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（图纸+论文）钢结构检测用攀行机器人设计（全套完整）

可以自动记录每隔定的传动比，磨损后易发生跳齿，工作时候噪音大，不宜在载荷变化很大和急速反向的传动中应用。因此，它们常用于传动精度要求不高的场合。机器人回转部分传动本设计采用齿轮传动来作为回转传动。齿轮传动的主要特点有效率高在常用的机械传动中，以齿轮传动效率为最高。如级圆柱齿轮传动的效率可达。这对功率的传递十分重要，因为即使效率只提高，也有很大的经济意义。结构紧凑在同样的使用条件下，齿轮传动所需的空间尺寸般较小。工作可靠寿命长设计制造正确合理使用维护良好的齿轮传动，工作十分可靠，寿命可长达二十年，这也是其他机械传动所不能比拟的。这对机械传动来说有着很大的经济性和实用性。传动比稳定传动比稳定往往是对传动性能的基本要求。齿轮传动获得广泛应用，也就是由于具有这特点。但是齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格较贵，切不宜用于传动距离大的场合。故选用齿轮传动作为机器人回转装置的基本传动装置，这样便可以保证了机器人的回转运动。如图所示，是机器人的回转机构。图.机器人回转机构机器人前进部分传动而能够使机器人的前进机构运动主要是依靠齿轮齿条进行动力的传递。选用齿轮齿条传递，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，因而所以在机器人的机身中间设计了个三足吸盘，这样就能提供与地面反作用平衡的里同样，维持静平衡般四条腿，所以在机器人的结构设计时，在机器人的前后两端各安装了四只电磁脚，用来保证机器人的运动稳定。机器人的基本结构框架采用铝板制作，即采用块长宽高的块铝合金板作为机器人的机身，并制作成个框架。电机安装在机器人的机身中间如图所示。图.机身尺寸如上图，机器人框架上端面三个的孔是用来安装三个齿轮轴的，个的孔是用来安装机器人的回转机构，个的孔是用来安装步进电机的，在安装的时候要保证各齿轮之间是相互啮合的。框架的中间是空的，这样急节省了材料又减轻了机器人本身的重量。可以在机身框架中安装两根导轨，用来保证安装在机身中间的机器人前进机构可以自由伸缩，并能达到机器人的前进的行程要求。图.机身尺寸设计如图是机器人的前进机构简图。前进机构前后两个的圆孔用来安装机器人的升降机构，并在升降机构的下边分别安装两个电磁脚，这样便保证了机器人的稳定性。前进机构总长，宽，中间是空的，在中间的两个薄板的内壁上分别安装两个齿条，用来和传动齿轮啮合，这样就可以使前进装置相对于机器人的机身运动了。采用这样设计的优点是将机器人分成两个部分，个是机器人的机身，个是机器人的前进机构，可以节约材料，减少机器人的自身重量，最主要的是能够保证机器人的传动稳定，运动的灵活性，精简了机器人的结构。它的整体布局结构合理，如图所示。整个机器人系统设计为两个自由度，将运动分解为两部分移动部分和回转部分。移动部分占个自由度，即使机器人前后的移动机构回转部分占个自由度，即控制机器人方向的旋转运动机构，这两个自由度之间没有耦合，相互不干扰。图.总体布局图.传动系统设计传动装置的作用主要是将驱动元件的动力传递给机器人相应的执行部件，以实现各种预定的运动。目前常用的传动方式有齿轮传动皮带轮传动链条传动齿轮齿条传动蜗轮蜗杆传动谐波减速传动以及螺旋传动等。谐波减速传动具有体积小结构紧凑效率高能获得大的传动比等优点，但存在扭转刚度较低且传动比不能太小的缺点皮带轮传动可以实现过载保护，可是存在弹性滑动，和链传动样使用段时间后易松弛，传动运转过程中还产生动载荷链传动虽然成本低，但链传动的制造与安装精度要求低，不适合用在要求传递精度高的机构当中，链传动在两根平行轴间职能用于同向回转的传动，运转时不能保持恒现代检测技术的个明显特点是传感器采用电参量电能量或数字传感器以及微型传感器，信号处理采用集成电路和微处理器。所以本设计采用的是在机器人的头部安装个微型摄像头，从而可以完成对钢结构表面的检测工作。检测系统在测量过程中，首先由传感器将被测物理量从研究对象中检测出来并转换成电量，然后输出。检测系统及其组成见图。图.检测系统.钢结构检测用攀行机器人总体方案设计机器人是典型的机电体化产品，合理分配机械电子硬件软件各部分所承担的任务和功能，对提高系统的整体性能结构简化成本降低起着举足轻重的作用。因此，对钢结构检测用攀行机器人采用系统的观点进行整体功能分析，可以实现整体结构优化，是实现经济性灵活性和高可靠稳定性系统设计的重要环节和关键步骤。.机器人的任务要求和机械系统随着社会城市化进程的不断发展，钢结构的高层建筑物也越来越多，为了检测建筑物的表面工作是否存在安全隐患，人类必须要进行高空作业，但是高空作业难度系数及其高，危险性也很大，为了保障高空作业的安全性，人们不断研究能够进行钢结构检测用的攀行机器人来代替人类进行高空作业，这样便加快高空作业机器人的诞生速度。要求机器人能够沿着钢结构表面进行攀行，在攀行过程中，完成对钢结构建筑物表面的检测工作，设计的机器人通过机身中间的只三足电磁脚先吸附在建筑物表面上，然后依靠步进电机将机器人的前进机构整体前移，再将安装在前进装置上的两对电磁脚降下来吸附在建筑物表面上，再将机身中间的三足电磁脚提升通过步进电机将机身前移，这样便完成了机器人的攀行动作。机器人是通过电磁脚的交替运作来实现整体伸缩前进的。这样设计出种可以在高空危险环境下运动,并具有稳定运动模式的小型钢结构攀行机器人。该机器人采用腿式交替伸缩的运动模式，可以提高其环境适应能力和越障能力，并且比履带式运动模式和三足旋转式运动模式具有良好的稳定性。研究开发的机器人采用了结构的嵌入式控制系统以及遥控半自主的工作方式,具有高机动性小型化轻量化可复位以及低功耗高实时性等特点。机械结构是钢结构检测用攀行机器人最终的机构载体，是机器人赖以实现各种运动的基础，机械结构的布局类型传动方式以及驱动系统的设计直接关系着机器人的工作性能。机器人的机械系统由以下几个子系统组成机械子系统，由刚体和弹性体组成传感系统执行系统控制器信息处理系统。子系统之间的通信是通过接口进行的，接口的基本功能是把从个部分传到另个部分的信息解码。如图所示，是经典机械系统的方块图，系统的钢结构,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，最高爬行高度为米。英国南岸大学于年研制成功多足多吸盘气动型攀行检测机器人，可以携带个小工业机器人例如,进行超声检测。它自重公斤,负重公斤。最近来自英国的报道，种取名为罗布格三号的攀行机器人在贝德福市作演示。它有条腿,类似巨型蜘蛛，能负重公斤，可越障，能将砖放入准确位置并进行检测，研制者计划将其应用于建筑行业。俄罗期彼得堡国立技术大学也研制成功负压吸附攀行机器人。我国自年代以来，有许多单位根据国家经济建设需要，研制成功各种类型与功能的攀行机器人