气缸驱动爬杆机器人的设计【说明书+CAD+PROE】

购买设计请充值后下载，资源目录下的文件所见即所得，都可以点开预览，资料完整，充值下载可得到资源目录里的所有文件。【注】：dwg后缀为CAD图纸，doc,docx为WORD文档，原稿无水印，可编辑。具体请见文件预览，有不明白之处，可咨询QQ:12401814 南 京 理 工 大 学 紫 金 学 院毕业设计(论文)外文资料翻译系： 机械工程 专 业： 机械工程及自动化 姓 名： 学 号： 外文出处： ICRA 1997 附 件： 1.外文资料翻译译文；2.外文原文。 指导教师评语： 签名： 2010年 3月 25日 注：请将该封面与附件装订成册。附件1：外文资料翻译译文 基于Rubbertuator结构攀岩检查机器人1.摘要阐述了我们对罗宾机器人研究的进展。罗宾是一个在人造环境下工作的爬升机器人。它可以携带照相机或传感器到桥梁、房屋、航天器或船上来检查。这个机器人有两个真空管吸盘夹具由一个四自由度的机械装置连接在一起可以在表面上行走而且容许在相邻表面上的过渡行走。罗宾在几个领域有所创新。它是唯一的使用McKibben型气动人工肌肉来实现爬升的机器人。它在利用包含数控系统的爬升机器人上也有所创新。罗宾也是少数几个能够在曲面间过渡或从水平面到垂直面过渡的爬升机器人之一。图1：罗宾2.介绍罗宾,如图1所示,是一种多用途结构检测工具,特别针对于人造环境的检验。最终目的是成为一个更大的结构检测系统基础成分。由于许多国家的基础设施年龄、检查和大型人造的建筑的维修将会变得越来越重要。这个机器人和其他许多攀爬机器人将会成为安全的有效的衰老基础设施检测工具,如建筑、桥梁、飞机和船只。当它可以携带传感器进入危险地区或无法到达的地方，从而使人类督察任务更加安全。当它执行那些对于人类的检查员来说或是太困难或者乏味的工作时也是很令人满意的1。如果一个结构攀岩机器人是被用来攀登诸如桥梁或者飞机的复杂的结构，则其在相邻表面之间的转变过渡的能力是至关紧要的。此外，重要的是登山机器人能否处理好各种带或不带支撑点的表面类型。这使得机器人是一个多用途检验媒介。我们目前正在开发罗宾，以便它成为一种低成本的人工环境检查工具。2.1以前的攀登的机器人最初的墙壁爬上是平面的机器人，有第三的运动的最小限度的范围。这些机器人将只限于在一个设计好的平面上运动，并且大部分机器人只限于进入一个完全平坦的平面。这严格地限制条件限制了这些机器人只能在最简单的环境中使用，各面的转换是不需要的并且表面上必须没有任何障。天空清洗机2是商业开发为清洗摩天大楼窗户的系统。IROW 3的开发是为了检查圆柱壳形状的墙壁和含有放射性液体罐底部。如同许多其他的设计，它通过脐状的绳索连接到电源和控制系统。墙地面车4与天空清洗机2在基础的机械结构上非常相似。它有两个自由度，并可以采用真空吸头或磁装置吸附在表面。如果天空清洗机是笛卡尔的机制，这个机器人有一个极机制。有包含强大的永久磁体的被动式脚座和一个电磁铁用来取消永久磁场以举起脚座。即使是电力供应不足这种有磁性的脚依然能保持依附在一个平面上。连续动作的攀登机器人与天空清洗机有许多相似之处。然而，它还拥有一个特殊的结构能够使机器人用不到滚轮或吸盘却不停的进行转化动作5。这种机器人更倾向用在焊接船壳和那些需要持续动作的其他特殊任务。一些攀爬机器人应具有在毗连平坦的表面之间做出转换的重要能力。对用来检测诸如大楼这样复杂环境的任何机器人都应具有从地面移动到墙面，从墙面到天花板的能力。“核工厂检查员”机器人是专门设计来检查一套在核反应堆的建筑物的房间6.这种机器人的行为与尺蠖的行为相似。NINJA-17是有史以来开发的一个最复杂的攀岩壁机器人。它有四条腿，每条腿都带有四自由度，并且在腿的下面都有一个吸盘。这种机制的机器人能容易地处理不平坦的表面上的障碍。它能在表面之间转变并且使用不同的姿态和走的步态来过渡。塔涂装机器人8是第一个以Rubbertuators即橡胶，气动执行机构为基础设计的爬壁机器人。其设计使用了Rubbertuators使其在两端行成一个有夹具的平行机制。塔涂装机器人的尺蠖类蠕动，与核电厂检查非常相似。不幸的是，这种设计没有被实施。斯塔姆-四9是最相似的罗宾设计。三个主要差异是缺乏铰连接膝关节，简单的真空装置用来连接机器人的表面和作为执行机构电动机来使用。斯塔姆第四可以步行穿过平坦的表面，转动，并进行内部转换。但是，膝关节的缺乏无法执行外部的转换或跨越表面上的障碍。此外，此设计中在两端使用一个真空杯装置以支持机器人。