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管內(nèi)步伐式行走機(jī)器人畢業(yè)設(shè)計-資料下載頁

2025-01-13 16:46本頁面
  

【正文】 A 和O′A′有分別繞 O 和 O′向右轉(zhuǎn)動傾向,A 點和A′ 點受管壁限制,管壁產(chǎn)生了反作用力Q, 銷軸產(chǎn)生反作用力Q′ , Q 和Q′ 的作用線在擺桿與管壁的接觸點A、銷軸磨擦圓的相切線上。當(dāng)角小于磨擦角時,接觸點A 不能移動,而使O 和 O′ 有向管道中心運動的趨向而將機(jī)器人支撐機(jī)構(gòu)鎖死,當(dāng)牽引力F消失后Q 也隨之消失。 防滑機(jī)構(gòu)受力分析 有防滑機(jī)構(gòu)情況下支撐電機(jī)計算按支承電機(jī)維持機(jī)器人在管道中心的要求 其中: Q——機(jī)器人的半重量 P1——平面螺紋的節(jié)距 ——傳動效率 機(jī)器人的半重量Q= 21kg ,將機(jī)器人參數(shù)代入上式得T1>本機(jī)選用的支撐電機(jī)扭矩為6kgcm. 本章主要對機(jī)器人的力學(xué)設(shè)計做了分析,對壓緊力,牽引力等做了分析,按照模塊化設(shè)計思想進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計,便于后續(xù)工作。對本體進(jìn)行了受力分析,推導(dǎo)出壓緊力和牽引力計算公式,對電機(jī)扭矩進(jìn)行了計算。5管內(nèi)步伐行走機(jī)器人控制系統(tǒng)①控制系統(tǒng)應(yīng)有快速響應(yīng)性。②可靠性高,控制簡單,成本低③良好的速度、位移控制能力。①機(jī)器人支撐機(jī)構(gòu)的控制。步伐行走機(jī)器人采用前部和后部相互配合的一種尺蠖蠕動爬行機(jī)構(gòu),前部和后部的支撐機(jī)構(gòu)采用平面螺旋副來進(jìn)行工作,通過小齒輪來驅(qū)動平面螺旋副,前部和后部分別有一個電機(jī)作為動力源。因此需要控制2個步進(jìn)電機(jī)。②機(jī)器人的傳動機(jī)構(gòu)的控制。步伐行走機(jī)器人的傳動機(jī)構(gòu)是滾珠絲桿副,絲桿與前部相連,螺母與后部相連,用一個步進(jìn)電機(jī)通過齒輪副來驅(qū)動絲桿旋轉(zhuǎn),靠軸向力使機(jī)器人不斷的進(jìn)行運動。 在管內(nèi)步伐行走機(jī)器人中,所有部件的運動均是通過電機(jī)進(jìn)行動力傳遞的,對支撐機(jī)構(gòu)和傳動機(jī)構(gòu)有穩(wěn)定性好、操作方便的要求,因此對電機(jī)的控制方式選擇是非常重要的,根據(jù)系統(tǒng)的具體要求,選用采用可編程控制器(PLC)對電機(jī)進(jìn)行控制。 從機(jī)構(gòu)上分,PLC分為固定式和模塊式兩種。固定PLC板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等,這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架,這些模塊可以按照一定的規(guī)則組合配置。本系統(tǒng)選用采用PLC對電機(jī)進(jìn)行控制,主要是因為它有下列優(yōu)點:①PLC的軟硬件功能非常強(qiáng)大,其內(nèi)部具有很多功能;②使用維護(hù)方便,PLC不需要像用計算機(jī)控制那樣在輸入輸出接口上做大量工作,它的輸入輸出接口是已經(jīng)按不同需求做好的,可以直接與控制現(xiàn)場的設(shè)備相連接的接口;③運行穩(wěn)定可靠,同時采用了微電子技術(shù),大量的開關(guān)動作由無觸電點的半導(dǎo)體電路來完成,同時還才用了屏蔽、濾波、隔離等抗干擾措施,所以其平均為故障時間在兩萬小時以上;④設(shè)計施工周期短,PLC采用面向控制過程和面向問題的梯形語言編程方法,既繼承了傳統(tǒng)控制路線清晰直觀的優(yōu)點,又考慮了大多數(shù)電氣控制技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣及應(yīng)用微機(jī)水平,很容易被電氣技術(shù)人員接受。 