畢業(yè)設(shè)計(jì)爬壁機(jī)器人論文-資料下載頁
2024-12-03 17:57本頁面
【導(dǎo)讀】近年來，隨著社會(huì)的發(fā)展，樓層越來越高，使用玻璃幕墻的樓房也越來越多，文的任務(wù)就是設(shè)計(jì)一種能夠在壁面上吸附行走的清洗爬壁機(jī)器人。面或者垂直表面直線行走。重復(fù)操作和精確度較高的自動(dòng)化設(shè)備。以機(jī)器人代替人類從事各種危險(xiǎn)、繁重、重復(fù)、單調(diào)及有毒有害的工作是社會(huì)發(fā)展的一個(gè)趨勢。
【正文】 ，所以不能將電動(dòng)機(jī)直接連接到轉(zhuǎn)動(dòng)軸，本次設(shè)計(jì)中，選擇一個(gè)開式蝸輪蝸桿傳動(dòng)裝置作為過渡，起到減速的作用。 第三章 爬壁機(jī)器人的設(shè)計(jì)方案 21 圖 蝸輪蝸桿裝置 選擇蝸輪蝸桿裝置作為減速裝置有這樣一些優(yōu)點(diǎn)：蝸輪蝸桿的傳動(dòng)比比較大，減速效果明顯，一般傳動(dòng)比 5～ 80，零件數(shù)目少，可以保證結(jié)構(gòu)的緊湊，也能夠保證機(jī)器人的自身重量不會(huì)太高；沖擊載荷小，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低，負(fù)荷爬壁機(jī)器人的要求；蝸輪蝸桿在一定的條件下可以滿足自鎖條件，可以防止電動(dòng)機(jī)偶然斷電時(shí)機(jī)器人反向移動(dòng)。按齒面疲勞 強(qiáng)度設(shè)計(jì)蝸輪蝸桿： 先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，再交合齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 [4]。 （ 1）其中 為作用在渦輪上的轉(zhuǎn)矩，由電機(jī)的輸出功率和轉(zhuǎn)速以及蝸輪蝸桿的傳動(dòng)效率決定： （ 2） K 為載荷系數(shù)，與工作載荷的性質(zhì)有關(guān)； 為彈性影響系數(shù)，與所用的蝸輪蝸桿的材料的搭配有關(guān)； 為接觸系數(shù)，與蝸桿的直徑和蝸輪蝸桿的傳動(dòng)中22 致謝 爬壁機(jī)器人設(shè)計(jì) 心距 有關(guān)； ? ?H? 為材料的許用接觸應(yīng)力 自然與蝸輪蝸桿的材料有關(guān)，以上所述四個(gè)參數(shù)都是標(biāo)準(zhǔn)數(shù)，可以查表得到。 這樣按齒面接觸強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，就可以得到蝸輪蝸桿的傳動(dòng)中心距的最小值，可以進(jìn)一步得到蝸輪蝸桿所必須的一些參數(shù)，模數(shù) m，蝸桿和渦輪的分度圓直徑等。 聯(lián)軸器和軸承選擇 根據(jù)已經(jīng)選擇的電機(jī)和設(shè)計(jì)出的蝸輪蝸桿的參數(shù)選擇合適的聯(lián)軸器和軸承。因?yàn)榕辣跈C(jī)器人的軸的轉(zhuǎn)速比較小，且所承受的載荷也并不大，所以軸承選擇最為常見的深溝球軸承，價(jià)格低廉，可減少成本。考慮到爬壁機(jī)器人中所選的電機(jī)輸出功 率和轉(zhuǎn)矩并不是特別大，也并不存在嚴(yán)重的沖擊載荷，所以決定選擇普通的剛性聯(lián)軸器。利用 PROE 軟件畫出所選擇的聯(lián)軸器和軸承的立體圖，以備在后面的設(shè)計(jì)過程中使用 [5]。 圖 深溝球軸承 爬壁機(jī)器人機(jī)體建模 考慮到應(yīng)該盡量降低爬壁機(jī)器人的自身重量，再加上本次設(shè)計(jì)的爬壁機(jī)器人有很多問題沒有解決，諸如如何攜帶清洗機(jī)構(gòu)，如何實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎等問題，所以建模第三章 爬壁機(jī)器人的設(shè)計(jì)方案 23 過程中用了簡單的用空心桿搭建的桁架結(jié)構(gòu)。