虽然是在支持机器人，它是很敏感的在表面或其他表面性质形成裂缝。图2：行走中罗宾3.机器人检查员罗宾机器人的基本的结构是在每一末端的带有两只脚的铰接腿。图2显示了在行动中的罗宾机制。该机器人有四个自由度，其机制的设计，让机器人可以步行前进，后退以及转机。另外，罗宾可以从一个水平表面转移到的垂直表面并返回。过渡能力在检查人造结构时是很重要的。罗宾机器人机构可以并能在平面行走中跨过障碍在内部（地上到墙上）和外部（屋顶到外墙）实现转换，罗宾打算在其背部装上照相机和其他的接触传感器，像脚上的电涡流探头1，但目前的发展重点是提高本身的攀登手段。 3.1机器人的运动。罗宾是一种“步行腿”式机器人, 通过对一只脚固定和加强对另一只自由脚的控制正如图2序列描绘的一样。如图3，机器人也可以从水平到垂直的表面转移，虽然控制软件还没有写入这中情形。 图3：水平面到垂直面的转移 图4：Rubbertuator的构造3.2气动肌肉Rubbertuators是灵活的气动执行器，是罗宾的肌肉。这些驱动器重量轻，并且是强有力，这是我们能够开发罗宾的技术之一。罗宾的rubbertuators控制是由一个非常简单的开关阀系统。关节位置由光学编码器反馈到刚度控制系统，压力传感器反馈的rubbertuator执行器的压力。如图4所示Rubbertuator是由一个纤维鞘包围的橡胶管与两端配件组成。由于软管膨胀，直径增加，纤维鞘保持几乎恒定的容量继而迫使Rubbertuator在长度上缩短。罗宾上的Rubbertuators每个重约300克，但几乎施加了3OOKgf的全压下才会缩短。3.3真空脚座机器人的真空装置或脚，是负责提供有力的支撑点用来走过任何角度或方向上的横断表面。多吸盘被用来降低真空装置对表面裂纹的敏感度。五个杯子放置的形状如骰子上的点。这些杯子分别被安排以实现最小的占位面积而留下足够的空间接触界杯之间的传播，当杯子紧紧的与地面接触时那种情况才会发生。图5显示了机器人在墙上支撑自量。图5：罗宾在墙面的支撑4.控制系统微控制器的网络用于罗宾的低级控制。每一个联合机制，每个夹具都是由图8所示的物理层控制器板集所控制。微控制器板是一种通用的设计，允许同一电路板可用于真空系统的控制和气动联合控制。这种微控制器的网络可以连接到PC主机上并运行包容结构控制器。低层次的步骤像压力和强度调整可以在微控制器上的网络上运行。4.1压力控制传统上，Rubbertuators 罗已非常庞大，笨重，昂贵的伺服阀控制。这就对移动、爬行机器人中应用Rubbertuators提出一个重大问题，其中体重往往是首要关注的问题。这些阀的使用将使Rubbertuators的优点不再明显。开-关类型电磁阀重量轻、价位低，是传统电磁阀的替代品，但是其带来更加复杂的控制问题。利用电磁铁阀门对气动系统的成本和重量小于40，是市面上最轻的发现伺服阀。一 图6：Rubbertuator气动回路个单独的Rubbertuator气动回路图示在图6中所展示。机器人中有8个这样的回路用以控制四个关节。吸入阀v给Rubbertuator充气造成它收缩，当出口阀向大气排除尾气时引起Rubbertuator松驰。Rubbertuator的压力从一个压力传感器反馈到控制计算机。由于希望使用脉冲或Bang - Bang控制体系，在入口和出口阀门被选定响应时间非常短，少于10毫秒。有三种可能的控制措施：增加压力（进气阀打开）后，保持压力（两个阀关闭），减少压力（出口阀门的）。压力的变化率对进口，出口和内部的压力和阀流量参数的相对值呈非线性函数。另外，气动系统中还有微小泄漏，工作时会对系统产生干扰。这个简单的阀门系统，只有bang-bang压力控制是成功的。如果压力低于目标的压力区进气阀门会打开，如果压力高于目标的压力区，出口阀则打开。两个阀门关闭时有一个小滞后区设定点附近爆炸控制器以防止爆炸的过度振荡压力。阀门选择了非常小的流量，而且是对系统性能的主要限制。4.2关节刚度控制刚度控制器是建立在压力控制器的顶部，并维持很小刚度来满足一定的约束，也就是使连接rubbertuators到关节的链条不至于从链轮滑落。当膨胀时Rubbertuator的动作就像是一个非线性空气弹簧，弹簧伸长和收缩率伴随管的压力的变化而变化。Rubbertuator收缩长度是(1 -) Lo，Lo是最大长度。制造商列出一个等式，描述了Rubbertuator收缩力10：FTUb(PE,) = P a ( l - E) - b DZ （1）其中p是压力，t是收缩率，a，b是rubbertuator类型的参数，Do是Rubbertuator原直径。