爬行机器人的设计

爬杆机器人 课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解爬杆机器人的基本构造和原理，掌握相关的物理和机械知识。

2. 学生能描述爬杆机器人的功能和应用，了解其在现实生活中的重要性。

3. 学生能解释爬杆机器人设计中涉及的科学概念，如力、运动、能量等。

技能目标：1. 学生能运用所学的知识，设计并制作一个简单的爬杆机器人。

2. 学生能在团队中合作，进行问题分析、方案设计和实验操作。

3. 学生能通过实际操作，掌握基本的编程和控制技巧，使爬杆机器人完成特定任务。

情感态度价值观目标：1. 学生能培养对科学技术的兴趣和好奇心，激发创新意识和探索精神。

2. 学生能在设计和制作过程中，体会到团队合作的力量，增强沟通与协作能力。

3. 学生能认识到科技对社会进步的推动作用，培养热爱科学、服务社会的情感。

课程性质：本课程为实践性较强的综合课程，结合物理、机械、编程等多学科知识，注重培养学生的动手能力、创新能力和团队协作能力。

学生特点：六年级学生具有较强的观察力、动手能力和好奇心，对新鲜事物充满兴趣，但注意力集中时间较短，需要激发学习兴趣和参与度。

教学要求：教师应注重理论与实践相结合，采用启发式教学，引导学生主动探索，提高学生的实践操作能力和解决问题的能力。

同时，关注学生的个体差异，给予个性化指导，确保课程目标的实现。

通过课程学习，学生能够将所学知识转化为具体的学习成果，为后续学习奠定基础。

二、教学内容本课程以《科学》教材中“机械世界”单元为基础，结合以下内容进行教学：1. 爬杆机器人原理介绍：讲解爬杆机器人的基本构造、运动原理和功能应用，涉及教材中“简单机械”和“力的作用”等章节内容。

2. 爬杆机器人设计制作：a. 材料选择：介绍爬杆机器人制作所需的材料，如塑料、木材、金属等，与教材中“材料分类”章节相关。

b. 结构设计：引导学生学习爬杆机器人的结构设计，包括传动系统、控制系统等，涉及教材中“机械结构”章节内容。

c. 编程控制：教授爬杆机器人的基本编程方法，使学生在实际操作中掌握编程技巧，与教材中“计算机编程”章节相关。

爬行机器人步进行走系统硬件基础开发摘要:研究机器人体系结构的目的是简化机器人系统的设计和开发。

随着机器人控制和功能的日益复杂化,机器人体系已硬件结构的设计越来越受到重视,其中通过步进电机驱动器来控制系统行走机构是重点。

所以研究步进电机的控制系统,对提高机器人控制精度和响应速度具有重要意义。

关键词:STC89C52 步进电机ULN2003驱动1 设计方案本设计的目的是以单片机为核心设计出一个单片机控制步进电机的控制系统。

本系统采用STC89C52作为控制单元,通过键盘实现对步进电机转动方向及转动速度的控制,并且将步进电机的转动用四个LED灯指示。

2 硬件选择目前常用的步进电机有三类如表1所示。

通常电机的转子为永磁体,当电流流过定子绕组时,定子绕组产生一矢量磁场。

该磁场会带动转子旋转一角度,使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。

当定子的矢量磁场旋转一个角度。

转子也随着该磁场转一个角度。

每输入一个电脉冲,电动机转动一个角度前进一步。

它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。

改变绕组通电的顺序,电机就会反转。

所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。

在本设计中采用常用的永磁式步进电机。

STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K 在系统可编程Flash存储器。

使用高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。

片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。

在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU 和在系统可编程Flash,使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

STC89C52具有以下标准功能:8k字节Flash,256字节RAM,32位I/O口线,看门狗定时器,2个数据指针,三个16位定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口,片内晶振及时钟电路。