真空泵設(shè)在地面裝置上，用一臺(tái)電機(jī)通過蝸輪蝸桿減速傳動(dòng)裝置帶動(dòng)后輪機(jī)器人前進(jìn)。 爬壁機(jī)器人 PROE 運(yùn)動(dòng)仿真 設(shè)計(jì) 爬壁機(jī)器人的目的是：代替人工進(jìn)行高層建筑物的墻壁尤其是玻璃幕墻的清洗檢修等，吸附功能和行走功能是機(jī)器人最主要的功能，對其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)運(yùn)用 PROE軟件進(jìn)行仿真，分析結(jié)果，檢查爬壁機(jī)器人模型的可行性。 仿真過程 首先進(jìn)入裝配模塊，將前面設(shè)計(jì)過稱中設(shè)計(jì)的輪子、真空艙、蝸輪蝸桿減速裝置以及機(jī)器人車體等裝配起來，搭建機(jī)器人整體模型；然后進(jìn)入機(jī)械運(yùn)動(dòng)仿真模塊，根據(jù)前面選擇的電機(jī)的類型，定義伺服電機(jī)；再建立運(yùn)動(dòng)分析，設(shè)置參數(shù) Start time 和 End time，并且選擇當(dāng)前位置作為運(yùn)動(dòng)分析的初始位置；最后運(yùn)行運(yùn)動(dòng)分析。 機(jī) 器人的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中最重要的是傳動(dòng)系統(tǒng)，蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)，首先對此進(jìn)行仿真。選擇電機(jī)的參數(shù)為： 額定電壓： 6V 額定功率： 空載轉(zhuǎn)速： 6000rpm 減速比： 8： 1 24 致謝 爬壁機(jī)器人設(shè)計(jì) 第四章 結(jié)論 25 第四章 結(jié)論 爬壁機(jī)器人是現(xiàn)下相對比較前端的技術(shù)，但 是經(jīng)過幾十年的世界上有關(guān)科技人員的努力研究，也取得了不小的成就。本次設(shè)計(jì)完成了機(jī)器人基本的吸附功能和直線行走功能， 然而由于本人的知識(shí)儲(chǔ)備不夠，以及時(shí)間上的緊迫等原因，使得在設(shè)計(jì)過程中依然存在很多沒有解決的問題。 清洗用爬壁機(jī)器人的用途主要是代替人工用于清 洗高層建筑的玻璃幕墻這樣的高危險(xiǎn)工作，有些幕墻上的玻璃是一個(gè)整塊，沒有障礙物，但更多的幕墻上的玻璃是用金屬分隔成小塊的，有時(shí)候還需要機(jī)器人從水平位置轉(zhuǎn)換到垂直位置，所以就牽涉到以下幾個(gè)本人在這次設(shè)計(jì)中沒有解決的問題： （ 1）自主控制 機(jī)器人在高位數(shù)百米的位置工作，如果要越過障礙物，首先要確定障礙物的具體位置及形狀，在于地面的人眼是沒有辦法確定的，自然需要機(jī)器人自主識(shí)別能力和自我完成跨越障礙物的工作，如果要完成自主控制功能就要用到大量的傳感器甚至是攝像裝置。 （ 2）轉(zhuǎn)彎問題 清洗用爬壁機(jī)器人應(yīng)該具有轉(zhuǎn)彎功能， 人工令其轉(zhuǎn)彎是不現(xiàn)實(shí)的，因?yàn)檫@樣就失去機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)了。對于轉(zhuǎn)彎問題，一開始設(shè)計(jì)的是三輪機(jī)器人，后輪作為驅(qū)動(dòng)輪，而一個(gè)前輪作為轉(zhuǎn)向輪，因?yàn)閾?dān)心機(jī)器人吸附裝置的吸附力的大小，機(jī)器人在載荷爬壁過程中可能會(huì)存在安全隱患，所以改為四輪式機(jī)器人。