爬壁机器人特点
- 格式:doc
- 大小:40.50 KB
- 文档页数:5
磁吸附爬壁机器人原理机器人技术已经被广泛应用于各个领域,其中一个称之为"磁吸附爬壁机器人"的技术,可以用来实现机器人在高处爬行的功能。
磁吸附爬壁机器人的原理就是利用磁性吸引力,使机器人附着在特定的磁性表面上,并利用特定的机械装置实现机器人的爬行功能。
基于磁性的爬行机器人主要由磁吸附的部件、电机驱动的摆动机构和爬行机构组成。
其中,磁吸附的部件包括电磁铁、永磁体和磁性材料,电磁铁可以产生强磁场,永磁体可以把机器人附着在特定的磁性表面上,而磁性材料则可以把强磁场聚集到机器人的表面。
电机驱动的摆动机构就是将电机的能量转变成物理能,从而使机器人能够移动。
摆动机构的结构可以分为两部分,一部分是能够与电机连接的减速箱,另一部分是摆动机构,通过减速箱和摆动机构的组合,可以把电机的能量转变成机器人腿部或身体部分的移动。
最后是机器人爬行机构,主要由腿部舵机和身体舵机组成,腿部舵机能够控制机器人的腿部移动,身体舵机则能够控制机器人的身体移动。
通过控制这些机构的运动,机器人便可以在磁性表面上进行爬行,从而实现机器人在高处爬行的功能。
磁吸附爬壁机器人在安全领域也有很多应用,例如在家庭防盗方面,可以利用磁性吸附机器人来检测窗户和其他空间的异常情况。
此外,它还可以在建筑和地下管道等封闭空间中进行巡逻,以检测和防止安全隐患。
总的来说,磁吸附爬壁机器人的原理是利用磁性吸引力,把机器人附着在特定的磁性表面上,并且通过电机驱动的摆动机构和爬行机构的结合,实现机器人的爬行功能。
它拥有强大的应用价值,可以用于家庭防盗或巡逻,也可以在搜索和拯救方面发挥重要作用。
磁吸附爬壁机器人具有优越的特性,其发展前景十分乐观,未来将会有更多的惊喜等待着我们去发掘。
复合吸附方式爬壁机器人的研制近年来,随着机器人技术的快速发展,爬壁机器人逐渐成为研究和应用的热点之一。
爬壁机器人能够在垂直或倾斜表面上自由行走,具有广泛的应用前景,如工业、军事、建筑等领域。
复合吸附方式爬壁机器人是一种采用多种吸附方式结合而成的机器人,目前国内外已取得一定的研究进展。
复合吸附方式爬壁机器人一般由机械结构、吸附装置和控制系统三部分组成。
机械结构是机器人的骨架,负责提供机器人的稳定性和刚性。
吸附装置则是实现机器人在墙壁上爬行的关键,有多种吸附方式可供选择,如真空吸盘、粘附材料、气囊等。
控制系统则是机器人的大脑,负责实时控制机器人的运动和吸附状态。
在复合吸附方式爬壁机器人的研制中,机械结构的设计是关键。
机械结构需要具备足够的刚度和稳定性,能够承受机器人的重量和外界的干扰,同时还要具备良好的适应性,能够在不同表面上爬行。
常见的机械结构设计包括多杆机构、足式爬壁机器人和轮式爬壁机器人等。
吸附装置的设计也是复合吸附方式爬壁机器人研制的重要环节。
吸附装置需要能够紧密附着在墙壁上,提供足够的吸附力以支持机器人的重量,并能够实现快速粘附和释放。
常用的吸附方式包括真空吸盘、粘附材料和气囊等。
不同的吸附方式具有各自的优缺点,研究人员需要根据具体应用需求进行选择。
控制系统是复合吸附方式爬壁机器人的核心。
控制系统需要能够实时感知机器人的位置和运动状态,并根据这些信息调整机器人的运动和吸附状态。
控制系统还需要具备自主避障能力,能够自动适应不同表面的变化和障碍物的存在。
目前,常见的控制方法包括PID控制、模糊控制和神经网络控制等。
在研制复合吸附方式爬壁机器人的过程中,研究人员还面临一些挑战。
吸附装置的设计和制造技术需要不断创新,以提高吸附力和减小机器人的重量。
控制系统需要具备高精度和高稳定性,能够实现高效的运动控制和避障。
机械结构的设计和材料的选择也需要不断改进,以提高机器人的适应性和可靠性。
爬壁机器人设计与操作方式标准建设出有随着科技的不断发展,机器人技术正越来越广泛地应用于各个领域,其中之一就是爬壁机器人。
爬壁机器人具备在垂直墙面上移动的能力,可以在高空、狭小空间等人类难以到达的环境中执行任务,为各行各业带来了巨大的便利和效益。
为了确保爬壁机器人的设计与操作方式达到一定的标准,本文将探讨爬壁机器人设计与操作方式的标准建设。
1. 爬壁机器人的设计要求1.1 适应多种环境爬壁机器人应设计成能够适应多种不同垂直墙面的表面材料和结构,例如水泥、玻璃、金属等。
