毕业设计、爬杆机器人机械结构设计

爬杆作业机器人设计1．选题背景及其意义随着国民经济的飞速增长，人民生活水平的提高，城镇中随之矗立起无数电线杆、路灯杆、大桥斜拉钢索等高层建筑。

这些高层建筑壁面多采用油漆、电镀、玻璃铜结构等，长期以来会形成灰尘层，酸污染影响城市的美观，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，并缩短它们的使用寿命，需要定期进行壁面维护工作。

它们通常高5-30米，有的甚至高达百米，会给操作人员带来不便和危险。

因此本课题拟设计一爬杆机器人，可以在没有障碍的光杆上爬行，代替人工进行这些高空危险作业，从而把人从危险、恶劣、繁重的劳动环境中解脱出来。

具有良好的经济效益和社会效益。

2 文献综述（国内外研究现状与发展趋势）机器人技术是近30年来迅速发展起来的一门综合学科。

它综合了力学、机构学、机械设计学、计算机工程、自动控制、传感技术、电液驱动技术、人工智能、仿生学等学科的有关知识和最新研究成果，代表了机电一体化的最高成就。

尤其是进入80年代以来，机器人技术的进步与其在各个领域的广泛应用，引起了各国专家学者的普遍关注。

许多发达国家均把机器人技术的开发、研究列入国家高新技术发展计划。

移动机器人作为机器人学的一个重要分枝，其研究工作始于20世纪60年代。

移动机器人的最成功应用是自动化生产系统中的物料搬运，用于完成机床之间、机床与自动仓库之间的工件工具传送。

移动机器人的运动灵活性能，大大增加了生产系统的柔性和自动化程度。

现在，移动式机器人的研究开发除上述应用外，还涉及许多其他应用领。

如在建筑领域完成混凝土的铺平、壁面的装修、检查和清洗：采矿业中行隧道的掘进和矿藏的开采、农林业中从事水果采摘、树枝修剪、圆木搬运；军事上用于探测侦察、爆炸物处理。

福利方面进行盲人引导，病员护理等。

爬行机器人是机器人大家族中的一员，爬升机器人因为需要克服重力的作用而可靠地依附于爬升表面上并自主移动，完成特定条件下的作业，区别于平面移动机器人，故爬升机器人是机器人领域的一个重要研究分支，从运动方式上来表征的一种机器人，形式是多种多样的。

爬杆机器人
一．设计背景
现在大多数高压电线杆是不容易检测器损坏程度的。

于是我们设计了一种爬行机器人，可以沿电力电线自主行走、跨越障碍，装上携带的传感仪器可以对杆塔、导线及避雷线、绝缘子、线路金具、线路通道等实施接近检测。

二．方案构思
爬杆机器人这要分为两个动作，一是加紧，二是向上的爬升或下降。

我们通过两个手臂来抓紧杆件再通过手臂上的电机来实现机器人的爬升和下降。

三．整体的结构
1.总装图
爬行机器人分为两个部分，分别为上下手臂和中间的上升机构
2.机械的手臂
我们设计的机械手臂采用的是曲柄滑块机构，通过电机带动齿轮转动，齿轮和滑块之间用丝杠螺母连接从而使滑块运动，当滑块向上移动时，杆子将向内移动，最终实现两个手臂的夹持。

松开时，齿轮反转，滑块向下移动，杆子向外，实现松开。

3.上升装置
上升的装置，我们还是采用了丝杠螺母机构，丝杠用电机通过齿轮带动，正转时，上手臂上升，反转时下手臂上升。

下降时，就反之。

4.运动流程
5.运动过程的各个阶段
1、上手臂A和下手臂B位置离的较近
2.下手臂B夹紧不动，丝杠转动使A上升
3、上手臂A夹紧，丝杠反转使下手臂B上升
这样就实现了向上爬行。

四、电机选择
我们的爬杆机器人一共有3个电机，分别是控制手臂的两个和上升或下降部分的电机，由于每个电机都需要正反转，且运动要能控制，所以，控制部分我们选用了单片机来控制。

