爬壁式機(jī)器人設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

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1、高等教育自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目爬壁式機(jī)器人設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)班級(jí)姓名指導(dǎo)教師所屬助學(xué)單位2011年12月2日目錄前言2第一章3總體結(jié)構(gòu)31.1機(jī)械結(jié)構(gòu)31.2控制系統(tǒng)硬件41.3傳感導(dǎo)引系統(tǒng)9第二章142.1爬壁機(jī)器人磁吸附原理142.2磁吸附技術(shù)簡(jiǎn)介142.3.電磁鐵吸力及選材14第三章163.1一種新型磁輪單元163.2磁輪分析16第四章爬壁機(jī)器人的力學(xué)分析184.1爬壁機(jī)器人靜力學(xué)分析184.2爬壁機(jī)器人動(dòng)力學(xué)分析19結(jié)論21參考文獻(xiàn)22致謝22第0頁(yè)摘要爬壁機(jī)器人,是極限作業(yè)機(jī)器人的一個(gè)分支,它的突出特點(diǎn)是可以在垂直墻壁表面或者天花板上移動(dòng)作業(yè)爬壁機(jī)器人

2、能吸附于壁面而不下滑,實(shí)現(xiàn)的方法主要有兩種:負(fù)壓吸附與磁吸附介紹一種新型爬壁機(jī)器人，它以超聲串列法自動(dòng)掃查和檢測(cè)在役化工容器筒壁對(duì)接環(huán)焊的危害性缺陷。本文將著重介紹了它的機(jī)械結(jié)構(gòu)及位置調(diào)整運(yùn)動(dòng)控制算法。這種機(jī)器人采用磁輪吸附和小車(chē)式行走，利用磁帶導(dǎo)航，光纖傳感器檢測(cè)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、導(dǎo)航性能好、位置調(diào)整方法可行和定位精度高等特點(diǎn)。本文將介紹的爬壁機(jī)器人為超聲串列自動(dòng)掃查機(jī)器人是以某煉油廠加氫反應(yīng)器為具體的應(yīng)用對(duì)象，用來(lái)以超聲串列法自動(dòng)掃查和檢測(cè)筒壁對(duì)接環(huán)焊縫的危害缺陷而研制的，并按JB4730-94《壓力容器無(wú)損檢測(cè)》的要求，用超聲串列法檢測(cè)。超聲串列法要求一

3、發(fā)、一收探頭中心聲束保持在一個(gè)與焊縫中心線相垂直的平面內(nèi)，收發(fā)探頭相對(duì)于串列基準(zhǔn)線須保持等距、反相、勻速移動(dòng)。由于采用手動(dòng)檢測(cè)，操作難度大，重復(fù)性差，可比性差而難以實(shí)施。對(duì)于這種用在圓形筒壁上在役檢測(cè)的機(jī)器人，丹麥的force公司研制了多用途模塊磁輪掃描儀AMS-9、AMS-10等系列磁輪爬壁機(jī)器人，日本的OsakaGasCo。Ltd公司研制了磁輪爬壁檢測(cè)機(jī)器人，但是售價(jià)昂貴。從文獻(xiàn)及報(bào)道方面看，國(guó)內(nèi)對(duì)于這種在役磁輪式爬壁機(jī)器人還少有實(shí)用化的樣例，也缺乏這方面的機(jī)械結(jié)構(gòu)及自動(dòng)控制裝置的研究，因此，對(duì)大厚度焊縫的超聲波探傷自動(dòng)掃查爬壁機(jī)器人的研究是十分必要的。

4、關(guān)鍵詞：機(jī)器人技術(shù)爬壁機(jī)器人磁吸附前言機(jī)器人是傳統(tǒng)的機(jī)構(gòu)學(xué)與近代電子技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是計(jì)算機(jī)科學(xué)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息科學(xué)和傳感技術(shù)等多學(xué)科綜合性高科技產(chǎn)物，它是一種模仿人操作、高速運(yùn)行、重復(fù)操作和精度較高的自動(dòng)化設(shè)備。機(jī)器人技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，不但傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究發(fā)生革命性的變化，而且將對(duì)人類(lèi)的社會(huì)生活產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)器人的小型化、微型化成為機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。開(kāi)發(fā)一種小型、便攜的爬壁機(jī)器人在軍事和民用方面都具有重要意義。在軍事方面，它可以被投放在敵后，爬行于建筑物的外墻或玻璃壁面上，對(duì)室內(nèi)的情況進(jìn)行偵察；或者