一些特性可以从这个模型观测，力F与压力P呈线性变化，与收缩率 呈非线性。 图7：关节处连接模型驱动器迟滞，其中部分来自于覆盖面和覆盖之间的纤维绳线管，还有就是纤维层和轮管绳子的摩擦。一个rubbertuators对用于转动连接作出如图7所示。他们的工作很像动物的肌为对肌肉的屈伸。这是两rubbertuators的拉动力量共同来自这一举动的僵硬关节。每个rubbertuator只有施加收缩方向的力量。因此，这刚度对与每个关节每一个旋转方向是独立的。对每个关节的气压校准相等的等量以实现刚度控制器。一个文件包含一个位置和每rubbertuator的伴生的压力是由抽样程序生成的。这些数据是用于计算每个rubbertuator最佳拟合多项式曲线，它被用来生成编码的立场和压力值正常化表。此表从主机下载到每个关节的相关微控制器。刚度控制器然后设置每个编码器的位置所需的最低压力值，从而使每个联合的一面达到最低链张紧刚度。刚度控制被作为添加到目前最低值的一个额外的压力值，对rubbertuator的一个张紧压力。通过增加关节的一边的刚度，其移动到一个位置，此处向边的rubbertuator和环境的力是平衡的关节移动式，命令产生一个附加力，因此新的链张紧力不断的加载。新链张紧压力由于从命令中增加的刚度通过其范围不断地重新加载作为联合行动。由于没有实际的刚度反馈，所以刚度是开环控制。图8：基于行动控制系统5.行为系统罗宾利用基于行为受弧打击，使用的 ecture 对于仲裁的 subsumptionll。不象大多数行为系统，传感器数据带宽被保存所作建造行为，以便他们要求最少信息。图 8 详细说明基于行为控制系统。5.1 级别1第一级包含了脚步动作，是整个系统的基础，用以维持表面的吸力和运动。脚的行为通过启用该脚真空泵表面红外传感器探测来回应。这种低层次的行为可能被纳入上级的行为以便于行走。5.2 级别2第二级包括那些通过罗宾发送必要的刚度指令到指定的控制器关节的行进行为。这些行为包含了协同和扩展行为。扩展行为由顺序动作引发，以运行或重置其状态。它将指定的刚度压力发送至脚踝和膝盖关节控制器，以便完成抬脚、伸膝、放脚动作。协同行为，也由顺序动作引起。它将指定的刚度压力发送至脚踝和膝盖关节控制器，以便抬脚、屈膝、放脚。目标位置根据规则为基础的位置控制算法得到，先后预估必要的刚度值，以达到期望的位置。计算编码器的位置决定何时增加或减少我们的接近值。如果当前的位置高于目标的位置，我们向关节传递与预期方向相反的命令，减少我们的近似刚度。如果当前的位置低于目标窗口，我们发送一个期望的旋转方向刚度的联合控制，提高近似刚度。当我们的目标窗口内，我们输出近似刚度值。这种连续的近似方法，最终使其稳定在目标窗口内。5.3 级别33级是所有行为的最高优权顺序。此行为监控真空和膝盖的位置，以确定罗宾目前在哪种状态。然后发出信号做出适当的行为。由于硬件的局限性，此行为显得尤为重要。罗宾还没有为了表面抽吸检测的真空传感器。因此，我们使用超时产生这种行为。图9：关节的步进顺序6 .评价图9显示在一个水平面上直线行走机器人的动作指令的顺序和关节位置反馈。该图通过两个步骤和它所期望的位置相比介绍了每个关节。实线虚线表明理论与实际的关节角度。需要注意的是，这些目标的角度是只有在对应的控制动作执行时才有效。该步骤在两秒开始以15度角实现其扩展目标。这是在18秒时被实现并会导致打开膝盖扩到理想角度80度。达到这个目标导致扩大然后降下对表面通过改变期望联接一目标到45度的一套开放，延长的自由装置。这个目标导致查出表面和使能真空的脚传感器，反过来，发信号序列行为对功能失效扩大并且使能收缩。开始移动联接三和四分别朝他们的37和-46度的期望位置直接收缩。在38秒结束做到这一点导致收缩关闭膝盖。联接的期望位置三和四是在这个膝盖收缩了之后他们不移动了。完成这个过程在44秒，重新设置每一个下一步的行为状态。7. 未来研究方向该机器人目前倾向行走于平坦的表面或距垂直阶层最多不超过30度的倾斜表面。我们也在想方设法给机器人开发更多在水平面到垂直面甚至背面的操作。将会有跟多高级的行为把正常的扩展和收缩行为用于直线行走。硬件优化列如大阀门端口将将允许更多的易感应的控制。我们也决定在脚上增加真空传感器已证实在下次行动之前达到吸入值。拥有这些增加的功能罗宾便在它将成为一个有用的机器人检查工具的道路上行进。