在设计过程中,应考虑机器人的吸附力、稳定性和移动速度等因素,以确保其能够牢固地附着在墙面上并稳定地移动。
1.2 安全性在设计爬壁机器人时,安全性是一个至关重要的因素。
机器人应具备避免摔落的功能,例如采用传感器和算法识别墙面表面的凹凸,以避免机器人因表面不平而摔落。
此外,机器人的电源系统和机械结构也需要经过严格的测试和验证,确保其能够在任何工作环境下安全可靠地运行。
1.3 轻量化和紧凑化设计由于爬壁机器人常常需要在狭小的空间中进行工作,因此,设计时应尽量减小机器人的体积和重量,以提高其机动性和适应性。
同时,机器人的紧凑化设计也有利于减少与墙面的接触面积,从而降低机器人与墙面之间的摩擦力,提高其爬行效率。
2. 爬壁机器人的操作方式标准2.1 遥控操作爬壁机器人通常通过遥控操作来实现。
操作者可以通过遥控设备,如遥控器或手机APP,对机器人进行控制。
遥控操作方式的优点是简单易学,可以迅速掌握机器人的基本操作,缺点是需要操作者具备一定的操作技能和经验。
2.2 自动化操作随着人工智能技术的不断发展,爬壁机器人的自动化操作逐渐成为可能。
通过在机器人中引入各种传感器和算法,可以实现机器人的自主导航、避障和任务执行等功能。
自动化操作方式的优点是减轻操作者的负担,提高工作效率,缺点是需要额外的技术和设备支持。
2.3 远程监控与控制由于爬壁机器人常常工作在高空或狭小空间等人类难以到达的环境中,远程监控和控制是非常重要的。
爬墙机器人原理
爬墙机器人是一种具有特殊功能的机器人,它可以在垂直墙壁上行走,甚至可
以在天花板上移动。
其原理主要基于机械结构和物理原理的应用。
首先,爬墙机器人的结构设计非常重要。
它通常采用轮式或者履带式的结构,
配备有吸盘或者吸附材料。
这些吸盘或吸附材料可以产生足够的吸附力,使机器人能够在墙面或天花板上牢固地附着。
同时,机器人的重心设计也非常关键,要确保其在行走时能够保持稳定,不至于发生倾覆或者滑落的情况。
其次,爬墙机器人利用物理原理来实现在墙面上行走。
在机器人的运动过程中,通过控制吸盘或吸附材料的吸附和释放,可以实现机器人在墙面上的移动。
例如,当吸盘吸附在墙面上时,机器人可以利用电机或液压系统来产生推力,从而实现向上或向下的运动。
同时,机器人还可以利用自身重心的调节,来实现在墙面上的平稳行走。
此外,爬墙机器人还可以利用传感器和控制系统来实现对墙面的感知和自主导航。
通过激光雷达、红外线传感器等设备,机器人可以实时感知墙面的形状和距离,从而调整自身的运动轨迹。
控制系统可以根据传感器的反馈信息,实时调节机器人的运动状态,使其能够在墙面上自如地行走。
总的来说,爬墙机器人的原理是基于结构设计、物理原理和智能控制系统的综
合应用。
通过合理设计的结构、物理原理的运用和智能控制系统的支持,爬墙机器人可以实现在垂直墙面和天花板上的自由行走。
这种机器人不仅具有很高的科研和技术价值,还具有广泛的应用前景,可以在建筑施工、救援任务和工业检测等领域发挥重要作用。
相信随着科技的不断进步,爬墙机器人的原理和技术将会得到进一步的完善和应用。
爬墙机器人原理
爬墙机器人是一种可以在垂直墙面上爬行的智能机器人,它通常被用于特殊环境下的搜救、检测和维护工作。
爬墙机器人的原理主要包括机械结构、运动控制和附着力三个方面。
首先,爬墙机器人的机械结构设计非常重要。
它通常采用轮式或者履带式的结构,配合多关节的机械臂和传感器,以便在垂直墙面上实现稳定的移动和操作。
机械结构的设计需要考虑重量、强度和灵活性的平衡,以及对墙面的适应能力。
其次,爬墙机器人的运动控制是实现其爬墙功能的关键。
通过精确的电机控制和传感器反馈,爬墙机器人可以实现对自身姿态的调整和对墙面的粘附力控制。
这需要复杂的算法和实时的数据处理能力,以确保机器人在爬行过程中保持稳定和安全。
最后,爬墙机器人的附着力是其能够在墙面上爬行的基础。
通常,爬墙机器人会采用吸盘、气压或者粘附材料等方式来实现对墙面的附着。
这些附着装置需要具有足够的抓地力和对墙面的适应性,以确保机器人可以在各种环境下实现稳定的爬行和操作。
综上所述,爬墙机器人的原理是基于其机械结构、运动控制和附着力三个方面的技术实现。
