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1、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
2、人，变直径杆，夹紧，攀爬ABSTRACT In 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
3、 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 climbing The pole climbing robot consist of songCrank slider mechanism, parallel plate cam mechanism.moving cam mechanism, the robot tight the wallHo
4、ld 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
5、 of highaltitude operation. Key words：poleclimbing robot， variablediameter pole sepal， poleclimbing目录 1 绪论1 1.1 研究目的1 1.2 国内外研究现状1 1.3 研究内容3 1.4 设计要求4 2 爬杆作业机器人总体方案设计5 2.1 机械方案设计5 2.2 电气控制系统设计 7 2.3 小结 8 3 机械系统设计 9 3.1 减速机构设计9 3.2 曲柄滑块机构设计 17 3.3 凸轮机构的设计23 3.4 机械手爪设计24 3.5 电动机选择 26 4 电气控制28 4.1 系统论述
6、28 4.2 直流电机单元电路设计与分析29 4.3 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 绪论绪论 1.1 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
7、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，在一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，而在一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 于一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
8、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。对人工攀爬较难的作 业具有较大的实际意义。 1.2 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
9、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 。 1 2 图图11螺旋式螺旋式爬杆爬杆机器人 机器人 图图12自动喷涂爬杆机器人自动喷涂爬杆机器人 (1)螺旋式爬杆机器人如图11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。 (2)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 。 3 4 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。 1.3 研究内容 经过