南 京 理 工 大 学 紫 金 学 院学生毕业设计（论文）中期检查表学生姓名学 号指导教师选题情况课题名称气缸驱动爬杆机器人的设计难易程度偏难适中偏易工作量较大合理较小符合规范化的要求任务书有无开题报告有无外文翻译质量优良中差学习态度、出勤情况好一般差工作进度快按计划进行慢中期工作汇报及解答问题情况优良中差中期成绩评定：良所在专业意见： 负责人： 年 月 日 南京理工大学紫金学院毕业设计（论文）任务书学 院（系）：机械工程系专 业：机械工程及自动化学 生 姓 名：学 号：设计(论文)题目：气缸驱动爬杆机器人的设计起 迄 日 期:2010年2月24日 2010年6月5日设计(论文)地点:南京理工大学紫金学院指 导 教 师:专业负责人:发任务书日期: 2010年2月23日任务书填写要求1毕业设计（论文）任务书由指导教师根据各课题的具体情况填写，经学生所在专业的负责人审查、学院（系）领导签字后生效。此任务书应在毕业设计（论文）开始前一周内填好并发给学生；2任务书内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，不得随便涂改或潦草书写，禁止打印在其它纸上后剪贴；3任务书内填写的内容，必须和学生毕业设计（论文）完成的情况相一致，若有变更，应当经过所在专业及学院（系）主管领导审批后方可重新填写；4任务书内有关“学院（系）”、“专业”等名称的填写，应写中文全称，不能写数字代码；5任务书内“主要参考文献”的填写，应按照国标GB 77142005文后参考文献著录规则的要求书写，不能有随意性；6有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 74082005数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2008年3月15日”或“2008-03-15”。毕 业 设 计（论 文）任 务 书1本毕业设计（论文）课题应达到的目的：通过毕业设计及论文的撰写, 掌握科学研究的一般方法及过程，培养学生文献查阅和机械设计的能力，使学生了解目前机器人的发展动态，掌握有关机器人的基本知识，锻炼学生运用所学知识进行综合设计的能力，使学生在完成毕业设计的同时，具备从事科学研究的基本能力，达到对本科毕业生的要求。2本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：内容：1. 查阅国内外的相关文献，了解爬杆机器人的研究现状，完成文献综述。2. 对现有的爬杆机器人进行分析，提出爬杆机器人的总体结构方案。3. 爬杆机器人的结构选型以及理论计算。4. 设计总体结构，进行结构的三维造型和二维工程图的设计。5. 撰写毕业设计论文。要求：1. 完成文献综述、开题报告和外文翻译。2. 完成爬杆机器人的结构选型以及理论计算。3. 完成结构的总体方案设计以及结构的三维造型和二维工程图设计。4. 完成毕业论文的撰写。要求按照毕业设计工作进度计划，在各个时间节点上按时按质按量的完成任务。毕 业 设 计（论 文）任 务 书3对本毕业设计（论文）课题成果的要求包括毕业设计论文、图表、实物样品等：1. 开题报告、文献综述、英文资料翻译； 2. 提交结构的二维工程图。3. 所有设计资料电子文档；4. 毕业设计论文4主要参考文献： 1. 赵兴飞, 周忆, 石崇辉. 气驱爬壁机器人设计与计算J. 机床与液压， 2003，(3)：61-62.2. 徐生，张立彬，杨庆华，董晓伟，鲍官军，沈建冰. 气动蠕动爬杆机器人J. 机械工程师， 2004，(3)：36-68.3毕道钦，李蓓智，张家梁，毛志敏，宋立博. 气动蠕动式管外爬行机器人的设计与实现J. 机械制造，2005，43(487)：38-40.4. 张家梁，吕恬生,姚香根. 气动管外爬升机构的研究J . 机械工程师， 1997，(7)：7-8.毕 业 设 计（论 文）任 务 书5本毕业设计（论文）课题工作进度计划：起 迄 日 期工 作 内 容2010年2 月16 日 2月22日2 月23日 3月 15日3 月16日 4月 10日4 月11日 5月 24日5 月25日 6月5日6 月6日 6月15日下达毕业设计任务，翻译英文资料，完成文献的查询。完成外文翻译、写完开题报告和课题前期准备。完成结构的总体结构设计与计算。完成三维造型和二维工程图设计。完成论文初稿、修改论文。准备论文答辩。