通过合理的设计和精密的控制,爬墙机器人可以在垂直墙面上实现高效的移动和操作,为特殊环境下的工作提供了重要的技术支持。
随着科技的不断进步,相信爬墙机器人在未来会发挥更加重要的作用,为人类创造更多的可能性。
爬墙综述爬墙综述一、引言爬墙是一种具备爬墙能力的,它可以在垂直墙面上行走和操作。
本文将从以下几个方面进行介绍:设计原理、技术规格、应用领域等。
二、设计原理1.机身结构设计1.1 采用轻质材料制作机身,以增加的携带能力和灵活性。
1.2 设计轮式机构可使在垂直墙壁上行走,确保稳定性和安全性。
2.感知与控制系统2.1 利用激光雷达和摄像头等传感器获取环境信息,实时感知墙面的高度、倾斜度等参数。
2.2 采用先进的控制算法实现墙面行走,确保在不同墙面上的稳定性和安全性。
3.电力供应系统3.1 使用高容量的锂电池作为的电力供应,以实现长时间的工作能力。
3.2 配备智能充电系统,可在不同环境下进行充电,保障的稳定运行。
三、技术规格1.尺寸1.1 长度:cm1.2 宽度:cm1.3 高度:cm2.爬墙能力2.1 最大爬升高度:m2.2 最大爬升角度:度2.3 最大可承载重量:kg3.传感器3.1 激光雷达:距离测量范围m3.2 摄像头:分辨率,视野角度度四、应用领域1.建筑施工1.1 在高层建筑施工中,可用于高处作业,减少人力风险。
1.2 可用于墙壁清洁和维护,提高工作效率。
2.消防救援2.1 在火灾发生时,可通过爬墙能力进入高层建筑,进行救援和灭火工作。
2.2 可以帮助搜寻被困人员并提供实时图像和信息。
3.安防监控3.1 可以配备摄像头进行实时监控,可用于巡逻和监视困难地形区域。
3.2 可以通过无线连接与安全中心进行通信,提供即时报警和响应。
五、附件本文档附带以下附件:1.产品设计图纸2.技术规格表3.应用案例分析报告注:以上附带附件仅为示例,具体附件内容根据实际需求而定。
六、法律名词及注释1.侵权:指在未得到许可的情况下使用他人的知识产权或私人财产。
2.知识产权:指一切知识和技术在经济社会生活中的应用所带来的经济效益和社会效益所体现出的价值。
3.安全性:指在操作过程中不对周围环境和人员造成威胁或伤害的特性或状况。
前言随着经济的发展,人们对于石油、化工原料、核反应堆等的需求量逐步增加,造成储存这些产品的立式油罐的容积越来越大,也越来越高,如果采用人工来完成立式油罐的容积测量、厚度测量、焊缝探伤检查、喷漆、清洁等外围作业显然耗时费力费财,已然成为一项危险作业,而且核反应堆具有辐射,对人体危害极大,在这种背景下,人类迫切需要开发一台代替人工作业的自动化机械来完成这些任务,既可以解放劳动力,提高工作效率,降低任务成本,而且任务执行精确、到位。
故爬壁机器人应运而生。
近几年来,机器人在各个领域中得到广泛的应用和发展。
其中,爬壁机器人是能够在垂直陡壁上进行作业的机器人,它作为高空极限作业的一种自动机械装置,越来越受到人们的重视。
概括起来,爬壁机器人主要用于:(1)核工业:对核废液储罐进行视觉检查、测厚及焊缝探伤等;(2)石化企业:对立式金属罐或球形罐的内外壁面进行检查或喷砂除锈、喷漆防腐;(3)建筑行业:喷涂巨型墙面、安装瓷砖、壁面清洗、擦玻璃等;(4)消防部门:用于传递救援物资,进行救援工作;(5)造船业:用于喷涂船体的内外壁等。
在机械技术发达的国家已经采取了爬壁机器人作为他们完成油罐外围各项工作的首选工具。
比如日本足式磁吸附壁面移动机器人;美国的C-Bot壁面爬行机器人等。
爬壁移动机器人的出现将极大的降低油罐外围任务的成本、工人的劳动强度、安全性,同时提高工作效率,带来相当大的社会效益和经济效益,而且远程无线式控制将成为主流趋势。
因此,移动爬壁机器人的设计和研究有相当好的发展前景。
针对石化核能源企业的现实需求,我认为,爬壁移动式机器人最起码的功能应该有以下几点:1、机器人可沿金属(大多数)、水泥等罐壁垂直爬升和下降;2、可以在任意的某一位置停留,保证执行机构的工作环境;3、罐体表面工作时可以全覆盖;4、采用远程控制,保证用户的安全并最大程度的方便用户。
5、机器人自身带电源,因为使用线缆供电时,线缆容易绞缠、错乱和布置较慢等弊端凸显。