PLC控制單元主要有PC+PLC的上下位機(jī)、點擊驅(qū)動器、電機(jī)四大部分組成。上位機(jī)為高性能的PC機(jī),下位機(jī)PLC通過位置模塊控制各個步進(jìn)電機(jī)的運動,通過開關(guān)量輸入/輸出模塊接受和輸出各類開關(guān)量;上下位機(jī)之間的通過串行通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)聯(lián)系。本系統(tǒng)選用了LG公司的MasterK200系列中的K3P07BS PLC。系統(tǒng)的主要配置如下,PLC硬件配置。CPU模塊K3P07BS電源模塊G6MPAFA輸入模塊 1G6ID222A輸入模塊 2G6QRY2A輸出模塊 1G6QRY2A輸出模塊 2G6QRY2A位置模塊 1G6FPP30位置模塊 2G6FPP30 PLC控制單元組成框圖(The structure of PLC control system) PLC控制單元工作流程及程序框圖 PLC控制單元的工作流程是:首先通過PLC控制頭部的夾緊電機(jī)工作,使頭部鎖止在管壁中,傳動電機(jī)是絲桿帶動尾部前進(jìn),達(dá)到指定位置時,尾部夾緊電機(jī)工作,使其鎖止在管壁中,頭部夾緊電機(jī)逆向轉(zhuǎn)動使頭部放松,使頭部向前移動。 程序控制框圖如 所示 。 本章主要介紹了機(jī)器人的控制系統(tǒng),對控制系統(tǒng)提出了設(shè)計要求及PLC電機(jī)控制單元分析。6結(jié)論本文提出了管道步伐式機(jī)器人的設(shè)計方案,對系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)進(jìn)行了深入的分析,成功地完成了系統(tǒng)的設(shè)計。對移動方式及受力分析等進(jìn)行了分析,對系統(tǒng)技術(shù)單元的穩(wěn)定性、可靠性進(jìn)行了分析。本文的主要研究成果如下:①廣泛的查閱了當(dāng)前有關(guān)管內(nèi)機(jī)器人的文獻(xiàn),了解了國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀,通過對管內(nèi)機(jī)器人的移動結(jié)構(gòu)的對比、分析和設(shè)計,結(jié)合本課題的設(shè)計要求,提出了一種管內(nèi)步伐式行走機(jī)器人。②系統(tǒng)的研究了管內(nèi)機(jī)器人的運動原理、驅(qū)動方式以及結(jié)構(gòu)形式,詳細(xì)的討論了管內(nèi)機(jī)器人本體研制的相關(guān)技術(shù)問題。管內(nèi)機(jī)器人的本體結(jié)構(gòu)是本文的重點內(nèi)容,對本體的支撐結(jié)構(gòu)和傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)行了具體的分析設(shè)計,在動力系統(tǒng)的驅(qū)動下在規(guī)定的管道中做步伐運動。機(jī)器人本體部分按功能劃分的模塊化設(shè)計方法進(jìn)行設(shè)計,將本體結(jié)構(gòu)分為支撐結(jié)構(gòu)和傳動結(jié)構(gòu)兩大模塊,對獨立的模塊可進(jìn)行相應(yīng)的變形設(shè)計。③設(shè)計了一種自鎖式安全保護(hù)裝置。④應(yīng)用PLC作為控制核心,實現(xiàn)準(zhǔn)確控制。25
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