)現(xiàn)腿部的抬起和放下。同時(shí)，由 于 不能調(diào)整步距，就不能最大限度的接近障礙物，使得機(jī)器人作業(yè)自點(diǎn)增多，不利 于 提高機(jī)器人的作業(yè)效率。下框架完全可以在上框架下做 3600 自由旋轉(zhuǎn)。移動(dòng)機(jī)構(gòu)采用 三 角框架式，以滿(mǎn)足對(duì)壁面的適應(yīng) 能力及越障避障能力，減輕重量，從 }fu 實(shí)現(xiàn)全方位移動(dòng) 。本章對(duì)自攀爬機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，選擇適合自攀爬機(jī)器人的結(jié)構(gòu)方式、吸附方式和驅(qū)動(dòng)方式。運(yùn)用應(yīng)力分析軟件，進(jìn)行靜態(tài)應(yīng)力分析、動(dòng)態(tài)應(yīng)力分析。根據(jù)自攀爬機(jī)器人工作的特點(diǎn)和工作環(huán)境，采用合適的吸附方式、驅(qū)動(dòng)方式和結(jié)構(gòu)。履帶式自攀爬機(jī)器人接觸面積大，壁面適應(yīng)強(qiáng)，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，不易轉(zhuǎn)彎，不易跨越障礙 。因此未來(lái)自攀爬機(jī)器人應(yīng)向結(jié)構(gòu)可靠、動(dòng)作靈活、控制簡(jiǎn)單、輕量化發(fā)展 現(xiàn)有自攀爬機(jī)器人類(lèi)型比較分析 根據(jù)國(guó)內(nèi)外對(duì)自攀爬機(jī)器人的研究狀況分析可知，自攀爬機(jī)器人能夠可靠的在壁面或者球面上進(jìn)行作業(yè)，必須能夠可靠的吸附和自主移動(dòng)。它由機(jī)械部分、控制部分、導(dǎo)航傳感檢測(cè)部分組成。 9 圖 是哈爾濱工業(yè)大學(xué)和香港城市大學(xué)共同研制的 Cleanbot— IV 型爬壁機(jī)器人。如圖 ，它是多吸盤(pán)吸附，采用“ 于 ”字框架式結(jié)構(gòu)，即由兩個(gè)成“ 于 ”字交叉狀的無(wú)桿氣缸組成驅(qū)動(dòng)裝置，用以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在 X, Y 方向上的移動(dòng)。 010m/ min,可以根據(jù)作業(yè)的具體情況，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 在我國(guó)，機(jī)器人的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用正處 于 繁榮發(fā)展的階段。該機(jī)器人采用 于 字框架式結(jié)構(gòu)， 于 字框 架之間可以相對(duì)滑動(dòng)，完成機(jī)器人的前后、左右運(yùn)動(dòng)。每只腳都有自己的微處理器，都是由氣缸驅(qū)動(dòng)，每個(gè)腳的根部都有一個(gè)吸盤(pán) .。 5 圖 是美國(guó)密歇根州大學(xué)設(shè)計(jì)的“爬行者”機(jī)器人。相對(duì)真空吸附、磁吸附而言，在爬壁機(jī)器人載體方面有很大的創(chuàng)新。當(dāng)同一吸盤(pán)上的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速不同時(shí)，吸盤(pán)的移動(dòng)方向?qū)l(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的轉(zhuǎn)向。由 于 采用了負(fù)荷分散機(jī)構(gòu)，它能夠適應(yīng)各種凹凸不平的曲面和棚頂。隨后出現(xiàn)了各種類(lèi)型的自攀爬機(jī)器人，到 80 年代末期已經(jīng)開(kāi)始在生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)用。對(duì)此類(lèi)機(jī)器人系統(tǒng)展開(kāi)工程應(yīng)用研究，可解決工程實(shí)際問(wèn)題，因此，本論文展開(kāi)了自攀爬機(jī)器人的結(jié)構(gòu)研究。 ④消防部門(mén)用 于 傳遞救援物資，進(jìn)行救援工作等。在深達(dá)幾千米的海底有深海機(jī)器人 。工業(yè)機(jī)器人就是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手和多自由度機(jī)器人，而特種機(jī)器人則是除工業(yè)機(jī)器人之外的、用 于 非制造業(yè)并服務(wù) 于 人類(lèi)的各種先進(jìn)機(jī)器人。 ②機(jī)器人控制技術(shù) 。s moving and the electric cylinder39。通過(guò)氣缸桿的伸縮和電動(dòng)缸的相對(duì)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自攀爬機(jī)器人的自主攀爬和自主避障。自攀爬機(jī)器人主要用于 垂直壁面、球面等攀爬行走，可搭載相應(yīng)的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)壁面的清洗、探傷、管道敷設(shè)、油漆等多種功能，是一種通用的用 于 垂直 壁面、球面等場(chǎng)合的行走機(jī)器人。 