风电塔筒爬壁机器人吸附结构设计分析摘要:爬壁机器人是移动机器人领域的一个重要分支,其能在垂直壁面上灵活移动,在极限条件下代替人工完成各种作业任务,是目前机器人研究领域的热点之一。
此外,爬壁机器人作为一类特殊的机器人,在核工业、石化企业、建筑业等行业有着良好的应用前景。
基于此,文章对风电塔筒爬壁机器人吸附结构设计进行了详细的论述。
关键词:风电塔筒;爬壁机器人;吸附结构设计风能作为一种绿色环保能源,在世界各地区得到了广泛的应用。
作为风能收集的载体——风电塔筒,因其在制造、装配等过程中存在的问题以及在长期使用后塔筒疲劳,易出现裂纹、表面锈蚀等现象,若不及时实施相应的检修措施会导致塔筒坍毁的严重事故。
而爬壁机器人具有在高空壁面行走和负载等能力,可作为平台实现多种高空极限作业。
因此,爬壁机器人在塔筒上的应用具有重要意义。
一、爬壁机器人简介爬壁机器人又称磁吸附壁面移动机器人等,是特种机器人的一种,能凭借磁吸效应自动在大型金属立面或其它悬壁面连续进行清理工作。
一般采用永磁吸附的方式吸附在金属壁面,从而完成壁面清理工作。
通常,将完成清扫、除锈、喷漆的机器人,也统一归为磁吸附爬壁机器人或爬壁机器人。
此外,爬壁机器人必须具备吸附和移动两个基本功能,而常见吸附方式有负压吸附和永磁吸附两种。
其中负压方式可通过吸盘内产生负压而吸附于壁面上,不受壁面材料的限制;永磁吸附方式则有永磁体和电磁体两种方式,只适用于吸附导磁性壁面。
爬壁机器人主要用于石化企业对圆柱形大罐进行探伤检查或喷漆处理,或进行建筑物的清洁和喷涂。
二、爬壁机器人结构方案设计1、整体方案布局。
设计风电塔筒爬壁机器人目的是为了能替代人工对风电塔筒的检修,因此要求爬壁机器人能安装不同检修装置,并通过在工作表面进行运动,完成检修任务。
综合现有研究成果及生产需求,爬壁机器人要求达到的基本技术指标为:最大尺寸≤550×550×200mm;机器人总重≤40kg;移动速度6~8m•min-1;爬行高度80~120m;越障能力≥10mm;变径能力±6°。
研究报告一、立项背景近几年来,机器人在各个领域中得到广泛的应用和发展。
其中,爬壁机器人(Wall Climbing Robot,WCR)是能够在垂直陡壁上进行作业的机器人,它作为高空极限作业的一种自动机械装置,越来越受到人们的重视。
概括起来,爬壁机器人主要用于:(1)核工业:对核废液储罐进行视觉检查、测厚及焊缝探伤等;(2)石化企业:对立式金属罐或球形罐的内外壁面进行检查或喷砂除锈、喷漆防腐、测量和保养;(3)建筑行业:用于对巨型壁面的喷涂,玻璃壁面的清洗,磁砖安装,桥梁探伤等;(4)消防部门:用于传递救援物资,进行救援工作;(5)造船业:用于喷涂船体的内外壁等。
国内外现有爬壁机器人的壁面吸附方式主要包括:负压吸附、真空吸附、磁吸附、气体推力吸附、粘性吸附和仿生学吸附等。
负压和真空吸附方式具有不受壁面材料限制、适用范围广等特点。
但当壁面凹凸不平时,吸盘容易发生气体过量泄漏,导致吸附力不足,减低爬壁机器人的承载能力,甚至使爬壁机器人从壁面跌落。
磁吸附有永磁和电磁两种方式,但要求壁面必须是导磁材料,主要特点是吸附机构较简单,产生的吸附力远大于负压和真空吸附,也不存在漏气现象,对凹凸不平壁面的适应性较强。
气体推力吸附是利用与壁面成一定角度的气体推力使爬壁机器人贴紧壁面,结构简单,但效率低,受环境影响大,而且控制不易。
粘性吸附和仿生学吸附(仿壁虎)虽然他们的灵活性强,体积小,但是他们的吸附性差有待提高,所以注定载重量小。
爬壁机器人的运动机构主要有足式、框架式、履带式及轮式等。
足式和框架式动作灵活,具备一定越障能力,但移动速度较慢,机构设计和运动步态规划比较复杂;履带式爬壁机器人的壁面吸附力较大,移动速度较快,但调整姿态比较困难;轮式运动机构的主要特点是机构简单、移动速度快、控制灵活方便,但由于一般采用带滑动式吸盘(Sliding Suction Cup,SSC)作为吸附装置,受壁面环境影响较大且对滑动式吸盘的滑动密封性能要求比较高。
复合吸附方式爬壁机器人的研制复合吸附方式爬壁机器人是一种能够在垂直墙壁上行走的机器人,其工作原理是通过吸附力与摩擦力的相互作用实现。
通过复合吸附方式,机器人可以在各种表面上行走,如金属、混凝土和玻璃等。
爬壁机器人的研制主要包括以下几个方面的内容。