對于真空吸附式爬壁機(jī)器人轉(zhuǎn)彎，最大的問題存在于轉(zhuǎn)彎過程中真空吸盤要承受一定的扭矩，難度較大，所以在設(shè)計(jì)的過程中并沒有實(shí)現(xiàn)，但是有一種實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎的方法值得借鑒：增加一個(gè)腹部吸盤 [6]。機(jī)器人在正常爬行的過程中，腹部吸盤停止工作，當(dāng)機(jī)器人需要轉(zhuǎn)彎時(shí)，腹部吸盤緊緊吸附在墻壁上，車體完成 轉(zhuǎn)彎。 （ 3）安全問題 本次設(shè)計(jì)過程中，只是驗(yàn)證了四輪式機(jī)器人在墻壁爬行的過程中，自生重力加上機(jī)器人所帶載荷小于 400kg 左右時(shí)安全的，因?yàn)樽钚≠|(zhì)量比較大，所以可以確定機(jī)器人一般不會(huì)在爬壁過程中沿著墻壁滑落。然而爬壁機(jī)器人的實(shí)效方式還有一種方式：翻倒，即在傾覆力矩的作用下前輪失去吸附能力，設(shè)計(jì)中并沒有對此26 致謝 爬壁機(jī)器人設(shè)計(jì) 進(jìn)行檢驗(yàn)，但是還是考慮到了它可能存在的影響，并沒有將質(zhì)量比較大，而且比較高的真空泵設(shè)計(jì)安裝在機(jī)體上，而是設(shè)計(jì)成為了地面裝置提供負(fù)壓的形式。致 謝 27 致 謝 四年的大學(xué)生活匆匆而過，大學(xué)生活中的最后一項(xiàng)學(xué)習(xí)任務(wù)也即 將結(jié)束。在這四年的大學(xué)生活中，我始終生活在老師的關(guān)懷和同學(xué)的幫助之中，尤其在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，我更是深深感受了這一點(diǎn)。 本文是在段清娟老師的精心指導(dǎo)下完成的。從畢業(yè)設(shè)計(jì)的選題到論文的結(jié)構(gòu)，再到論文的表述規(guī)范，段老師都給予了非常悉心的知道和嚴(yán)格的要求。在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，段老師總是一絲不茍，不辭辛苦，按時(shí)為我們幾個(gè)學(xué)生做精心的指導(dǎo)和監(jiān)督。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，段老師留給我最深的影響是老師她一心一意為學(xué)生負(fù)責(zé)的態(tài)度，令我深深敬佩。 我一直對我的老師心存感激，在這畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束的時(shí)候，我再一次對我的老 師表示衷心的感謝，感謝老師給我無私的幫助和嚴(yán)格的要求。 28 致謝 爬壁機(jī)器人設(shè)計(jì) 參考文獻(xiàn) [1] 肖立，佟仕忠，丁啟敏，吳俊生 . 爬壁機(jī)器人的現(xiàn)狀與發(fā)展 .機(jī)器人， 2021（ 11）：81～ 83 [2] 付宜利 ,李志海 . 爬壁機(jī)器人的研究進(jìn)展 .機(jī)械設(shè)計(jì)， 2021,25（ 4） :1～ 5 [3] 姬國釗 ,張世偉 ,王奇斌 ,李俊秀 ,王 卓 . 真空吸盤式爬壁清洗機(jī)器人的研究與開發(fā) .機(jī)械應(yīng)用與研究， 2021（ 4）： 5～ 8 [4] 吳宗澤，羅圣國 . 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 （第二版） . 高等教育出版社， 1998:119～ 154 [5] 紀(jì)銘剛，濮良貴 . 機(jī)械設(shè)計(jì) （第八版） . 高等教育出版社， 2021:239～ 269 [6] . 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