【正文】 的流體便被吸進來，與主射流混合后，經(jīng)接收室另一端流出。推力吸附會產(chǎn)生很大噪音，而且會給機器 人本身增加重量，考慮到本設(shè)計采用氣缸作為腿部動作部件，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準的氣動 元 件和步進電機等。同時為了能在自攀爬機器人在進行左右運動時，能分擔(dān)自身重量，在設(shè)計時選用了導(dǎo)軌、滑塊和支座組件保證自攀爬機器人運動的方向。該公司配套的驅(qū)動電源型號 :MS3H057M，電機控制器型號 :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)。通過步進電機提供動力，驅(qū)動蝸桿轉(zhuǎn)動，通過蝸輪減速，使上下框架做相對旋轉(zhuǎn)運動，從而實現(xiàn)自攀爬機器人 3600 自由旋轉(zhuǎn)。而且可以通過顯示控制面板容易的控制伺服電機。該電動缸最大驅(qū)動力為 350N,穩(wěn)定驅(qū)動力為 280N，符合設(shè)計要求。向下爬行時電動缸活塞桿所受拉力比較大，最大拉力也為 245N。 自攀爬機器人電動缸的主要運動由 三 種形式 :垂直向上爬行、垂直向下爬行、水平左右移動。電動缸采用伺服電機驅(qū)動，通過傳感器等檢測設(shè)備檢測出障礙物時，電動缸能停止在任何位置，任意改變機器人的步距，從而更好的避障和越障。同時為了加強上框架的剛度，在上框架邊緣都有加強筋。 到位后，下框架腿部氣缸伸出， 3 組吸盤組吸附在壁面上，完成一利用上下框架的相對移動， 實現(xiàn)機器人的自主攀爬。自攀爬機器人采用雙作用氣缸作為腿部結(jié)構(gòu)，通過氣缸桿的伸縮實現(xiàn)腿部的抬起和放下。同時，由 于 不能調(diào)整步距，就不能最大限度的接近障礙物，使得機器人作業(yè)自點增多，不利 于 提高機器人的作業(yè)效率。下框架完全可以在上框架下做 3600 自由旋轉(zhuǎn)。移動機構(gòu)采用 三 角框架式，以滿足對壁面的適應(yīng) 能力及越障避障能力，減輕重量，從 }fu 實現(xiàn)全方位移動 。本章對自攀爬機器人的總體結(jié)構(gòu)進行分析和設(shè)計，選擇適合自攀爬機器人的結(jié)構(gòu)方式、吸附方式和驅(qū)動方式。運用應(yīng)力分析軟件，進行靜態(tài)應(yīng)力分析、動態(tài)應(yīng)力分析。根據(jù)自攀爬機器人工作的特點和工作環(huán)境，采用合適的吸附方式、驅(qū)動方式和結(jié)構(gòu)。履帶式自攀爬機器人接觸面積大，壁面適應(yīng)強，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，不易轉(zhuǎn)彎，不易跨越障礙 。因此未來自攀爬機器人應(yīng)向結(jié)構(gòu)可靠、動作靈活、控制簡單、輕量化發(fā)展 現(xiàn)有自攀爬機器人類型比較分析 根據(jù)國內(nèi)外對自攀爬機器人的研究狀況分析可知，自攀爬機器人能夠可靠的在壁面或者球面上進行作業(yè)，必須能夠可靠的吸附和自主移動。它由機械部分、控制部分、導(dǎo)航傳感檢測部分組成。 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 型爬壁機器人。如圖 ，它是多吸盤吸附，采用“ 于 ”字框架式結(jié)構(gòu)，即由兩個成“ 于 ”字交叉狀的無桿氣缸組成驅(qū)動裝置，用以實現(xiàn)機器人在 X, Y 方向上的移動。 010m/ min,可以根據(jù)作業(yè)的具體情況，實現(xiàn)無級調(diào)速。 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 在我國，機器人的開發(fā)與應(yīng)用正處 于 繁榮發(fā)展的階段。該機器人采用 于 字框架式結(jié)構(gòu)， 于 字框 架之間可以相對滑動，完成機器人的前后、左右運動。每只腳都有自己的微處理器，都是由氣缸驅(qū)動，每個腳的根部都有一個吸盤 .。 5 圖 是美國密歇根州大學(xué)設(shè)計的“爬行者”機器人。相對真空吸附、磁吸附而言，在爬壁機器人載體方面有很大的創(chuàng)新。當(dāng)同一吸盤上的兩個驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速不同時，吸盤的移動方向?qū)l(fā)生變化，實現(xiàn)機器人的轉(zhuǎn)向。由 于 采用了負荷分散機構(gòu)，它能夠適應(yīng)各種凹凸不平的曲面和棚頂。隨后出現(xiàn)了各種類型的自攀爬機器人，到 80 年代末期已經(jīng)開始在生產(chǎn)實際中應(yīng)用。對此類機器人系統(tǒng)展開工程應(yīng)用研究，可解決工程實際問題，因此，本論文展開了自攀爬機器人的結(jié)構(gòu)研究。 ④消防部門用 于 傳遞救援物資，進行救援工作等。在深達幾千米的海底有深海機器人 。