爬壁机器人的结构设计是研制的重要一环。
机器人的结构需要考虑到其在垂直墙壁上的行走能力,同时保证其稳定性和安全性。
一般而言,爬壁机器人采用轮式或者足式结构。
轮式结构多由多个电磁吸盘和滚轮组成,通过吸附力和摩擦力在墙壁上行走。
足式结构则模仿了人类的行走方式,通过“脚”的运动在墙壁上行走。
在结构设计过程中,需要考虑机器人的自重、吸附力和摩擦力的平衡关系,使机器人能够平稳地行走。
爬壁机器人的吸附方式是研制的关键之一。
常见的吸附方式有真空吸盘和粘附剂吸盘。
真空吸盘通过创造真空环境产生吸附力,而粘附剂吸盘则将吸附剂粘附在机器人的吸附部件上,通过粘附力实现吸附。
不同的吸附方式适用于不同的表面材质,选择合适的吸附方式对机器人的行走效果至关重要。
爬壁机器人的控制系统也是研制的关键环节。
机器人的控制系统需要能够控制机器人的运动、吸附状态和精确位置,以保证机器人在墙壁上行走的稳定性和安全性。
通过传感器和控制算法,可以实现对机器人运动的控制和实时监测,使机器人能够自主地行走。
爬壁机器人的应用领域非常广泛。
在建筑工地中可以用于高楼外墙的清洗和维护;在工业领域中可以用于高处设备的维修和检测;在军事领域中可以用于侦查和勘察等。
爬壁机器人的研制和应用对提高工作效率、降低人力资源成本具有重要意义。
复合吸附方式爬壁机器人的研制是一个综合性的工程,涉及机器人的结构设计、吸附方式、控制系统等多个方面。
通过不断的研究和改进,爬壁机器人的性能和应用将得到进一步提升。
爬墙机器人吸附原理爬墙机器人是一种能够在墙壁、天花板等垂直表面上行走的机器人。
它的行走方式与一般的轮式机器人不同,它不是通过轮子来行走,而是通过吸附力来紧贴墙面行走。
爬墙机器人的吸附原理是基于两种力的作用:重力和吸附力。
重力是地球对物体的吸引力,是所有物体都具有的基本属性。
而吸附力则是由于物体表面的微观结构不规则,使得在物体表面上存在着吸附力。
这种吸附力可以将物体固定在表面上,不易被外界力量所移动。
爬墙机器人利用吸附力来紧贴墙面行走,它通常采用的是气体吸附或者磁力吸附两种方式。
下面我们来逐一介绍这两种吸附方式的原理。
气体吸附气体吸附是一种利用气体压力产生吸附力的方式。
爬墙机器人在行走时,通常会在机身底部装配多个吸附盘,吸附盘底部形成一个密闭的空间。
机器人内部会通过泵将这个空间的气体抽出,以使得吸附盘与墙面之间的压力差增大,从而使得爬墙机器人能够产生足够的吸附力,紧贴墙面行走。
气体吸附方式具有以下优点:1.气体吸附方式可以在各种材质的墙壁表面上产生足够的吸附力,不受墙壁表面材质的限制。
2.气体吸附方式所产生的吸附力可以随时调整,使得机器人可以根据不同的墙面情况来调整吸附力大小,以保证行走的稳定性。
磁力吸附磁力吸附是一种利用磁力产生吸附力的方式。
爬墙机器人在行走时,在机身底部装配了多个电磁吸盘。
这些电磁吸盘与墙面之间产生磁力,从而产生足够的吸附力以保持机器人的稳定性。
磁力吸附方式具有以下优点:1.磁力吸附方式可以在各种材质的墙壁表面上产生足够的吸附力,不受墙壁表面材质的限制。
2.磁力吸附方式可以通过改变电磁吸盘的电流大小来调整吸附力的大小,以保证机器人的稳定性。
爬墙机器人的吸附原理是基于两种力的作用:重力和吸附力。
爬墙机器人可以通过气体吸附或者磁力吸附两种方式产生足够的吸附力,以实现在墙面上的行走。
这种技术在工业、建筑、医疗等领域具有广泛的应用前景。
种新型微小爬壁机器人近年来,机器人在国家平安、工业检测和反恐任务中越来越得到人们的重视,国际上很多成功的机器人平台已经建立,如Carnegie Mellon大学的Millibot机器人,Min-nesota大学的Scout机器人,iRobot公司的Urban机器人等。
然而,这些机器人都不具有爬壁、在天花板行走和穿越管道的才能。
目前,有很多专家对具有爬壁才能的机器人做了研究,Ali Sadegh运用旋涡回转装置设计的爬壁机器人,Kevin Rogers 运用吸附技术设计的连续运动清扫爬壁机器人,Carlos Grieco 运用磁性吸附技术设计的六足爬壁机器人,Shigeo HIROSE运用磁性吸附技术设计的爬壁机器人,重庆大学潘英俊教授运用磁性吸附技术设计的步行式爬壁机器人,美国学者运用螺旋推进器做力源设计的爬壁机器人。