在本设计采用STC89C52单片机。

水下爬游机器人足端运动空间分析水下爬游机器人是一种能够在水下进行爬行操作的机器人。

该机器人通常具备柔性结构和运动自由度，以便能够在水中的复杂环境中进行任务执行。

在进行水下爬行时，机器人的足端运动空间分析非常重要，可以帮助设计者了解机器人在不同水下场景中的运动能力和适用性。

本文将对水下爬游机器人的足端运动空间进行详细分析。

1.运动自由度：机器人的足端运动空间受到机器人本身结构和控制算法的限制。

通常，水下爬游机器人的足部都具备多个自由度，如平移、转动等。

这些自由度的存在可以使机器人在水下环境中进行自由灵活的运动。

2.约束条件：水下环境中存在各种约束条件，如水流、水压、水温等。

这些约束条件会对机器人的运动产生影响，限制机器人的足端运动空间。

因此，在分析足端运动空间时，需要考虑这些约束条件的影响，并对其进行适当的建模。

3.环境特征：不同的水下环境具有不同的特征，如水深、水质、水流速度等。

机器人在不同的水下环境中需要具备适应性，能够根据环境特征进行相应的足端运动。

因此，对水下爬行机器人的足端运动空间进行分析时，需要考虑不同水下环境对机器人运动的限制和要求。

4.任务需求：水下爬行机器人通常用于执行特定的任务，如水下检测、维修等。

在进行足端运动空间分析时，需要考虑这些任务的需求和机器人的适应性。

例如，一些任务可能需要机器人具备较大的足端运动范围，以便能够在水下环境中自由移动和操作。

总之，水下爬游机器人的足端运动空间分析是一项复杂而重要的任务。

通过对机器人足端运动空间的分析，可以帮助设计者了解机器人的运动能力和适应性，并指导机器人的设计和控制。

未来，随着水下爬行机器人技术的进一步发展，足端运动空间分析将在机器人设计中发挥更加重要的作用。

管外爬行机器人及其控制系统设计贾朝川;杨婷;符茂胜【摘要】主要介绍了一种管道外爬行机器人结构和控制系统的设计.机器人本体结构采用的是关节式,不仅能够攀爬直行管道,而且能够越过T型管道、十字型管道等.针对各个关节的电机的驱动方式选取c8051f020单片机为控制系统核心器件,通过压力传感器检测机器人与管道表面的压力来实现机器人的固定,采用max485多机通信模式实现对多个关节舵机的控制.通过实验室测试,该机器人基本能够实现在直行、十字交叉管道上前进、后退、上升、下降等功能.从而可以为各种工业管道、民用管道、大桥斜拉索、电缆等圆柱形体的质量检测、维护修复等作业提供一种新型的管外行走装置.【期刊名称】《皖西学院学报》【年(卷),期】2014(030)002【总页数】4页(P20-23)【关键词】管道;管外爬行机器人;控制系统;压力传感器【作者】贾朝川;杨婷;符茂胜【作者单位】皖西学院信息工程学院,安徽六安 237012;皖西学院机械与电子工程学院,安徽六安 237012;皖西学院信息工程学院,安徽六安 237012【正文语种】中文【中图分类】TP242.3管道爬行机器人是机器人研究领域的一个主要的研究方向，它分为内管道和外管道机器人，内管道机器人研究较为成熟，而对外管道机器人的研究还相对较少，外管道机器人主要是针对缆索、电缆、电线杆、自来水管道、输油管道、输气管道、输暖管道等圆形管道进行作业。

其中，大多数管道中都含有高温、高压、有毒、有辐射的流体物质，如果发生管道裂纹或者断裂，管内有害物质泄漏将会给人们的性命和财产带来重大的损失，因此，对管道进行定期的检测和保养必不可少［1］。

若仅仅靠人工方法对其进行作业，不仅耗费人力和物力，而且效率也比较低，况且许多场合根本无法容纳人工作业，此类情况下，管外爬行机器人就能充分发挥出它的优越性和实用性。

