機電畢業(yè)設(shè)計參考模板-文庫吧資料
2024-12-11 20:43本頁面
【正文】 低，必須安裝在遠離驅(qū)動的地方，而且電機高速運行后需有減速齒輪來降低速度，致使傳動系統(tǒng)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)累贅，不能滿足實用化的要求，為此需要研制利用功能材料構(gòu)成的體積小、重量輕、高效率密度的新型電機。足式機器人的立足點是離散的，跟壁面接觸的面積小，可以在可達到的范圍內(nèi)選擇最優(yōu)支撐點，即使在表面極度不規(guī)則的情況下，通 過嚴格選擇足的支山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 撐點，也能夠行走自如。 （ 2）移動方式 在移動機器人中，輪式和履帶式移動方式已獲得廣泛的應(yīng)用，但是足式移動方式具有輪式和履帶式所沒有的優(yōu)點。在分析壁虎生物原型吸附的功能原理和作用機理的基礎(chǔ)上，探索出一種與壁虎腳趾表面結(jié)構(gòu)相近的，經(jīng)物理改進的極性高分子材料（人造壁虎仿生腳干性粘合劑），設(shè)計并制作模擬壁虎腳趾的吸附裝置，該吸附裝置將適應(yīng)于各種材質(zhì)（如玻璃，粉墻和金屬等 ）和任意形狀的表面（如平面，柱面，弧面和拐角等）。本章節(jié)將從以下幾個方面對爬壁機器人的發(fā)展趨勢進行綜述 [1]。該系統(tǒng)的主要關(guān)鍵技術(shù)包括：控制命令的實時傳輸，對機器人的實時控制，視頻圖像的實時采集、壓縮和傳輸，以及機器人運動數(shù)據(jù)信息的適時反饋。以移動機器人作為控制平臺，在計算機與單片機之間實現(xiàn)無線通信，進而通過單片機與機器人之間的接口，實現(xiàn)無線方式控制移動機器人，也實現(xiàn)對遠 程機器人的實時監(jiān)控。 圖 機器人計算機控制線路 有的爬壁機器人的工作范圍很大，為操縱方便，控制方式可采用遠距離有線遙控方式 [5]，在遙控盒上設(shè)有功能控制鍵和操縱手柄來控制機器人的行走速度和移動方向，其速度可無級調(diào)節(jié)。其中交流電極的驅(qū)動器可以實現(xiàn)位置、 速度閉環(huán)，具有過電流、過電壓、過負荷、超速、過熱，電源異常等多種保護和狀態(tài)顯示。 爬壁機器人控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 由于爬壁機器人在工作時需要自動行走完成任務(wù)（如檢測、自動噴漆等），所以要采用計算機控制 [2]。為維持機器人負壓腔內(nèi) 的負壓，還需要有密封機構(gòu)，使機器人可靠地吸附在壁面上并產(chǎn)生足夠的正壓力，從而使驅(qū)動機構(gòu)產(chǎn)生足夠的摩擦力以實現(xiàn)移動功能。 我國研制出了單吸盤輪式氣囊密封裝置的壁面移動機器人， 如圖 所示， 其吸附機構(gòu)包括真空泵、壓力調(diào)節(jié)閥、密封機構(gòu)等。 另外，還出現(xiàn)了一種壁面適應(yīng)性 較強，能跨越水平窗框類障礙的雙吸盤吸附式玻璃壁面清洗機器人系統(tǒng)，主要由雙吸盤負壓吸附機構(gòu)、密機構(gòu)、清洗機構(gòu)、水循環(huán)回收機構(gòu)、障礙檢測機構(gòu)及潔面機構(gòu)成。采用山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 多組橡膠吸盤將機器人吸附在墻面上，配以簡單四桿機構(gòu)完成其行走功能。該履帶吸盤的吸力比普通吸盤大很多，完全能滿足爬壁機 器人爬行性能的要求。因此爬壁機器人永磁吸盤的設(shè)計是保證爬壁機器人爬行的安全性、穩(wěn)定性、提高爬壁機器人對凹凸不平壁面的適應(yīng)性的關(guān)鍵。 為解決磁吸附爬壁機器人吸附能力和運動性能之間的矛盾，文獻 [7]中設(shè)計了一種磁吸力可調(diào)的吸附單元；該單元在吸附于工件時，提供足夠大的磁吸力，以滿足機器人負載能力 的要求，而當(dāng)其脫離工件表面時，磁吸力減為最小，以提高機器人運動性能。