但由于这些机器人都具有体积大、价格昂贵、重量大、转弯特性差、控制系统复杂等缺点,极大地限制了这些机器人的应用。
本文介绍的磁驱动微小爬壁机器人,采用电磁吸附技术,尺蠖运动原理,具有构造简单、重量轻、加工制作轻易、控制灵敏、控制电路简单、转弯速度快等特点。
2 爬壁机器人的构造和运动原理2.1 爬壁机器人的构造是微小爬壁机器人的外形构造示意图,该微小机器人采用电磁驱动技术,由前后挡板〔1,3〕、软磁〔2〕、驱动线圈〔4〕、前后脚〔5,8〕、永磁铁〔6〕、导轨〔7〕、微小电机〔9〕、小支架〔10〕、扭簧〔111〕、大支架〔12〕、转轴〔13〕等局部组成。
其中,大支架与微小电机固定连接,小支架与扭簧固定连接,扭簧和大支架通过支架上的导向孔实现滑动连接,大支架与小支架之间通过转轴连接,微小电机的轴固定在小支架上,小支架固定在前挡板上,前脚固定在微小电机上,后脚和永磁固定在后挡板上,软磁固定在前挡板上,前后挡板之间通过两对滑动导轨连接。
利用通电软磁和永磁铁之间的相对运动来实现机器人的动作,即借助于由拉推式磁路组成的直线运动式磁力驱动器和门型坡莫合金软磁绕制的机器人脚线圈的互相配合,运用软磁和永磁之间“同极排挤、异极吸引〞的原理,通过给线圈加一系列时序脉冲控制信号改变软磁的极性或者动作,到达模拟尺蠖的运动方式实现机器人爬壁的目的。
1 传统爬壁机器人的结构、吸附方式、移动方式及其特点 爬壁机器人必须具有两个基本功能:在壁面上的吸附功能和移动功能。传统爬壁机器人按吸附功能可分为真空吸附和磁吸附两种形式:真空吸附法又分为单吸盘和多吸盘两种结构形式,具有不受壁面材料限制的优点,但当壁面凸凹不平时,容易使吸盘漏气,从而使吸附力下降,承载能力降低;磁吸附法可分为电磁体和永磁体两种,电磁体式维持吸附力需要电力,但控制较方便。永磁体式不受断电的影响,使用中安全可靠,但控制较为麻烦。磁吸附方式对壁面的凸凹适应性强,且吸附力远大于真空吸附方式,不存在真空漏气的问题,但要求壁面必须是导磁材料,因此严重地限制了爬壁机器人的应用环境。 爬壁机器人按移动功能分主要是吸盘式、车轮式和履带式。吸盘式能跨越很小的障碍,但移动速度慢;车轮式移动速度快、控制灵活,但维持一定的吸附力较困难;履带式对壁面适应性强,着地面积大,但不易转弯。而这三种移动方式的跨越障碍能力都很弱。 2 国内外壁面爬行机器人的发展概况 自1966年日本的西亮教授研制出第一个爬壁机器人以来,爬壁机器人在日本得到蓬勃发展。之后, 英国、西班牙、美国、德国和俄罗斯等国也相继研制出多种爬壁机器人样机。20 世纪80年代以来, 国内许多院校和科研单位也在爬壁机器人领域取得了长足的发展, 研制了多种型号的爬壁机器人。 2.1 国外爬壁机器人发展概况 爬壁机器人是一种能够在壁面爬行作业的极限作业机器人,它是集机构学、传感技术、控制和信息技术等为一体的高技术产品,世界机器人大国日本在极限作业机器人研究方面尤为积极。在过去的几十年里,爬壁机器人技术在世界范围内得到迅速发展,也相继研制出了不同种类的样机,有些已经投入实用。在这一领域,日本取得的成绩突出,美国、英国、法国、意大利、西班牙、澳大利亚、韩国等国也在不断深入研究。 早在1966年,在日本大阪府立大学工学部任讲师的西亮,就利用电风扇进气侧低压空气产生的负压作为吸附力制作了一台垂直壁面移动机器人的原理样机,这被看作是爬壁机器人研究的开端。日本应用技术研究所研制出了车轮式磁吸附爬壁机器人,它可以吸附在各种大型构造物如油罐、球形煤气罐、船舶等的壁面,代替人进行检查或修理等作业。这种爬壁机器人靠磁性车轮对壁面产生吸附力,其主要特征是:行走稳定速度快,最大速度可达9 m/min,适用于各种形状的壁面,且不损坏壁面的油漆。1989年日本东京工业大学的宏油茂男研究开发了吸盘式磁吸附爬壁机器人,吸盘与壁面之间有一个很小的倾斜角度,这样吸盘对壁面的吸力仍然很大,每个吸盘分别由一个电动机来驱动,与壁面线接触的吸盘旋转,爬壁机器人就随着向前移动,这种吸附机构的吸附力可以达到很大。 此后的几十年里,爬壁机器人技术在世界范围内得到了迅速发展,也相继研制出了不同种类的样机,有些已经投入实用。 2.2 国内爬壁机器人的发展概况 和国外相比,国内爬壁机器人的研究起步较晚,但近几年已取得了很大进步。