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（答辩稿）钢结构检测用攀行机器人设计（CAD图纸+DOC论文）

钢结构检测用攀行机器人设计摘要主要是考虑机器人的内部结构的要求，将齿条安装固定在前进装置的内表面上，如图所示，这样便可以与齿轮啮合上，并能传递齿轮所传递的驱动力，从而使得机器人前进。图.机器人前进机构机器人升降部分传动机器人的升降机构采用的是蜗杆传动，蜗杆传动是在空间交错的两轴间传递运动和动力的种传动机构，两轴线交错的夹角可为任意值，通常用的为。这种传动由于具有下述特点，故应用颇为广泛。当使用单头蜗杆相当于单线螺纹时，蜗杆旋转周，涡轮只转过个齿距，因而能实现大的传动比。在动力传动中，般传动比在分度机构或者手动机构的传动中，传动比可达若只传递运动，传动比可达。由于传动比大，零件数目又少，因而结构很紧凑。在蜗杆传动中，由于蜗杆齿是连续不断的螺旋齿，它和涡轮齿是逐渐进入啮合及逐渐退出啮合的，同时啮合的齿对有较多，故冲击载荷小，传动稳定，噪音低。当蜗杆的螺旋线升角小雨啮合面的当量摩擦角时，蜗杆传动便具有自锁性。蜗杆传动与螺旋齿轮传动相似，在啮合处有相对滑动。当滑动速度很大，工作条件不够良好的时候，会产生较严重的摩擦与磨损，从而引起过分发热，使润滑情况恶化。因此摩擦损失较大，效率低，当传动具有自锁性时，效率仅为.左右。同时由于摩擦与磨损严重，常需耗用有色金属制造涡轮或蜗圈，以便与钢制涡轮配对组成减摩性良好的滑动摩擦副。本设计采用的是环面蜗杆传动，如图所示。环面蜗杆的传动特征是，蜗杆体在轴外的外形是以凹圆弧为母线所形成的旋转曲面，所以把这种蜗杆传动叫做环面蜗杆传动。在这种传动的啮合带内，涡轮的节圆位于蜗杆的节弧面上，亦即蜗杆的节弧沿涡轮的节圆包着涡轮。在中间平面内，蜗杆和涡轮都是直线齿廓。由于同时相啮合的齿对多，而且齿轮的接触线与蜗杆齿运动的方向近似于垂直，这就大大改善了轮齿受力情况和润滑油膜形成的条件，因而承载能力约为阿基米德蜗杆传动的倍，效率般高达但它需要较高的制造和安装精度。整体升降机构如图所示。图.环面蜗杆传动图.机器人升降机构.驱动系统性能分析与方案设计机器人驱动系统的设计往往要受到作业环境条件的限制，同时还要考虑价格因素的影响以及所能达到的技术水平。目前机器人的驱动方式主要有液压驱动气动驱动和电气驱动三种形式。液压驱动系统能够提供较大的驱动压力和功率，具有结构简单性能稳定等特点，液压伺服驱动系统响应速度快，可达到较高的定位精度和刚度，但油路系统复杂，工作性能受环境影响较大，移动性能差，且易造成泄漏现象，常用于要求提供较大驱动力矩对移动性能要求差的特大功率机器人系统中。气动系统具有结构简单动作迅速，可在恶劣的环境中工作，但气动装置也存在噪声问题，只适用于精度要求不高的点位系统中。电气驱动系统具有精度高控制准确响应迅速等优点。综合考虑各种驱动式的优缺点，选用电气驱动方式。电气驱动方式包括普通电机直流伺服电机交流伺服电机和步进电机以及力矩电机等驱动方式。伺服电机转子惯量小动态特性好，由伺服电动机所构成的机器人驱动系统具有运行精度高调速范围广速度运行平滑具有高可靠性并易于控制等优点，交直流伺服电动机己成为机器人驱动系统的主流，直流伺服电动机的电刷易磨损形成电火花，限制了其应用范围。近年来随着交流调速技术的迅速发展，交流电机的驱动系统得到了广泛的应用，但是交流伺服电机必须采用闭环控制方式，这种复杂的控制系统造成控制成本大大提高。随着集成电路技术的发展，伺服系统的价格在大幅度降低，可靠性也得到了提高。步进电动机是种可以直接将数字脉冲信号转换成机械位移的机电执行元件，具有控制简单响应速度快工作可靠无累计误差等优点。它能够直接接受数字信号，无需中间转换，直接输出的位移量与输入数字脉冲量相对应，能实现直接的数字控制。步进电机以开环方式工作，可省去伺服电机驱动装置中位置检测与反馈部分以及,转换，从而简化了系统结构，使控制成本大大降低。另外，步进电机的抗干扰能力强无累计定位误差，可重复反转而不损坏，并且步进电机的位置和速度控制简单，具有定精度，使用与维护都很方便。传统观念认为步进电机的控制性能差难以实现机器人的空间轨迹控制，因而步进电机很少用于机器人的轨迹控制。考虑到步进电机的输出不是连续量，为了达到些系统较高的定位精度要求，可以对步进电机驱动系统进行细分控制，也可以采用闭环控制方式获得更高的驱动性能。