5、充當(dāng)可移動(dòng)的爆破物，近距離殺傷敵方的重要設(shè)施和人員。第0頁(yè)爬壁機(jī)器人作為工業(yè)用機(jī)器人的一種，指的是能夠在垂直陡壁上進(jìn)行作業(yè)的機(jī)器人，它作為高空極限作業(yè)的一種自動(dòng)機(jī)械裝置，可以代替人工在高空、毒氣毒液、輻射、水下等高危環(huán)境下進(jìn)行特種作業(yè)，在熱電廠、造船業(yè)、核工業(yè)、石化天然氣業(yè)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，隨著技術(shù)的日趨成熟，應(yīng)用范圍的拓展，越來(lái)越受到各國(guó)科研部門(mén)的重視第一章總體結(jié)構(gòu)本樣機(jī)由機(jī)械部分、控制部分、導(dǎo)航傳感檢測(cè)部分組成。1.1機(jī)械結(jié)構(gòu)　　本樣機(jī)的機(jī)械部分由導(dǎo)軌滑塊運(yùn)動(dòng)體、左右磁輪運(yùn)動(dòng)體組成。樣機(jī)及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1。設(shè)o1x1y1為機(jī)器人的坐標(biāo)系，其中原點(diǎn)o1在機(jī)

6、器人4個(gè)輪子布局的對(duì)稱(chēng)中心點(diǎn)上，x1為機(jī)器人左右磁輪的對(duì)稱(chēng)中心線，y1平行于串列掃查探頭的導(dǎo)軌。圖中所示oxy坐標(biāo)的x軸，相當(dāng)于是固定在筒壁上的，與串列掃查基準(zhǔn)線重合，y軸是與其垂直的坐標(biāo)，o與o1重合。在這里所謂的串列基準(zhǔn)線是串列掃查時(shí)，作為一發(fā)一收兩探頭等間隔移動(dòng)的所定相對(duì)對(duì)稱(chēng)基準(zhǔn)線，一般設(shè)定為在離探傷面距離為0。5跨距的位置。本文中左指的是y1方向,反之為右方向。第0頁(yè)各部分的工作原理如下：　　(1)左右磁輪運(yùn)動(dòng)體　　整個(gè)掃查機(jī)器人靠4個(gè)磁輪的吸力吸附在圓筒壁上,由磁輪的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)機(jī)器人前進(jìn)、后退，以及調(diào)整機(jī)器人的位置和方位，在這里我們選用磁輪而沒(méi)有用履

7、帶，這有利于達(dá)到串列掃查對(duì)運(yùn)動(dòng)精度的要求。機(jī)器人左右各有兩個(gè)磁輪，各由交流伺服電機(jī)經(jīng)諧波減速器減速、同步齒形帶傳動(dòng),帶動(dòng)磁輪沿壁面運(yùn)動(dòng),兩個(gè)磁輪通過(guò)齒形帶均可運(yùn)動(dòng),所以都是主動(dòng)輪，這樣左右磁輪的運(yùn)動(dòng)形成機(jī)器人的兩個(gè)自由度。當(dāng)兩個(gè)電機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)4個(gè)輪同向等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),機(jī)器人向前后移動(dòng)，當(dāng)左邊的2個(gè)磁輪的速度大于右邊的兩個(gè)磁輪的速度時(shí)，機(jī)器人向右偏轉(zhuǎn);反之，向左偏轉(zhuǎn)?！?2)導(dǎo)軌滑塊運(yùn)動(dòng)體　　采用交流伺服電機(jī)經(jīng)齒輪減速器和同步齒形帶帶動(dòng)兩滑塊在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，形成機(jī)器人的第三個(gè)自由度。由于兩滑塊分別固聯(lián)在嚙入齒形輪的一邊和離開(kāi)齒形輪的另一邊的齒形帶上，所以?xún)苫瑝K隨著齒形

8、帶的運(yùn)動(dòng)而在導(dǎo)軌上同向或反向直線運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)固定在滑塊