由于我们的爬杆机器人是全封闭的，电机控制方面的用电问题是个麻烦，经过讨论，我们决定用干电池来提供电。

五．渲染图。

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，但是对于一些直径较细，强度较小的杆件比如路灯杆等，人工攀爬较为困难。

因此本文设计了一爬杆机器人，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，同时机器人只需一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，攀爬ABSTRACTIn the municipal engineering, there are a large number of installation and repair work needed to climb rod operation, For the coarse bar,artificial climbing and vehicle operation is convenient, artificial climbing is difficultfor for some small diameter low strength member such as a road lamp pole,so this paper designs a pole climbing robot,which can crawl on no obstacle bar,it has great practical significance for artificial climbingThe pole climbing robot consist of songCrank slider mechanism, parallel plate cam mechanism.moving cam mechanism, the robot tight the wallHold by the spring pretightening force.so as to realize Climbing action. at the same time the robot can drive by a robot motion and at the same time all devices were designed perfectl. In this text.its mechanism electric control principle and various features .it can be widely applied to various kinds of high-altitude operation.Key words：pole-climbing robot，variable-diameter pole sepal，pole-climbing1绪论 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 11.1研究目的 -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 11.2国内外研究现状 --------------------------------------------------------------------------------------------- 11.3研究内容 -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 31.4设计要求 -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 4 2爬杆作业机器人总体方案设计 ------------------------------------------------------------------------- 52.1机械方案设计------------------------------------------------------------------------------------------------- 52.2电气控制系统设计------------------------------------------------------------------------------------------ 72.3小结 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 8 3机械系统设计------------------------------------------------------------------------------------------------------- 93.1减速机构设计------------------------------------------------------------------------------------------------- 93.2曲柄滑块机构设计-----------------------------------------------------------------------------------------173.3凸轮机构的设计 --------------------------------------------------------------------------------------------233.4机械手爪设计------------------------------------------------------------------------------------------------243.5电动机选择 ---------------------------------------------------------------------------------------------------26 4电气控制 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------284.1系统论述 -------------------------------------------------------------------------------------------------------284.2直流电机单元电路设计与分析-----------------------------------------------------------------------294.3直流电机PWM控制系统的实现-----------------------------------------------------------------------36 5结论与展望----------------------------------------------------------------------------------------------------------43 参考文献 -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------44 致谢 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------451.1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 与美观性一体的市政、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5—30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 。

++ 爬杆机器人理论方案设计说明书学校名称：中国计量学院学生队长：学生队员：指导教师：联系方式：二0 0五年一月目录一．方案构思---------------------------------------------1 二．机械部分---------------------------------------------3 三. 电控部分---------------------------------------------17 四．设计小结---------------------------------------------19一方案构思我们通过三个手臂来抓紧杆件再通过手臂上的电机来实现机器人的爬升和下降。

原理上两个就能实现,但三个手臂是一作联结,二可起稳定作用。

手臂上升下降是通过齿轮齿条来实现的。

二．机械部分1．机器人的整体装配图如下：图1我们是通过三个手臂爬杆的，上手臂装在一个齿条的最上端，并且固定，在具体设计时我们可以使上手臂有一定的上下和左右转动范围,具体的设计将在下面介绍。

下手臂装在下杆C上齿条的下端,中间手臂固定在滑槽上,上手臂的上升和下降是通过装在滑槽上端的电动机带动齿轮啮合齿条来实现的.下手臂的上升和下降是通过装在滑槽下端的电动机带动齿轮啮合齿条来实现的,中间手臂的升降是通过上下两对齿轮齿条反转来实现的。

2．路面行走结构在地上行走，我们通过装在下手臂上的三个车轮来实现地面上的行走，动力由后车轮上的两个电机来提供，用两个电机主要是为了能实现走弯路，具体的三视图形如下：图2 底部车轮结构2 机器手臂的设计图3 机械手的结构我们设计的这个机器手采用了曲柄滑块机构，A，B，C点处安装了橡胶皮，1，2两点固定在支撑板上，当滑块W向前移动时，根据杆子的结构，A，B，C点将向中心收缩，产生一个收缩的趋势，就抓紧杆件。

