管內(nèi)步伐式行走機(jī)器人畢業(yè)設(shè)計(jì)-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(dòng)傾向，A 點(diǎn)和A′ 點(diǎn)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(diǎn)A、銷軸磨擦圓的相切線上。當(dāng)角小于磨擦角時(shí)，接觸點(diǎn)A 不能移動(dòng)，而使O 和 O′ 有向管道中心運(yùn)動(dòng)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(jì)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(dòng)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(duì)機(jī)器人的力學(xué)設(shè)計(jì)做了分析，對(duì)壓緊力，牽引力等做了分析，按照模塊化設(shè)計(jì)思想進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，便于后續(xù)工作。對(duì)本體進(jìn)行了受力分析，推導(dǎo)出壓緊力和牽引力計(jì)算公式，對(duì)電機(jī)扭矩進(jìn)行了計(jì)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(dòng)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(dòng)平面螺旋副，前部和后部分別有一個(gè)電機(jī)作為動(dòng)力源。因此需要控制2個(gè)步進(jìn)電機(jī)。②機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制。步伐行走機(jī)器人的傳動(dòng)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(gè)步進(jìn)電機(jī)通過齒輪副來驅(qū)動(dòng)絲桿旋轉(zhuǎn)，靠軸向力使機(jī)器人不斷的進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。 在管內(nèi)步伐行走機(jī)器人中，所有部件的運(yùn)動(dòng)均是通過電機(jī)進(jìn)行動(dòng)力傳遞的，對(duì)支撐機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有穩(wěn)定性好、操作方便的要求，因此對(duì)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(duì)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(gè)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(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，主要是因?yàn)樗邢铝袃?yōu)點(diǎn)：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(jì)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(yùn)行穩(wěn)定可靠，同時(shí)采用了微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動(dòng)作由無觸電點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成，同時(shí)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(shí)間在兩萬小時(shí)以上；④設(shè)計(jì)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(diǎn)，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(diǎn)擊驅(qū)動(dòng)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(gè)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，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(dòng)電機(jī)是絲桿帶動(dòng)尾部前進(jìn)，達(dá)到指定位置時(shí)，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(dòng)使頭部放松，使頭部向前移動(dòng)。 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(duì)控制系統(tǒng)提出了設(shè)計(jì)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(jì)方案，對(duì)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(jì)。對(duì)移動(dòng)方式及受力分析等進(jìn)行了分析，對(duì)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(duì)管內(nèi)機(jī)器人的移動(dòng)結(jié)構(gòu)的對(duì)比、分析和設(shè)計(jì)，結(jié)合本課題的設(shè)計(jì)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(yùn)動(dòng)原理、驅(qū)動(dòng)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(diǎn)內(nèi)容，對(duì)本體的支撐結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了具體的分析設(shè)計(jì)，在動(dòng)力系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)下在規(guī)定的管道中做步伐運(yùn)動(dòng)。機(jī)器人本體部分按功能劃分的模塊化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，將本體結(jié)構(gòu)分為支撐結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)結(jié)構(gòu)兩大模塊，對(duì)獨(dú)立的模塊可進(jìn)行相應(yīng)的變形設(shè)計(jì)。③設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確控制。25
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