由于步进电机驱动具有较好的经济性，随着电机制造钢结构检测用攀行机器人设计摘要钢结构,检测,用攀行,机器人,设计,毕业设计,全套,图纸.绪论.本课题的提出和研究意义机器人是传统的机构学与近代电子技术相结合的产物，是计算机科学控制论机构学信息科学和传感技术等多学科综合性高科技产物，它是种仿人操作高速运行重复操作和精度较高的自动化设备。它是机构学运动学控制理论等学科发展水平的综合体现，是当前国内外研究的热点问题之。在各领域机器人设计活动也已经很广泛的开展起来，这种氛围对我国机器人的研制开发以及专业方面人才的培养是具有积极的意义。国内外的发展现状长期以来，人们就想往能在垂直陡壁上攀行，进行各种作业。近年来出现的攀行机器人，实现了这种理想。由于在垂直陡壁上作业是非常困难和危险的，超越了人的能力极限，所以在国外称此类机器人为极限作业机器人。壁面攀行机器人可用来代替人工进行的些危险操作，进行各种储存有毒有害介质的储存罐以及高层钢结构建筑物表面的检测工作。其中包括核工业和城市石化工业球形储液罐的视觉检查超声侧厚和焊缝探伤等作业。它可以代替人类做些危险的工作，并取得了很大的应用价值。因此，该项目成为国内外科研人员研制开发的热点。这种钢结构检测用攀行机器人己在部分工程项目中得到了有效的应用，具有潜在的市场应用价值，机器人作为种能代替人工作业的智能机器，有着广泛的应用前景随着机器人技术的不断发展，机器人的小型化微型化成为机器人技术发展的重要方向之。开发种小型便携的攀行机器人在军事和民用方面都具有重要意义。在军事方面，它可以被投放在敌后，攀行于建筑物的表面或玻璃壁面上，对室内的情况进行侦察或者充当可移动的爆破物，近距离杀伤敌方的重要设施和人员。民用方面可用于高层建筑的表面检测或进行清洗。但是传统的攀行机器人或是采用磁吸附方式，依靠磁力吸附于金属壁面，不适合工作在钢结构建筑物的表面或是采用由真空泵或真空发生器抽吸空气产生吸附力的主动吸附方式，需要外接气源，连接大量的支持设备，能量耗费大，而且般伴有较大的噪音，机器人的体积和活动范围都受到限制，不宜在小型攀行机器人上使用。在高层钢结构建筑物的表面检测工作中，预防性定期检测和被迫性事后检测维修工作都存在着较大的缺陷，人工检测已经无法满足。随着科学技术的发展，机器人代替人工进行高层建筑的危险检测工作成为了种新的趋势，攀行检测机器人将会得到更广泛的应用。当前，国内外都非常重视钢结构攀行检测机器人的研制，主要是因为它有着广泛的用途，特别是它可以在些危险环境以及高层钢结构建筑物表面上进行攀行检测作业。攀行检测机器人是种新型特种机器人，能在危险工作状态下代替人工作业，因此具有广阔的应用前景。由于传统攀行机器人具有很多的不足之处如对壁面的材料和形状适应性不强，跨越障碍物的能力弱，体积大，质量重等，因此未来爬壁机器人的结构应该向着实用化的方向发展。该机器人机构合理，性能完善，并且可以代替人工进行高空环境作业，降低了人类高空作业的危险系数也大大提高了作业效率。这将意味着为高空钢结构表面的检测工作，开辟了应用机器人代替人力作业的新领域。.国内外机器人的研究和发展状况图.履带式机器人图.履带式机器人攀行检测机器人有着很大应用前景，它经问世就受到了各方面的重视。年日本的西亮教授首次研制成功壁面移动检测机器人样机，并在大阪府立大学表演成功。这是种依靠负压吸附的攀行机器人。随后出现了各种类型的攀行机器人，到年代末期已经开始在生产中应用。日本在开发爬壁机器人方面发展最为迅速,主要应用在建筑行业与核工业。日本清水建设公司开发了建筑行业用的外壁涂装与贴瓷砖的机器人，他们研制的负压吸附清洗玻璃面的爬壁机器人，曾为加拿大使馆进行过清洗。东京工业大学开发了无线遥控磁吸附爬壁机器人。在日本通产省“极限作业机器人”国家研究计划支持下，日晖株式会社开发了用于核电站大罐的负压吸附壁面检测机器人。它有两个独立的负压吸盘，可以在遥控下由地面自动爬行到大罐的弧形壁面,作视觉检查与测厚，并可以跨越障碍。日本关西电力株式会社开发了核电站壁面点检的爬壁机器人，移动速度为每分米，负重公斤。日立制造所研制了履带式磁吸附检查机器人，带有超声检测装置，如图所示，该机器人可以垂直攀行于钢结构表面上进行检测工作。由于机器人采用了负荷分散机构，它能够适应各种凹凸不平的曲面和棚顶。英国在攀行机器人领域也取得许多成果。年代初公司推出了轮式磁吸附爬壁机器人取名，已作为商品销售。最高爬行速度达每分种米，可以自动记录每隔定距离的壁厚，最高爬行高