本文针对圆形管道给出了管外爬行机器人的机械结构及控制系统的模型。

1 管外爬行机器人结构原理根据管道的形状，有些管道并非都是竖直，有些是交叉状等特点。

来稿日期：2012-03-30基金项目：青岛市科技支撑计划项目（09-1-1-60-nsh ）作者简介：王吉岱（1961年），男，硕士，教授，研究领域：机械电子工程和机器人技术1引言爬壁机器人（Wall-Climbing Robots ）代替人工进行危险、复杂的高空作业已成为一种趋势，越来越多的行业正在引进爬壁机器人技术进行高空高危作业。

对于压力容器壁面检测机器人，永磁吸附爬壁机器人因其吸附稳定可靠，逐渐被大量采用。

目前，永磁吸附爬壁机器人多采用镶嵌有矩形永磁体的履带式行走方式和在本体腹部安装有永磁体，进行间隙吸附的轮式行走方式。

其中，履带式爬壁机器人质量较大，镶嵌于履带上的永磁体只能循环使用，磁吸附力过于分散，造成机器人转弯困难并且容易倾覆[3]；对于采用间隙永磁吸附的爬壁机器人，参考文献[1]表明由于存在间隙，吸附力不够稳定可靠，而且间隙细小的变动会导致吸附力剧烈变化。

因此，吸附高可靠性、行走高灵活性、质量轻量化成为当前爬壁机器人的发展方向。

针对永磁吸附爬壁机器人的发展趋势，对罐壁检测爬行机器人的行走吸附机构进行了创新设计，机器人在具有较强吸附力的同时，能够灵活的行走与转向，以满足壁面检测的要求。

2机器人行走吸附机构总体设计罐壁检测爬行机器人的行走吸附机构主要是由主动永磁轮机构、万向永磁轮机构、驱动系统及底盘等组成，结构为中心对称，整体尺寸为：（400×260×242）mm 。

行走吸附机构的平面示意图，如图1所示。

12345671.同步带轮2.底盘3.万向辅助永磁轮4.检测机构5.直流伺服电机6.主动永磁轮7.蜗轮蜗杆减速机图1爬壁机器人行走吸附机构示意图Fig.1The Structure Diagram of Wall-Climbing Robot新型罐壁检测爬行机器人的行走吸附机构设计王吉岱，孔辉，陈广庆，闫磊（山东科技大学，山东青岛266590）摘要：在研究磁路的基础上，提出了一种新型的轮式罐壁检测爬行机器人行走吸附机构，设计了新型的永磁轮，对磁路设计的合理性进行了研究和仿真分析，选择了永磁材料，并在永磁轮的基础上设计了万向永磁轮机构；设计了爬壁机器人的驱动系统，选择了传动方式和关键驱动部件。

摘要机器人是一门涉及计算机科学、机械、电子、自动控制、人工智能等多个方面的科学。

步行者机器人是一台在四连杆机构的基础上而设计出来的爬楼梯机器人。

它最大的特点是能够始终保持自身重心，实现爬上楼梯的目的，动作稳定，优美。

虽然该作品结构较为简单，但是其中采用了模块化设计，使其可以随时更新、升级（这是现今机电一体化工程中鲜有的设计方法）；使机器不仅能适应不同的楼梯，更可以在不同情况的路面上发挥其作用。

其中利用的仿生学原理使该机器人即使在路况不是很好的情况下也可以稳定的进行工作。

1、进行了较完善和全面的方案设计而后分析论证。

重点分析讨论了其中具有代表性的三个方案。

并从中选取一个作为设计方案。

2、对于机器人运动方式，系统设计及其驱动要求进行了认真仔细的分析，对比和计算校核。

3、针对已定方案的设计计算，进行了实际制作从而验证了机构的可行性。

关键词：机器人爬行台阶第一章机械的功能原理设计1．1 实现功能在当今的人类社会中，在楼房已经成为人类进入现代文明的标志之一的同时，各种各样的爬楼梯机器人也随之而出现。