当滑块W 向后移动时，A，B，C点会张开，即松开杆件。

再配合机构的移动构件，机械手就能很好的实现上升和下降。

一 设计题目：爬杆机器人为代替人高空作业，设计出爬上和爬下干装的机器人。

1.1设计目的目前全国日益加快的现代化建设步伐，除了2008年8月在北京举办的奥运会、2010年将要在上海举办的世博会之外，随着我国国民经济的飞速增长、人民生活水平日益提高，城镇中随之矗立起无数的高层城市建筑，各类集实用性与美观性一体的市政、商业工程诸如电线杆、路灯杆、大桥斜拉钢索、广告牌立柱等（图1-1），它们通常5~30米，有的甚至高达百米，壁面多采用油漆、电镀、玻璃钢结构等，由于常年裸露在大气之中，风沙长年累月的积累会形成灰尘层，该污染影响城市的美观，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，并缩短它们的使用寿命，需要定期进行壁面维护工作。

为保持清洁，许多国际性城市如厦门、深圳、香港等地规定，每年至少清洗数次。

目前传统的清洗技术主要分为人工清洗（化学药剂清洗）和高压水枪清洗等方法。

其中人工清洗是由清洁工人搭乘吊篮进行高空作业来完成，工人的工作环境恶劣，具有很大程度上的危险性，工作效率也很低，耗资巨大。

化学药剂中所用的去污剂具有很强的毒副作用会对人造成潜在的危害，并易造成环境的二次污染；高压水枪清洗耗能比较大、成本高，且对周边环境有很大的影响。

在利用高压水进行清洗时，它的周边不能有车辆、行人通过，且不能有过近的建筑物。

其它高空作业诸如：各种杆状城市建筑的油漆、喷涂料、检查、维护，电力系统架设电缆、瓷瓶清洁等工作主要由人工和大型设备来完成，但它们都集中表现出效率低、劳动强度大、耗能高、二次污染严重等问题。

随着机器人技术的出现和发展以及人们自我安全保护意识的增强，迫切希望能用机器人代替人工进行这些高空危险作业，从而把人从危险、恶劣、繁重的劳动环境中解脱出来。

1.2设计条件攀爬对象为直径150毫米左右的等直径杆（学有余力的同学可以考虑攀爬对象为变截面杆，如电线杆）。

可以用电动机，液压站，气压站其中的任意一种做动力源，但要分析其应用场合和优缺点。

爬杆作业机器人设计1．选题背景及其意义随着国民经济的飞速增长，人民生活水平的提高，城镇中随之矗立起无数电线杆、路灯杆、大桥斜拉钢索等高层建筑。

这些高层建筑壁面多采用油漆、电镀、玻璃铜结构等，长期以来会形成灰尘层，酸污染影响城市的美观，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，并缩短它们的使用寿命，需要定期进行壁面维护工作。

它们通常高5-30米，有的甚至高达百米，会给操作人员带来不便和危险。

因此本课题拟设计一爬杆机器人，可以在没有障碍的光杆上爬行，代替人工进行这些高空危险作业，从而把人从危险、恶劣、繁重的劳动环境中解脱出来。

具有良好的经济效益和社会效益。

2 文献综述（国内外研究现状与发展趋势）机器人技术是近30年来迅速发展起来的一门综合学科。

它综合了力学、机构学、机械设计学、计算机工程、自动控制、传感技术、电液驱动技术、人工智能、仿生学等学科的有关知识和最新研究成果，代表了机电一体化的最高成就。

尤其是进入80年代以来，机器人技术的进步与其在各个领域的广泛应用，引起了各国专家学者的普遍关注。

许多发达国家均把机器人技术的开发、研究列入国家高新技术发展计划。

移动机器人作为机器人学的一个重要分枝，其研究工作始于20世纪60年代。

移动机器人的最成功应用是自动化生产系统中的物料搬运，用于完成机床之间、机床与自动仓库之间的工件工具传送。

移动机器人的运动灵活性能，大大增加了生产系统的柔性和自动化程度。

现在，移动式机器人的研究开发除上述应用外，还涉及许多其他应用领。

如在建筑领域完成混凝土的铺平、壁面的装修、检查和清洗：采矿业中行隧道的掘进和矿藏的开采、农林业中从事水果采摘、树枝修剪、圆木搬运；军事上用于探测侦察、爆炸物处理。