工業(yè)機器人就是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機械手和多自由度機器人，而特種機器人則是除工業(yè)機器人之外的、用 于 非制造業(yè)并服務(wù) 于 人類的各種先進機器人。 ②機器人控制技術(shù) 。s moving and the electric cylinder39。通過氣缸桿的伸縮和電動缸的相對移動，實現(xiàn)自攀爬機器人的自主攀爬和自主避障。自攀爬機器人主要用于 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、球面等場合的行走機器人。 自攀爬機器人是機器人的一種，屬 于 極限作業(yè)機器人。通過對國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進行總結(jié)和分析，針對自攀爬機器人的工作環(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)動形式的自攀爬機器人本體結(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)機器人操作機結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計技術(shù) 。 研究意義及目的 機器人從應(yīng)用角度大致可分為兩類 :一類是工業(yè)機器人，另一類是極限作業(yè)機器人。在離地球幾億千米的火星上有行星探測機器人 。 ③建筑行業(yè)用 于 噴涂巨型墻面，安裝瓷磚并對瓷磚、玻璃壁面進行清洗等。這類機器人國內(nèi)外已經(jīng)展開了許多研究，已經(jīng)有實際工程應(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極限作業(yè)壁面移動式機器人的研究中。 日 立制造所研制了履帶式磁吸附檢查機器人，帶有超聲檢測裝置。八個車輪中位 于 機器人前后兩端的四個車輪分別由電機獨立驅(qū)動。 圖 是 日 本宮崎大學(xué)設(shè)計的推力吸附機器人。機器人運動由移動氣缸和轉(zhuǎn)動氣缸來完成。該機器人有類似蜘蛛的腿腳，腳部帶有吸盤，也可以沿壁面爬行。 圖 為美國卡耐基梅隴大學(xué)的 Mel Siegel 等人 于 1998 年研制的一種用 于檢測飛機機身表面的爬壁機器人。該機器人每條腿都有兩個旋轉(zhuǎn)自由度和一個垂直移動平面的棱柱形被動收縮自由度，各由電機、齒輪驅(qū)動，控制器安裝在機器人本體上。該機器人在壁面上的行進速度可以達到。機器人在壁面上的移動靠履帶來完成，移動時，履帶的旋轉(zhuǎn)使最后的吸附塊在脫離壁面的同時又使上面的一個 吸附塊吸附 于 壁面，這樣周而復(fù)始，就實現(xiàn)了機器人在壁面上的爬行 8 Cleanbot— I 型壁面清洗機器人是北京航天航空大學(xué)機器人研究所與鐵道部北京鐵路局科研所 于 1996 年合作開發(fā)出的擦窗機器人。X, Y 向氣缸的頂端各有一個超聲波傳感器和光電傳感器，用來檢測障礙物。 上海交通大學(xué)機器人研究所研制的自動掃查爬壁機器人如圖 所示。 但是傳統(tǒng)自攀爬機器人也具有很多的不足之處，例如對壁面的材料和形狀適應(yīng)性不強，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。輪式自攀爬機器人移動速度快，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 。 自攀爬機器人的本體結(jié)構(gòu)設(shè)計。建立 三 維設(shè)計模型進行運動仿真。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 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，我們設(shè)計的上下框架結(jié) 構(gòu)是上框架大，下框架小。采用氣缸的缺點就是避障比較困難，當(dāng)遇到障礙物時，不能調(diào)整步距。采用 三 角結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是使結(jié)構(gòu)更加緊湊，重心基本和形狀中心重合，結(jié)構(gòu)對稱，機器人行走更平穩(wěn)，而且重量更輕。抬腿到位后，電動缸收縮，驅(qū)動下框架相對上框架向上運動，缸桿和上框架吸附壁面不動個動作循環(huán)。上框架尾部分離設(shè)計為伺服電 機的安裝預(yù)留安裝空間，避免上框架運動時和伺服電機發(fā)生干涉。以前的很多設(shè)計采用氣缸作為動力 元 件，采用電動缸比采用氣缸有很多優(yōu)點。這樣電動缸活塞桿基本不承受機器人自重和負載重量產(chǎn)生的徑向力。此時電動缸活塞桿受壓力，壓力為 F=(本體質(zhì)量 /2) X 9. 8N/kg=98N 因此可以看出機器人向上爬行時，電動缸活塞桿所受壓力比較大，最大為