自攀爬機(jī)器人是機(jī)器人的一種，屬 于 極限作業(yè)機(jī)器人。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)和分析，針對(duì)自攀爬機(jī)器人的工作環(huán)境，提出一種新型的 三 角框架式結(jié)構(gòu)、真空吸附方式、電氣混合驅(qū)動(dòng)形式的自攀爬機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)形式。 The Study of Mechanism for SelfScramble Robot ABSTRACT The invention of robot stretches the ability of human beings to explore the world,expands the scope of the human action, narrows the distance between people and nature,and accelerates the technological progress of human society. Robot ismultidisciplinarily integrated hightech product which involves in puter science,control theory, machinery, and electronic technology. It is a typical electromech anicallyintegrated product. The development of robot technology will enable robot to replacehuman beings to plete any kind of work in tough working environment, which hasfarreaching influence on the human society. SelfScrambling Robot is one kind of special robots for special assignment, which is mainly used for climbing the vertical wall or spherical wall, able to carry thecorresponding devices for such functions as wall cleaning, testing, pipeline laying,painting. It is a typical robot for climbing the vertical wall or spherical wall, in thepurpose of replacing humans to work in such risky environments as in the industrial orpetrochemical enterprises, the construction industry, fire departments and so on. Itsresearch and development will bring broad prospects and good social values, which hasbeen highly reflected. Many countries all over the world have started studies in this field,and many different types of selfclimbing robots have been invented successfully at thedomestic and overseas. SelfScrambling Robot involves in such knowledge as robotics,artificial intelligence, sensing, control, visual, environmental identification, and modern design methods, therefore, it is a multiinterdisciplinary product. In addition, it also involves in a wide range of special technologies for the selfservice functions of robots. In this paper, the purpose of the study is to design a new, highly reliable and widely applicable selfclimbing robot that can automatically move and avoid obstacles. Based on the analysis of the research status quo at the domestic and overseas, a new mold of selfclimbing robot es into being, which applies a triangular framework structure,vacuum adsorption method and electricpneumatic hybriddriven power, fitting its working environment. The selfclimbing robot achieves automatically climbing and avoiding obstacles by the cylinder rod39。 ①工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù) 。 研究意義及目的 機(jī)器人從應(yīng)用角度大致可分為兩類(lèi) :一類(lèi)是工業(yè)機(jī)器人，另一類(lèi)是極限作業(yè)機(jī)器人。在離地球幾億千米的火星上有行星探測(cè)機(jī)器人 。 ③建筑行業(yè)用 于 噴涂巨型墻面，安裝瓷磚并對(duì)瓷磚、玻璃壁面進(jìn)行清洗等。這類(lèi)機(jī)器人國(guó)內(nèi)外已經(jīng)展開(kāi)了許多研究，已經(jīng)有實(shí)際工程應(yīng)用的成功范例，關(guān)鍵技術(shù)已趨成熟。公司紛紛積極投入到對(duì)極限作業(yè)壁面移動(dòng)式機(jī)器人的研究中。 日 立制造所研制了履帶式磁吸附檢查機(jī)器人，帶有超聲檢測(cè)裝置。八個(gè)車(chē)輪中位 于 機(jī)器人前后兩端的四個(gè)車(chē)輪分別由電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)。 圖 是 日 本宮崎大學(xué)設(shè)計(jì)的推力吸附機(jī)器人。機(jī)器人運(yùn)動(dòng)由移動(dòng)氣缸和轉(zhuǎn)動(dòng)氣缸來(lái)完成。該機(jī)器人有類(lèi)似蜘蛛的腿腳，腳部帶有吸盤(pán)，也可以沿壁面爬行。 圖 為美國(guó)卡耐基梅隴大學(xué)的 Mel Siegel 等人 于 1998 年研制的一種用 于檢測(cè)飛機(jī)機(jī)身表面的爬壁機(jī)器人。該機(jī)器人每條腿都有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度和一個(gè)垂直移動(dòng)平面的棱柱形被動(dòng)收縮自由度，各由電機(jī)、齒輪驅(qū)動(dòng)，控制器安裝在機(jī)器人本體上。該機(jī)器人在壁面上的行進(jìn)速度可以達(dá)到。機(jī)器人在壁面上的移動(dòng)靠履帶來(lái)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 8 Cleanbot— I 型壁面清洗機(jī)器人是北京航天航空大學(xué)機(jī)器人研究所與鐵道部北京鐵路局科研所 于 1996 年合作開(kāi)發(fā)出的擦窗機(jī)器人。X, Y 向氣缸的頂端各有一個(gè)超聲波傳感器和光電傳感器，用來(lái)檢測(cè)障礙物。 上海交通大學(xué)機(jī)器人研究所研制的自動(dòng)掃查爬壁機(jī)器人如圖 所示。 但是傳統(tǒng)自攀爬機(jī)器人也具有很多的不足之處，例如對(duì)壁面的材料和形狀適應(yīng)性不強(qiáng)，吸附不足夠可靠，跨越障礙物的能力弱，體積大，質(zhì)量太重等等。輪式自攀爬機(jī)器人移動(dòng)速度快，容易控制，轉(zhuǎn)向靈活，但是與壁面接觸面 積小，容易導(dǎo)致吸附不可靠 。 自攀爬機(jī)器人的本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。建立 三 維設(shè)計(jì)模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。這些研究成果給本課題的研究以很大的啟發(fā)。吸附方式采用多吸 盤(pán) 真空吸附，以適應(yīng)混凝土、瓷磚、玻璃、金屬等各種材質(zhì)的壁面 。 由圖 可以可看出，我們?cè)O(shè)計(jì)的上下框架結(jié) 構(gòu)是上框架大，下框架小。采用氣缸的缺點(diǎn)就是避障比較困難，當(dāng)遇到障礙物時(shí)，不能調(diào)整步距。采用 三 角結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是使結(jié)構(gòu)更加緊湊，重心基本和形狀中心重合，結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，機(jī)器人行走更平穩(wěn)，而且重量更輕。抬腿到位后，電動(dòng)缸收縮，驅(qū)動(dòng)下框架相對(duì)上框架向上運(yùn)動(dòng)，缸桿和上框架吸附壁面不動(dòng)個(gè)動(dòng)作循環(huán)。上框架尾部分離設(shè)計(jì)為伺服電 機(jī)的安裝預(yù)留安裝空間，避免上框架運(yùn)動(dòng)時(shí)和伺服電機(jī)發(fā)生干涉。以前的很多設(shè)計(jì)采用氣缸作為動(dòng)力 元 件，采用電動(dòng)缸比采用氣缸有很多優(yōu)點(diǎn)。這樣電動(dòng)缸活塞桿基本不承受機(jī)器人自重和負(fù)載重量產(chǎn)生的徑向力。此時(shí)電動(dòng)缸活塞桿受壓力，壓力為 F=(本體質(zhì)量 /2) X 9. 8N/kg=98N 因此可以看出機(jī)器人向上爬行時(shí)，電動(dòng)缸活塞桿所受壓力比較大，最大為