但现有的设计中，用于爬楼梯的机器人普遍成本较高，结构较为复杂，不适合在日常生活中进行广泛的运用。

而在日常生活中，我们又需要一种成本相对较低且加工简便的爬楼梯机器人为我们服务。

所以我们本次作品的设计从低成本出发，使作品在结构上尽量简化，同时又能满足对爬楼梯这一基本功能的实现（如图1），从而为今后功能多元化拓展提供一个良好的运动平台。

图1 实现爬楼梯功能1．2 原理设计步行者号机器人是以链轮作为传动工具。

运动部分采用了平行四连杆机构。

这个机构的稳定性高，不会出现转弯等现象。

其运动半径为189mm，传动轴每旋转一周直线运动距离为378mm。

在走楼梯时每转一圈跨上两阶台阶。

连杆的长度是由一阶台阶的对角线长度所确定的步行者号的重心设计在机身前部的1/3处，这样设计的特点是能够始终保持自身重心，实现爬上楼梯的目的。

运动过程中的传动比为1:8。

爬杆机器人的自锁原理爬杆机器人作为一种特殊的机器人，其主要功能是能够爬行并在垂直杆上停止和自锁。

这种机器人在工业生产、建筑维护和救援等领域有着广泛的应用。

它的自锁原理主要依赖于以下几个方面：机械结构、重力平衡、电动机控制和传感器反馈。

首先，机械结构是爬杆机器人自锁的基础。

机器人通常采用类似于螺距的装置，通过旋转螺距来使机器人向上或向下移动。

这种机械结构能够提供足够的力以抵抗重力对机器人的拉力，从而保持其在垂直杆上的稳定性。

同时，机器人上的爪子或脚部装置也能够提供额外的支撑，防止机器人滑落。

其次，重力平衡是爬杆机器人自锁的重要机制。

通过合理设计机器人的重心位置以及相对于杆的摩擦力，使机器人在重力和摩擦力的共同作用下保持平衡。

当机器人停止运动时，重心会向下移动，增加机器人与杆间的压力，从而增加摩擦力，进一步防止机器人滑落。

这种重力平衡的设计使得机器人能够在杆上停止并自锁。

第三，电动机控制也是爬杆机器人自锁的关键。

机器人上通常装有电动机，通过控制电动机以停止机器人的运动。

当机器人需要停止时，电动机会自动关闭，并保持电流断开状态。

这样可以防止机器人继续运动，进而实现自锁。

当需要解除自锁时，电动机会重新启动，使机器人继续运动。

最后，传感器反馈是爬杆机器人自锁的重要保障。

机器人通常装有多种传感器，比如位移传感器、力传感器和倾斜传感器等。

这些传感器能够检测机器人所处的位置、力的大小以及倾斜角度等信息，并将这些信息反馈给控制系统。

控制系统根据这些反馈信息来判断机器人的位置和状态，并做出相应的控制措施，确保机器人能够及时自锁和解除自锁。

综上所述，爬杆机器人的自锁原理主要包括机械结构、重力平衡、电动机控制和传感器反馈。

这些机制相互协作，使得机器人能够在垂直杆上停止和自锁。

这种自锁原理为机器人的稳定性和安全性提供了保障，使得机器人能够更好地应对不同环境和工作需求。

管道三足爬行机器人的设计收稿日期:2006205206.作者简介:丛晓霞(19572),女,山东蓬莱人,副教授。

丛晓霞,秦冬冬,秦永康(河南科技学院机电学院,河南新乡453003)摘要:针对各种口径的管道内的移动监视、障碍物清除、引线等问题,设计了一种管道三足爬行机器人。

本文分析了管道三足爬行机器人的结构、功能。

关键词:管道三足爬行机器人;螺旋机构;平面四杆机构;履带机构中图分类号:TP242.6 文献标识码:A 文章编号:167326060(2006)0420098203P i p i n g Three Foots Crawl A long The RobotCONG Xiao 2xia,et al .(Henan I nstitute of Science and Technol ogy,Xinxiang,Henan,453003,China )Abstract:Ambulati on in the p i p ing surveillance,stu mbling bl ock clearance,fuse ...etc .p r oble m that ai m at every kindof caliber,design a kind of p i p ing three f oots cra wl al ong the r obot .This text analyzed the p i p ing three f oots cra wl al ong the constructi on,functi on of the r obot .Key words:Pi p ing three f oots cra wl al ong the r obot,Sp iral organizati on,Flat surface four pole organizati on,Track orga 2nizati onl 各种地下管道、空中管道及建筑物内的通风、制冷、线路、燃气管道作为一种有效的物料运输手段在我们的生活中起着重要作用,得到了广泛的应用。