所在专业审查意见：负责人： 年 月 日学院（系）意见：院（系）领导： 年 月 日南 京 理 工 大 学 紫 金 学 院毕业设计(论文)前期工作材料学生姓名:学 号：系：机械工程系专 业:机械工程及自动化设计(论文)题目:气缸驱动爬杆机器人的设计指导教师:讲师 (姓 名) (专业技术职务)材 料 目 录序号名 称数量备 注1毕业设计(论文)选题、审题表12毕业设计(论文)任务书13毕业设计(论文)开题报告含文献综述14毕业设计(论文)外文资料翻译含原文15毕业设计（论文）中期检查表12010年 3月注：毕业设计（论文）中期检查工作结束后，请将该封面与目录中各材料合订成册，并统一存放在学生“毕业设计（论文）资料袋”中（打印件一律用A4纸型）。 南京理工大学紫金学院毕业设计说明书(论文)作 者:学 号：系：机械工程系专 业:机械工程及自动化题 目:气缸驱动爬杆机器人的设计讲师指导者： (姓 名) (专业技术职务)副教授评阅者： (姓 名) (专业技术职务) 2010年 5月毕业设计说明书（论文）中文摘要随着科技的进步，机器人已经日趋广泛应用于工业生产和日常生活中。随着经济的增长，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。长期以来怎样绿色环保、高效、低成本的解决这些集实用性与美观性一体的杆状城市建筑的清洗、维护问题，一直是环保工作者们研究的一个课题。论文针对上述市政工程中需要大量爬杆作业的需求，研制出一种基于气动元件的爬杆机器人，该机器人有一定的载重能力，可广泛替代人工应用到市政爬杆作业中。在比较几类爬行机构的优劣的基础上，确定了机器人本体的大致结构,采用气动元件实现机器人的爬升运动，电机带动双向螺旋机构运动进行机器人手臂的夹紧。随后根据路灯杆的尺寸数据，设计估算出机器人的各零部件的尺寸与质量，据此，确定气缸和电机的型号。最后，对各个元件进行校核验算，设计出爬杆机器人。 关键词 爬杆机器人 气缸 攀爬 仿生学毕业设计说明书（论文）外文摘要Title Design of pole-climbing robot driven by cylinders AbstractWith the development of the science and technology, robotics have become more widely used in industrial production and daily life. With the growth of the economic, there are a lot of high-rise buildings such as the poles，the road poles and cable-stayed bridges appeared in the numerous cities and towns. How to solve the cleaning and maintenance of these sets with green environmental, highly efficient and low-cost method integrating with the aesthetics and practicability, which is subject of study for environ-mental protection workers for a long time.In this paper, a kind of pneumatic pole-climbing robot was designed for satisfying the great demands on pole-climbing tasks in city planning engineering. The robot has certain load capacity. It can be widely used in city planning pole-climbing tasks instead of manpower. Based on compared the merits and demerits of several kind of crawling mechanism， we determine the general structure of robot body， adopt pneumatic components of climbing robot, motor drive two-way spiral