爬杆作业机器人设计摘要析式，但对于问题的解并没有达到要求，因和比较复杂，不易求解，于是可使用近似方法求解。将位移的表达式改写为般而言于是利用麦克劳林公式可将滑块位移的模型近似为从而滑块的速度和加速度可近似为如下摆角可以利用麦克劳林公式，得到摆角的近似模型得到近似角速度近似角加速度图滑块速度与摇杆的角加速度关系图从图中可以看出，在个周期内，滑块的移动速度和连杆摆角的角速度曲线和加速度曲线都比较平滑无拐点，没有出现不连续的点，整个机构模拟运动平稳，无抖动滑块连杆连接铰点的受力分析电机在旋转过程中，连杆对上连接件的力可分解为水平分力和垂直分力，垂直分力就是电机的提升力，水平分力对整个机构来说是有害的。电机旋转过程中，摇杆在铅垂方向的力即电机的提升力为在上式中，曲柄转角为自变量，摆角的相似模型，由此可以看出，除了是自变量以外，曲柄，连杆的长度也是影响电机提升力的因素，连杆的长度是由机器人的整体结构所决定，在定范围内是可以修改曲柄的长度来改变摇杆的提升力，曲柄越小，电机提升力越大。在此设计中必须满足凸轮的压力角，选择凸轮起点为提升力零点，所以这里机器人下并联盘形凸轮的升程角和回程角就很好的避开了提升力的零点问题。在电机旋转过程中，其水平分力公式为从上图中可以看出，在电机的旋转过程中，连杆对上连接件的水平分力对机器人是有害的，进过模拟后拟在上连接件上采用了双导向柱，这样就可以通过过定位的方式来消除这个有害的水平分离力。.凸轮机构的设计下机械手并联盘形凸轮机构设计根据工作要求选定凸轮机构形式凸轮机构是含有凸轮的种高副机构，也是种常用机构。凸轮式个具有曲面轮廓的构件，般多为原动件有时为机架当凸轮为原动件时，通常做等速连续转动或移动，而从动件则按预期输出特性要求作连续或间歇的往复摆动移动或平面复杂运动。经过建模可得出凸轮轮廓的最大为，同时机械手抓的摆动角度为，摆动距离约为.，摆动距离如下图所示图手抓张开简图对于凸轮机构从动件的最大位移为，凸轮机构的偏距，手抓在机器人的运动中只有夹紧和松弛两种状态，因此选定凸轮形式为等速运动规律，此种运动规律，即从动件在运动过程中速度为常数，即从动件手抓相对于机器人机架是静止的。图盘形凸轮上机械手移动凸轮设计下面为移动凸轮的具体尺寸图移动凸轮.机械手爪设计在攀爬杆状的城市建筑直径范围，机械手连接臂绕导杆摆动角度范围在以内，为了给机器人往城市杆状建筑上的顺利安装设计机械手连接臂导杆摆动角度范围为，同时考虑到电机在手抓平面上的尺寸，通过对杆的考察可得出机械手抓的大体尺寸如下图所示。图机械手抓简图机械手的长度大概为,采用铝合金材料厚度为左右，手抓的重量大概为.机械臂非线性分析机器人的关键部分如机械连接臂，对机器人的爬行具有很重要作用，在机器人爬行过程中，当机械手夹紧时，此时受力最大，机械臂变形最大，因此需对机械臂的变形绕度进行评估。通过计算机的模拟可知机械臂在铅垂方向上受力分析可简化为悬臂梁受力情形。机械手连接臂的截面如图所示为长方形其中。符号意义长方形截面对轴的惯性长方形截面对轴的抗弯截面系数长方形截面对轴的惯性半径长宽机械手连接臂横截面经过简化可近似为正方形的细长弯曲杆。长杆几何参数可简化为.长杆材料参数弹性模量泊松比.当机器人在杆状物上工作时，特别是在上机械手夹紧，下机械手松开状态时，机械手连接臂受力变形最大。由于机械手连接臂的长度远大于其他方向的尺寸，因此机械臂可简化为受力悬臂梁。图机器人上机械手简化由于结构的对称性，简化如上图所示，实线和双点划线沿坐标轴对称实线和双点划线分别代表机械手的左右臂。虚线连接件和它们绞接。这样在分析受力时，我们可以忽略其绕轴的铅垂位移，只考虑其绕轴的铅垂位移。这样机械手臂可简化为长为的悬臂梁，因机械手成对使用，实际工况中每只机械手连接臂末端载荷为，应用材料力学公式求端点处的绕度由此可看出机械手连接臂在处于悬臂状态时，当连接臂末端承受最大载荷时，最大绕度值为.，可以忽略不计。.电动机选择爬杆作业机器人设计摘要作业,功课,机器人,设计,毕业设计,全套,图纸摘要在市政工程中，有大量的安装及维修等工作需要爬杆作业。对于较粗的杆件，人工攀爬和工程车作业都比较方便，但是对于些直径较细，强度较小的杆件比如路灯杆等，人工攀爬较为困难。因此本文设计了爬杆机器人，可以在没有障碍的光杆上爬行，对人工攀爬较难的作业具有较大的现实意义。