福利方面进行盲人引导，病员护理等。

爬行机器人是机器人大家族中的一员，爬升机器人因为需要克服重力的作用而可靠地依附于爬升表面上并自主移动，完成特定条件下的作业，区别于平面移动机器人，故爬升机器人是机器人领域的一个重要研究分支，从运动方式上来表征的一种机器人，形式是多种多样的。

毕业设计爬杆机器人机械结构设计
1.机构设计：
机构设计是爬杆机器人的基础，主要包括爬杆机器人的外部结构和内
部结构。

外部结构需要考虑机器人的稳定性和韧性，内部结构需要考虑机
器人的自动控制和运动功能。

2.驱动设计：
驱动设计是爬杆机器人实现运动的关键。

常见的驱动方式包括电机、
液压和气动。

在设计中需要综合考虑驱动性能、功率和成本等因素，选择
适合的驱动方式。

3.传动设计：
传动设计关系到爬杆机器人的运动效率和精度。

常见的传动装置包括
齿轮传动、皮带传动和链传动。

在设计中需要考虑传动装置的可靠性、精
度和噪声等因素，选择适合的传动方式。

4.材料选择：
材料选择是爬杆机器人机械结构设计中重要的一环。

需要选择轻量化、高强度和耐磨性好的材料，以提高机器人的负载能力和使用寿命。

总之，在进行爬杆机器人的机械结构设计时，需要充分考虑机器人的
稳定性、驱动性能、传动效率和材料选择等方面，以实现机器人的正常运
行和高效工作。

高等教育自学考试毕业设计（论文）题目爬壁式机器人设计专业班级姓名指导教师所属助学单位2011年 12 月 2 日目录前言 (2)第一章 (3)总体结构 (3)1.1机械结构 (3)1.2控制系统硬件 (4)1.3传感导引系统 (9)第二章 (14)2.1爬壁机器人磁吸附原理 (14)2.2磁吸附技术简介 (14)2.3.电磁铁吸力及选材 (14)第三章 (16)3.1一种新型磁轮单元 (16)3.2磁轮分析 (16)第四章爬壁机器人的力学分析 (18)4.1爬壁机器人静力学分析 (18)4.2爬壁机器人动力学分析 (19)结论 (21)参考文献 (21)致谢 (21)摘要爬壁机器人,是极限作业机器人的一个分支,它的突出特点是可以在垂直墙壁表面或者天花板上移动作业爬壁机器人能吸附于壁面而不下滑,实现的方法主要有两种:负压吸附与磁吸附介绍一种新型爬壁机器人，它以超声串列法自动扫查和检测在役化工容器筒壁对接环焊的危害性缺陷。

本文将着重介绍了它的机械结构及位置调整运动控制算法。

这种机器人采用磁轮吸附和小车式行走，利用磁带导航，光纤传感器检测，具有结构紧凑、导航性能好、位置调整方法可行和定位精度高等特点。

本文将介绍的爬壁机器人为超声串列自动扫查机器人是以某炼油厂加氢反应器为具体的应用对象，用来以超声串列法自动扫查和检测筒壁对接环焊缝的危害缺陷而研制的，并按JB4730-94《压力容器无损检测》的要求，用超声串列法检测。

超声串列法要求一发、一收探头中心声束保持在一个与焊缝中心线相垂直的平面内，收发探头相对于串列基准线须保持等距、反相、匀速移动。

由于采用手动检测，操作难度大，重复性差，可比性差而难以实施。

对于这种用在圆形筒壁上在役检测的机器人，丹麦的force公司研制了多用途模块磁轮扫描仪AMS-9、AMS-10等系列磁轮爬壁机器人，日本的Osaka Gas Co。

Ltd公司研制了磁轮爬壁检测机器人，但是售价昂贵。