movement mechanism motion for the clamping robot arm. Then according to the size of reading data，design of robot estimate the size of components with quality，accordingly, determine the cylinder and motor model. Finally, the test of each element, climb bare-footed robot is designed.Keywords pole-climbing robot cylinder speel bionics 南 京 理 工 大 学 紫 金 学 院毕业设计(论文)开题报告学 生 姓 名：学 号：专 业：机械工程及自动化设计(论文)题目：气缸驱动爬杆机器人的设计指 导 教 师:2010年 3月 19日开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）；4有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 74082005数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2007年3月15日”或“2007-03-15”。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述引言随着社会的不断发展，各行各业的分工越来越明细，尤其是在现代化的大产业中，有的人每天就只管拧一批产品的同一个部位上的一个螺母，有的人整天就是接一个线头，人们感到自己的工作比较枯燥，于是人们强烈希望用某种机器代替自己工作，因此人们研制出了机器人，用以代替人们去完成那些单调、枯燥或是危险的工作。机器人是高级整合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学的产物，是一种典型的机构和电控制结合的产物，在工业、医学、农业、建筑业甚至军事等领域中均有重要用途。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。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，因此爬杆机器人的研制一直是市政工程研究的热点。爬杆机器人与一般在地面上移动的机构有着很大的不同，因为它要克服重力来工作，并依靠圆柱杆的表面上升，进行自主移动，完成特定条件下的工作。本文主要是介绍一种适合于在圆柱杆状物体表面爬行的气压驱动爬杆机器人。1、机器人的分类机器人的种类多种多样，从应用环境出发，将机器人分为两大类:工业机器人、特种机器人。或者分为两类：制造环境下的工业机器人、非制造环境下的服务与仿生机器人。仿生机器人是未来机器人领域的一个发展方向，按仿生学角度来分可分为：蝗螂式爬行机器人、蜘蛛式爬行机器人、蛇形机器人、尺镬式爬行机器人等。按驱动方式来分可分为：气动爬行机器人、电动爬行机器人和液压驱动爬行机器人等。按行走方式可分为:轮式1、履带式、蠕动式、多足式等。按工作空间来分可分为：管道爬行机器人、壁面爬行机器人2、球面爬行机器人、陆地移动机器人、水下机器人、无人飞机、空间机器人等。按功能用途来分可分为：焊弧爬行机器人、检测爬行机器人、清洗爬行机器人、提升爬行机器人、医疗机器人、军用机器人、助残机器人、巡线爬行机器人、玩具爬行机器人等。根据不同的驱动方式和功能等可以设计多种不同结构和用途的爬行机器人，如气动管内检测爬行机器人，电磁吸附多足式爬行机器人、电驱动壁面焊弧爬行机器人等，每一种形式的爬行机器人都有各自的应用特点。2、国内外研究现状爬行机器人345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。最早开始研究且研究最多的是爬壁机器人67，适于高层建筑、水力发电大坝等垂直壁面89和大球形表面上的危险作业。对于管道外壁表面8，已有车轮移动形、姿态可变形、尺镬形和多关节形机器人，用于石油、化工企业等多为水平管线上的检查和诊断，且牵引力较小。国内外的学者很早就对爬行机器人进行研究工作，目前，国内外提出的一些依附于杆体表面的自动爬行机构主要有电动机械式爬杆机器人、电动液压式爬杆机器人和气动蠕行式爬杆机器人91011等。