本文设计的爬杆机器人由曲柄滑块机构并联盘形凸轮机构移动凸轮机构以及上下机械手爪等组成，通过弹簧的预紧力来实现机器人手爪对杆的抱紧，通过曲柄滑块机构凸轮机构等实现攀爬动作，同时机器人只需个驱动源就能带动整个机器人的运动，能攀爬变直径的杆，工作简单可靠，运动灵活，可以广泛应用于各种高空作业。关键字爬杆机器人，变直径杆，夹紧，攀究内容.设计要求爬杆作业机器人总体方案设计.机械方案设计.电气控制系统设计.小结机械系统设计.减速机构设计.曲柄滑块机构设计.凸轮机构的设计.机械手爪设计.电动机选择电气控制.系统论述.直流电机单元电路设计与分析.直流电机控制系统的实现结论与展望参考文献致谢绪论.研究目的目前全国日益加快的现代化建设步伐随着我国经济的快速增长人民生活水平日益不断提高，城镇中随之矗立起无数的高层建筑，各类集实用性与美观性体的市政商业工程诸如电灯杆路灯杆大桥斜拉钢索广告牌立柱等，它们的直径通常在米，有的甚至高达百米，壁面多采用油漆电镀玻璃铜结构等，由于常年裸露在大气之中，风沙长年累月的积累会因此而形成灰尘层，酸类物质污染从而影响城市的美观，同时空气中混合的酸性物质也会对这些城市建筑特别是金属杆件造成损坏，加快它们的生锈过程，并缩短它们的使用寿命，因此需要定期进行壁面维护工作。在市政工作中，主要是通过人工工作的因此，存在着很多问题，特别市政工作中的清洗工作许多都要人工清洗，在些高空建筑上的清洗如果人工清洗就会造成很大的危险性，而在些具有化学试剂或者有毒物质的工作环境中，就会对人产生很大的危险性，这无形中增大了市政工作的成本，而且有可能对坏境造成二次污染，对周边环境造成影响，而如果使用高压水枪，其成本更加高，而其使用范围也不宽，只局限于些高空无遮挡的物体，同时水枪必须安置在空旷的位置否则会影响周边的日常生活。另外，对于较粗的杆件，人工攀爬和工程车作业都比较方便，但是对于些直径较细，强度较小的杆件比如路灯杆等，人工攀爬较为困难。应用带升降机的工程车进行作业，作业成本较高，而且对于狭窄的胡同，工程车难以进入，造成作业困难，因此本课题拟设计爬杆机器人，可以在没有障碍的光杆上爬行。对人工攀爬较难的作业具有较大的实际意义。.国内外研究现状从功能上讲，爬杆机器人无非包含基本的行走功能和辅助的作业功能例喷涂检测缠绕和修复等，纵观这些国内外管道外机器人的行走工作原理，不外乎以下几种基于自锁或静摩擦原理的气动蠕动式机构基于滚动摩擦原理的螺旋爬升机构基于克服动摩擦直线行走的机构基于移动副和转动副的关节式爬行机构基于并联机构的并联式爬行机构。下面将介绍几种典型的爬杆机器人。图螺旋式爬杆机器人图自动喷涂爬杆机器人螺旋式爬杆机器人如图所示机器人抱紧在管壁上，通过驱动导轮实现在管壁上的运动，其抱紧力即预紧力是通过用专用螺母扳手调节螺母，从而实现调节抱紧弹簧的压力，使机器人获得足够的抱紧力，如果机器人的工作坏境发生了变化，可以根据不同的管径，选择支撑架上不同的连接孔，从而可以得到要求的抱紧力。该机器人的载荷量比较大，运行也较为平稳，同时可以适合不同的管径，但他的不足之处就在于，只能够运行在连续性的管道上，而对于非连续性的管道，该机器人就无法工作。自动喷涂爬杆机器人工作时，先必须调节机器人的下体位置，把机器人全部放在要进行工作的管道上，当完成了机器人的连接固定后启动机器人行走机构，机器人在管道上开始行走，同时配合喷枪的往复运动，实现对管道的自动化喷涂。该机器人的特点结构较为简单，而且可靠性较高，能够代替人工操作，这样可以实现对管道的自动化喷涂，但由于其结构的局限性，并适合变直径的管道。.研究内容经过仔细研究分析后认为，人在爬杆或爬树的过程中，人的运动具有很好的参考价值，如图所示，人在爬升的过程中，般是先两脚夹紧，然后身体上移，再收腿，整体上移，往复动作，从而爬升的过程。图人爬树的姿势本文设计的爬杆机器人就是仿照人爬树的原理，其结构组成包括夹持机构，由上下机械手爪组成，实现对杆的抱紧，通过上下机械手爪的交替夹紧来实现爬杆机器人的支点定位和蠕动移动机构，由连杆机构，凸轮机构，实现攀爬动作驱动机构，整个机器人采用个电机驱动，既减轻了重量，又满足了运动要求。结构示意图如图所示。图爬杆机器人结构示意图.设计要求该机器人攀爬直径为变直径杆，载重，机器人在全负载情况下应该能够保持的运行速度，且直立爬行