磁吸附方式對壁面的凸凹適應(yīng)性強，且吸附力遠大于真空吸附方式，不存在真空漏氣的問題，但要求壁面必須是導(dǎo)磁材料，因此限制了爬壁機器人的應(yīng)用環(huán)境。磁吸附法可分為電磁體和永磁體兩種，電磁體式維持吸附 力需要電力，但控制較方便。 爬壁機器人壁面吸附機構(gòu)的研究現(xiàn)狀 傳統(tǒng)爬壁機器人按吸附功能可分為真空吸附和磁吸附兩種形式。全方位移動機構(gòu)一般由 3 到 4 個定向滑移輪組成。 （ 7）索吊軌行式 為克服在壁面鋪設(shè)導(dǎo)軌帶來的不便，可考慮用張緊鋼索作為導(dǎo)軌，它的主要缺點是鋼索的橫向剛度小，而且水平移動困難。 （ 6）獨立驅(qū)動足式 多足壁面移動機構(gòu)是在多足機構(gòu)的足端連接一個或幾個吸掌構(gòu)成，其優(yōu)點是機動性較好，可以適應(yīng)不同形狀的壁面，有較強的越障能力等。在機構(gòu)的連續(xù)移動過程中，由于要求各吸盤的吸附狀態(tài)按一定次序發(fā)生變化，因此，系統(tǒng)中需要有一套多通轉(zhuǎn) 閥形式的真空分配和控制裝置，還要有防止纜管纏繞的機構(gòu)，增加了復(fù)雜性。這種機構(gòu)具有較好的越障能力和承載能力，但行走速度較慢。 （ 4）多層框架式 在這種壁面移動機構(gòu)中，兩組吸盤用具有若干相對自由度的機構(gòu)連接。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 （ 3）車輪式 這種移動機構(gòu)依靠排風(fēng)方式產(chǎn)生密封腔的負壓以達到壁面吸附，行走功能由車輪機構(gòu)實現(xiàn)。 （ 2）偏心扭擺式 機器人可采用偏心扭擺雙吸盤行走機構(gòu)形式，當(dāng)一個吸盤吸附時，另一個吸盤通過偏心機構(gòu)扭擺一定的角度實現(xiàn)移動，二個吸盤交替工作達到行走目的。對機器人的控制采用無線遙控，是爬壁機器人今后的發(fā)展方向。 該機器人采用了兩個吸盤，每個吸盤內(nèi)均裝有輪子，當(dāng)它在壁面上的平面部分移動時，兩個吸盤同時工作，當(dāng)遇到障礙物時，只用一個吸盤吸住，另一個拖起來越過障礙物。 由于爬壁機器人應(yīng)具有能跨越障礙物，并能從地面自動爬上壁面或從壁面返回地面的功能。其中磁吸附履帶式爬壁機器人采用的是雙履帶永磁吸附結(jié)構(gòu)，在履帶一周上安裝有數(shù)十個永磁吸附塊，其中的一部分緊緊地吸附在壁面上，并形成一定的吸附力，通過履帶（由鏈條和永磁塊組成）使機器人貼附在壁面上。 1989 年，日本東京工業(yè)大學(xué)的宏油茂男研究開發(fā)了 吸盤式磁吸附爬壁機器人 [2]， 吸盤與壁面之間有一個很小的傾斜角度，這樣吸盤對壁面的吸力仍然很大，每個吸盤分別由一個電動機來驅(qū)動，與壁面線接觸的吸盤旋轉(zhuǎn)，爬壁機器人就隨著向前移動，這種吸附機構(gòu)的吸附力可以達到很大。 日本應(yīng)用技術(shù)研究所研制出的 車輪式磁吸 附爬壁機器人 [1]，可以吸附在各種大型構(gòu)造物如油罐、球形煤氣罐、船舶等的壁面，代替人進行檢查或修理等作業(yè)。其中，爬壁機器人因為其在核工業(yè)、石化企業(yè)、建筑、消防、造船等行業(yè)的廣泛應(yīng)用，以及其高空作業(yè)的特性越來越受到人們的關(guān)注。以機器人代 替人類從事各種危險、繁重、重復(fù)、單調(diào)及有毒有害的工作是社會發(fā)展的一個趨勢。 關(guān)鍵詞： 爬壁機器人；本體結(jié)構(gòu)；移動機構(gòu)；吸附機構(gòu) 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 II Abstract The task of the graduation design es from “ Th
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