电动机械式爬行器是由电动机带动链轮、带轮、齿轮驱动夹紧杆体的前后轮向同一方向转动，依靠行走轮与杆体的摩擦力使爬升器沿杆体上升下降。螺旋运动爬升机器人的爬行动作是由轮子的安装位置决定的，轮子滚动方向与水平面成一定角度，这样轮子转动时它在杆体上形成的是螺旋轨迹，沿此轨迹通过电动机的正反转该机构便可实现上升和下降运动。电动机械式爬杆机器人和螺旋线运动爬杆机器人都是以电动机带动滚轮压紧杆体，依靠此摩擦力带动整个机器人沿杆体上升和下降。如果工作阻力和重力大于摩擦力就不能安全运作，且机器人总体机构较复杂。气动蠕行式爬杆机器人用气缸驱动机构实现交替夹紧和移动，其向上爬行时气缸动作一个周期的过程为下部气缸夹紧，上部气缸松开，提升气缸活塞杆伸出，上部上升;上部气缸夹紧，下部气缸松开，提升气缸体上升，下部上升。如此反复，机器人就可以连续爬行。对于气动蠕行式爬杆机器人，其上升和下降运动的实现由气压控制，需要气源和气动控制系统，因此其设备成本较高。国外有代表性的有东京大学研制的关节型行走机器人，可沿水平或垂直的直杆爬行，能跨越法兰障碍、平行杆12，并可绕T型杆和L型杆爬行。国内比较典型的有上海交通大学机器人研究所研究开发的一种斜拉桥缆索涂装维护用气动蠕动式爬缆机器人13，可在各种斜度的缆索上爬行，能完成缆索检测、清洗等工作，并具有一定的智能性。清华大学研发设计的爬杆机器人采用自重式锁紧机构，机器人靠自重压迫钢球使滑块(机械手)锁紧在杆壁上，可以爬行较小范围的变直径杆，但该结构只可单向爬行(从下往上或是从大直径处向小直径处爬行)。该机构改进后可爬升和返回，但需要加上一套气动控制设备。目前要实现变直径杆的爬行和返回则只能依靠气动蠕行式爬行器来解决，其上升和下降由气压控制，设备成本较高。电动机械式管外爬行机器人，国内比较典型的有陕西科技大学14研制的管外爬杆机器人。哈尔滨工程大学研发的沿桅杆或绳索爬行的机器人15，采用曲柄连杆机构作为传动机构，机器人是由两个形状相似的圆形套筒内嵌有一对活动V型卡爪、一对槽型凸轮、铰链、压力传感器、连杆、镶嵌在顶部滑块四周的检测仪、电机等零部件构成。3、目前主要存在的问题由上面叙述可知目前国内外所设计制造的各种电机机械式爬行器均有一个缺陷:它们大多采用凸轮机构16夹紧，由于凸轮机构的不可伸缩性，一个爬行器只能爬行特定直径的等直径的杆件。目前要实现变直径杆的爬行则只能依靠气动蠕行式爬行器来解决，其上升和下降由气压控制，还需要气源和气动控制系统，因此其设备成本和维护费用较高。目前国内外尚没有在此类爬行机构方面的深入研究。鉴于绿色和环保的需要，因此，有必要研发和制造一种利用简单的机械结构来替代繁琐的气动设备实现变直径杆的攀爬，同时在爬行过程中可携带其它清洁能源实现对路灯杆等杆状城市建筑的清洗作业的设备。参考文献1 蒋新松. 机器人学导论M. 辽宁：辽宁科学技术出版社，1994.2 王园宇，武利生，李元宗. 壁面清洗机器人发展趋势浅析J. 引进与咨询2002. （4）：3-4.3 邵浩. 壁面清洗爬壁机器人. 中国第五届机器人学术会议论文集C. 北京：机械工业出版社，1997：134-138.4 Elkmann N，Felsch T，Sack M，et al. Modular climbing robot for service-sector J. Industrial Robot，1999，26（6）：460-465.5 TohruMIYAKE，Hidenori ISHIHARA. Mechanisms and Basic Properties of Window Cleaning RobotC. Proceedings of the 2003 IEEUASME International Conference on Advanced Intel-ligent Mechatronics（AIM2003）:1372-1377.6 赵兴飞，周忆，石崇辉. 气驱爬壁机器人设计与计算J. 机床与液压，2003. （3）：1-3.7 赵松年. 现代机械创新产品分析与设计M. 北京：机械工业出版社，2000 . 1：1-38 吴功平，肖晓晖，郭应龙. 架空高压输电线自动爬行机器人的研制J. 中国机械工程，2006，17（3）：1-4.9 徐生，张立彬，杨庆华，等. 气动蠕动爬杆机器人J. 机械工程师，2004. （3）：2-3.10 杨存智. 爬杆(绳)机器人的研制J. 机电一体化，2003，（4）：l-3.11 陈俊龙，张美琴，盛刚，等. 