我国的工业机器人从20世纪80年代“七五”科技攻关开始起步,在国家的支持下,通过“七五”、“八五”科技攻关,目前已基本掌握了机器人本体的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术,生产了部分机器人关键元器件,开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人。但总的来看,我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离;机器人应用工程起步较晚,应用领域窄,生产线系统技术与国外比有差距;在应用规模上,我国已安装的国产工业机器人约200台,约占全球已安装台数的万分之四。 哈尔滨工业大学机器人研究所已经成功研制出单吸盘真空吸附车轮行走式爬壁机器人和永磁铁吸附履带行走式爬壁机器人。单吸盘轮式壁面移动机器人,有吸附机构和移动机构两大部分,移动机构由电机、减速器、车轮构成,吸附机构包括真空泵、压力调节阀、密封机构等。真空泵是产生负压的装置,其功能是不断地从负压腔内抽出空气,使负压腔内形成一定程度的真空度。为维持机器人负压腔内的负压,还需要有密封机构,使机器人可靠地吸附在壁面上并产生足够的正压力,从而使驱动机构产生足够的摩擦力以实现移动功能。由于气囊密封装置具有较好的弹性,在壁面有凹凸时,通过气囊的形来减小缝隙的高度,可使机器人具有一定的越障能力。调节弹簧的作用有两个:一是为密封圈提供密封所必需的正压力,二是提高气垫对壁面的适应能力,还可起到减震的作用。负压的控制通过调节真空泵的电机电压来改变电机的转速,同时采用负压传感器作为检测元件,实时检测负压的变化,为调整压力提供依据。磁吸附履带式爬壁机器人采用的是双履带永磁吸附结构,在履带一周上安装有数十个永磁吸附块,其中的一部分紧紧地吸附在壁面上,并形成一定的吸附力,通过履带(由链条和永磁块组成) 使机器人贴附在壁面上。机器人在壁面上的移动靠履带来完成,移动时,履带的旋转使最后的吸附块在脱离壁面的同时又使上面的一个吸附块吸附于壁面,这样周而复始,就实现了机器人在壁面上的爬行。 3 爬壁机器人的发展趋势 由于传统爬壁机器人具有很多不足之处,因此未来爬壁机器人的结构应该向着实用化的方向发展。 3. 1 吸附装置 最近几年,美、英、俄等国的研究小组真正揭示了壁虎在墙上爬行的秘密,这个秘密就是分子间的作用力——范德华力,范德华力是中性分子彼此距离非常近时产生的一种微弱电磁引力。科学家在显微镜下发现,壁虎脚趾上约有650万根次纳米级的细毛,每根细毛直径约为200至500纳米,约是人类毛发直径的十分之一,毛发前端有100~1 000个类似树状的微细分枝,每分枝前端有细小的肉趾,这种精细结构使得细毛与物体表面分子间的距离非常近,从而产生分子引力虽然每根细毛产生的力量微不足道,但累积起来就很可观根据计算,一根细毛能够提起一只蚂蚁的重量,而一百万根细毛虽然占地不到一个小硬币的面积,但可以提起二十公斤力的重量,如果壁虎脚上650万根细毛全部附着在物体表面上时,可吸附住质量为130千克的物体,这相当于两个成人的质量。从壁虎脚的附着方式得到的启示可用于研制爬壁机器人。在分析壁虎生物原型吸附的功能原理和作用机理的基础上,通过高分子材料化学、工程材料科学、力学和机械学的交叉学科研究,探索出一种与壁虎脚趾表面结构相近的,经物理改进的极性高分子材料——人造壁虎仿生脚干性粘合剂,并应用精密微机械加工的手段,设计并制作模拟壁虎脚趾的吸附装置,该吸附装置将适应于各种材质和任意形状的表面,这种装置如果研制成功将使爬壁机器人的实用化迈出坚实的一大步。 3.2 移动方式 在移动机器人中,轮式和履带式移动方式已获得广泛的应用,但是足式移动方式具有轮式和履带式所没有的优点,足式移动方式的机器人可以相对较容易地跨过比较大的障碍,并且机器人的足所具有的大量的自由度可以使机器人的运动更加灵活,对凸凹不平的地形适应能力更强,足式机器人的立足点是离散的,跟壁面接触的面积小,可以在可达到的范围内选择最优支撑点,即使在表面极度不规则的情况下,通过严格选择足的支撑点,也能够行走自如。正是由于足式结构多样、运动灵活,适应于各种形状的壁面上,而且能够跨越障碍物,因此足式结构将在爬壁机器人上有着较好的应用前景。 