机械原理课程设计设计说明书设计题目：爬杆机器人设计者：设计小组成员：指导老师：机械原理教研室１目录1.设计题目……………………………………………１1.1设计目的………………………………………………１1.2设计题目简介…………………………………………１1.3设计条件及设计要求…………………………………１2.运动方案设计……………………………………２2.1机械预期的功能要求…………………………………２2.2功能原理设计…………………………………………２2.3运动规律设计…………………………………………３2.3.1工艺动作分解……………………………………………３2.3.2运动方案选择……………………………………………５2.3.3执行机构形式设计………………………………………６2.3.4运动和动力分析…………………………………………７2.3.5执行系统运动简图………………………………………８3.计算内容……………………………………………８4.应用前景 (10)5.个人小结 (11)6.参考资料 (12)附录 (13)２１.设计题目１.１设计目的机械设计是根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸以及润滑方式等进行构思、分析和计算，并将其转化为制造依据的工作过程。

机械设计是机械产品生产的第一步，是决定机械产品性能的最主要环节，整个过程蕴涵着创新和发明。

为了综合运用机械原理课程的理论知识，分析和解决与本课程有关的实际问题，使所学知识进一步巩固和加深，我们参加了此次的机械原理课程设计。

１.２设计题目简介我们此次做的课程设计名为爬杆机Array器人。

该机器人模仿虫蠕动的形式向上爬行，其爬行运用简单的曲柄滑块机构。

其中电机与曲柄固接，驱动装置运动。

曲柄与连杆铰接，其另一端分别铰接一自锁套（即上下两个自锁套），它们是实现上爬的关键结构。

当自锁套有向下运动的趋势时，由力的传递传到自锁套，球、锥管与圆杆之间形成可靠的自锁，阻止构件向下运动，而使其运动的方向始终向上（运动示意见右图）。

一种粗糙壁面爬行机器人的设计与实现
陈东良;张群;王立权;左勇胜
【期刊名称】《哈尔滨工程大学学报》
【年(卷),期】2012(033)002
【摘要】为实现针对粗糙壁面的低噪声爬行机器人,对生物足部特性探讨研究,分析了一种粗糙壁面爬行机器人的机械结构及其运动学原理,利用仿生四杆机构设计主体爬行机构,足尖采用锋利的爪钩结构,单足由多足趾组成,足趾为具备局部自由度的弹性结构,对粗糙墙壁面具有自适应性,设计完成粗糙壁面爬行机器人的样机,并深入分析足尖切入粗糙壁面角度对攀爬可靠性的影响.最终通过实验分析,验证了爪钩的足部结构设计、材料选择的合理性.
【总页数】5页(P209-213)
【作者】陈东良;张群;王立权;左勇胜
【作者单位】哈尔滨工程大学机电工程学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学机电工程学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学机电工程学院,黑龙江哈尔滨150001;海洋石油工程股份有限公司,天津300452
【正文语种】中文
【中图分类】TP242.3
【相关文献】
1.壁面爬行机器人的动力学分析与仿真 [J], 刘纪新;胡凤菊;陈继涛;邵瑞影
2.壁面爬行机器人"脚"的研究 [J], 赵光霞
3.壁面爬行机器人研究与发展 [J], 崔旭明;孙英飞;何富君
4.气动六足壁面爬行机器人控制系统的开发 [J], 杨慧斌;马春港;汪满;吴竹霞;齐亚梦
5.基于粒子滤波的壁面爬行机器人位姿跟踪研究 [J], 顿向明;缪松华;王震
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