继电器控制的爬杆机器人J. 机电工程，2005，22（9）: 1-4.12 H.Hosokai，F.Hara，Y. Uehild，etal. Mechanism and Control of Mobile Pipeline Maintenance Robot with Lazy Tongs MechanismC. Proceedings of the 1995 Intemational Conference on Robotics and Automation，JaPan，1995：851-856.13 丁彩红，赵增梁，李恩光. 爬杆机械手的原理性设计J. 机械与电子，2001. （6）1-3.14 马光. 仿生机器人的研究进展J. 机器人, 2001，23（5）：463-466.15 王军，任工昌，郑甲红. 管外爬杆机器人抓紧装置P. 中国专利200420041989.2.16 刘桂珍，王怀奥，王立权. 高空爬行机器人的机构设计J. 佳木斯大学学报（自然科学版），2007，25（5）：2-4. 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：爬杆机器人的使用将大大降低高层杆状建筑的清洗检查维修成本，改善工人的劳动环境，提高劳动生产率。这种机器人的研制必将具有很大的社会效益、经济效益和广阔的应用前景。本课题旨在研发一种新型的、结构简单、经济适用、价格便宜、操作简便的适用于路灯杆等杆状城市设施可搭载清洗、维护设备的爬杆机器人，用以解决当前城镇中存在的影响市容的公共设施的清洗、维护问题。该机构要能保证良好的运行效果，低耗能高效率，绿色环保，节省人力物力。从上述看来所设计的机构应该能够完成在圆柱状物体表面的爬升运动，该圆柱体状物体的直径在1030cm之间。欲使机器人在圆柱状物体上自由地上下移动，必须具备两种功能：贴附功能与移动功能。贴附方式有吸附式和夹持式两种，移动方式有轮式、履带式、腿式及蠕动式四种。这些不同的方式可以进行多种组合，构成多种风格的机器人。要求所要设计的这种爬行机器人，它的工作对象为各种型号的城市杆状建筑，要求有一定的承载能力、接触面积小、速度适中。通过比较各种方案，本课题设计使用夹持式的蠕动爬行结构形式，该方案能基本满足我们设定的工作状况，可实现在运动方向上任意长的距离提升重物，能获得更大的锁紧力，从而可传送较重的物体，结构简单紧凑、运行平稳，控制简便。爬升靠气缸来完成，夹紧运动采用螺旋传动完成。设计内容包括电机的选择与计算，齿轮传动部分的计算与校核，螺旋传动部分的计算与校核，轴承副的选择与计算，连接件的设计与强度计算，气缸的选型计算。设计计算好各个结构的尺寸大小及型号之后，使用Proe完成三维图的设计绘制工作。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告指导教师意见：1对“文献综述”的评语：2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测： 指导教师： 年 月 日所在专业审查意见： 负责人： 年 月 日 本科毕业设计说明书（论文） 第 II 页 共 页目 录第一章 绪论11.1 论文研究的目的和意义 11.2 国内外研究现状以及存在的问题21.2.1 机器人的分类21.2.2 国内外研究现状31.2.3 目前主要存在的问题 41.3 本论文的研究工作41.4 本章小结 7第二章 爬杆机器人仿生结构分析研究 62.1 仿生机器人概述62.2 整体结构分析72.2.1 贴附功能分析 72.2.2 移动功能分析 92.3 本章小结10第三章 爬杆机器人的结构方案设计113.1 总体结构设计 113.2 夹紧装置分析研究113.3 爬升动力系统分析研究113.4 爬杆机器人运动原理123.5 本章小结13第四章 主体尺寸参数的设计校核144.1 爬杆机器人各零部件的尺寸估算设计144.2 滑动螺旋丝杠传动的设计计算及校核184.2.1 传动螺纹类型的选择194.2.2 丝杠耐磨性计算及选材194.2.3 丝杠校核验算 194.3 齿轮传动设计 214.3.1 齿轮类型、精度、材料及齿数的选定214.3.2 按齿面接触疲劳强度设计 214.3.3 按齿根弯曲疲劳强度设计计算 234.3.4 几何尺寸计算 254.4 轴承的选用254.4.1 直线轴承介绍254.4.2 直线轴承的选用264.5 联轴器的选择264.6 本章小结 28结论29致谢30参考文献 31