（定稿）钢结构检测用攀行机器人设计（全套下载）㊣精品文档值得下载

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。

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。

上海交通大学研制成功测量大罐容积的磁吸附攀行检测机器人。

哈尔滨理工大学研制成功测量大罐漆膜厚度的履带复合式攀行机器人。

哈尔滨工业大学研究所在“计划”支持下，于年研制成功核工业用的壁面攀行遥控检查机器人，最近又与大庆采油厂合作，研制成功采油行业中大量使用的储罐防腐用喷吵喷漆履带式磁吸附爬壁机器人，在现场试验，取得成功，如图所示。

当前，国内外都非常重视爬壁机器人的研制，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下进行作业。

主要的用途有对石化企业中大量圆柱形大罐或球罐内外壁面进行检查探伤或喷砂除锈喷漆防腐清洗高层建筑物的瓷砖壁面或玻璃墙面在建筑行业用于巨型墙面喷漆砌砖贴瓷砖和点检在核工业中对大罐进行视觉检查测厚和焊缝探伤在消防部门用以递送急救布带，运送水带和水枪在造船行业用于喷砂除锈或喷涂船体及其内壁等，特别是对修船行业，可以快速地将船体进行防腐处理。

可见机器人作为新代的生产工具，能够代替人完成人力所不及或人所不适宜的工作。

随着机器人在各个领域的应用，对机器人的综合性能提出了更高的要求，专业化更强，实用性更高，经济性要求也已经摆到了人们的面前，因此，结构简单操作方便能满足功能要求又具有定的可靠性的微型机器人或者说功能专的机器人需求量越来越大。

.机器人的基本结构及其分类机器人作为典型的机电体化产品，其控制方式经历了三代发展第代是示教再现式可编程机器人，具有记忆存储功能，能按照作者在示教阶段给出的轨迹重复进行特定的作业过程，但对周围环境基本上没有感知和环境信息反馈控制的能力。

随着传感器技术包括视觉传感器非视觉传感器力觉触觉接近觉等以及信息处理技术的发展，出现了第二代机器人则具有感觉功能的自适应机器人，在获取作业环境和作业对象的部分有关信息的基础上，能够进行定的适时处理按照固定的逻辑发出动作命令。

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。