3.3 驱动设备 传统伺服电机因功率重量比低,必须安装在远离驱动的地方,而且电机高速运行后需有减速齿轮来降低速度,致使传动系统复杂,结构累赘,不能满足实用化的要求,为此需要研制利用功能材料构成的体积小、重量轻、高效率密度的新型电机。微特电机所组成的驱动伺服系统和位置速度传感系统是机器人关键部件,研制开发直接驱动、大力矩、小体积、重量轻、精度高、反应灵敏、工作可靠的各类微特电机,是提高我国机器人的研究开发水平,满足国内研制高性能机器人的基础保障。因此微特电机在机器人应用的前景是非常乐观的,爬壁机器人使用微特电机技术的发展趋势可归纳为:朝着高精度、高可靠性、直接驱动、新原理、新结构、机电一体化、超微化方向发展。超声波电机:利用压电陶瓷的逆压电效应和超声振动,将弹性材料的微观形变通过共振放大和摩擦耦合转换成转子或滑块的宏观运动。由于其独特的运行机理,超声波电机具有传统电磁式电机不具备的优点: (1) 靠摩擦力驱动,断电后具有自锁功能; (2) 转矩密度大,低速下可产生大转矩,不需齿轮减速机构,因而体积小、了较大的成果。日本已经较为成功的将微波技术应用到一台无线机器 本文介绍了清洁机器人在国内外发展现状和应用情况,侧重研究了清洁机器人的避障控制系统。结合实验室实际条件,设计了机器人样机。其主要工作内容包括:小车机械本体设计、控制理论的介绍、AT89C51单片机控制系统硬件电路及检测电路设计、控制系统软件设计和机器人避障性能测试试验。 通过实验表明所设计的机器人样机能够实现自主避碰的功能,达到设计要求。 关键词:清洁机器人;避障;AT89C51单片机 Small cleaning robot control section design Abstract
Cleaning robot is one part of the serving robot..Serving robot is
beingresearched and developed in the countries all over the world,and which is beingused widely in the west developed countries.If the rate of quality and price of thecleaning robot is highly enough ,the market of the cleaning robot would beprospered. The paper studies the applications and developments of cleaning robot athome and abroad, and researches the control system of the cleaning robot avoidinga obstacle mainly.The model is designed under the actual condition of the lab. The main work of the paper is as follows. The mechanical design of cleaning robot,thetheory of the control system, the design of control system of hardware circuit andsoftware based on AT89C51 SCM, the design of inspective circuit and theexperiment of performance of the cleaning robot avoiding a obstacle. The result of the experiment shows that the robot designed has the functionsof avoiding a obstacle, so it fills the demand of the task. Key works: cleaning robot; avoid a obstacle; AT89C51 S