精品】毕业设计〔论文〕--爬杆机器人的机械结构设计 爬杆机器人的机械结构设计摘要论文在比拟几类爬行机构的优劣的根底上，确定了机器人本体的大致结构在此根底上详细阐述了仿生爬行的原理和机器人模块化设计的理念根据路灯杆的尺寸数据，设计机器人的三维模型机器人建模的过程 功能的实现与机械结构的尺寸优化 包括以下几个关键点：爬杆机器人设计中的功能机构的协调配合、攀爬手臂夹持重合度的选择、攀爬力的变化与结构参数之间的关系、攀爬力零点的渡过等难点的设计方法和设计准那么，为此类爬行机器人的设计提供参考关键词：爬杆机器人 变直径杆 仿生学 Mechanical Structure design of Pole-Climbing-Robot AbstractIn the paper，the wormlike imitated pole-climbing robot what the author designed and manufactured is non-intelligence mechanical crawler. Based on compared the merits and demerits of several kind of crawling mechanism，confirmed the general structure of robot body. Based on above-mentioned，expatiated the principle of bionic crawling and the theory of modular designing on robot in detail. Based on the dimension data of poles，we have designed and manufactured the model of robot. The design methods and design guidelines during the course of robot modeling achieve the movement and optimum structural design following several key points： Functional coordination between agencies，choice of climbing arm gripping coincidence，changes of climbing force the relationship between the structural parameters，choice of zero point of climbing force and its transition in pole-climbing robot designing. Provides references forth kind of crawling robot’s designing.Key Words ： pole-climbing robot，variable-diameter pole，bionics目录1 绪论 11.1 论文研究的目的和意义 11.2 国内外研究现状及存在的主要问题 2 机器人的分类 3 研究现状 4 目前存在的主要问题 81.3 研究主要内容和研究对象 91.4 本章小结 92 爬杆机器人仿生的设计理论研究 102.1 仿生机器人概述 102.2 总体方案分析 112.3 蠕动式仿生爬行方案研究 142.4 本章小结 153 机器人爬行局部的结构方案 163.1 爬行机器人本体结构设计准那么 16 模块化设计根底理论 163.2 机器人结构原理方案分析 18 夹紧机构方案研究 18 传动机构方案分析 20 动力系统方案研究 23 机器人结构原理及爬行动作原理 243.3 变直径杆爬行问题的解决 263.4 平安稳定的工作保障 27 夹紧力的保证―弹簧的设计方法研究 273.4 机器人的结构设计 27 电机的选型及参数选择 28 机器人本体的空间结构设计 30 抓紧机构尺寸参数确实定 33 传动机构尺寸参数确实定 37 上、下凸轮的配合研究 413.5 弹簧的设计与校核 423.6 本章小结 45结语 46致谢 47参考文献 481 绪论1.1 论文研究的目的和意义目前全国日益加快的现代化建设步伐，除了2021年8月在北京举办的奥运会、还有2021年在上海举办的世博会，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 如图1.1 ，它们通常5-30m，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，风沙常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。
图1.1 变直径杆城市建筑为保持清洁，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拟大、本钱高，且对周边环境有很大的影响在利用高压水枪进行清洗时，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开展以及人们自我平安保护意识的增强，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开发能在施工现场实际运用的立柱爬杆清洗机器人，将是很有意义的，必须具有良好的经济效益和社会效益爬杆清洗机器人的使用将大大降低高层杆状建筑的清洗本钱，改善工人的劳动环境，提高劳动生产率，或将带来清洗业的一次革命。
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该课题旨在研发一种新型的、结构简单、经济适用、价格廉价、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1.2 国内外研究现状及存在的主要问题机器人是人类新世纪的伟大创造之一，是传统的机构学与近代电子技术结合的产物，是计算机科学、控制论、机构学、信息科学和传感技术等多学综合性高科技产物，它是一种仿人操作、高速运行、重复操作和精度较高的动化设备，机器人技术的出现和开展，不但使传统的工业生产和科学研究发根本性的变化，而且将对人类的社会生活产生深远的影响机器人产业己成当代应用最广泛、开展迅速的高科技产业之一机器人作为高技术领域的重要分支，将成为21世纪各国争夺的经济技术的制高点 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、特种机器人或分为两类：制造环境下的工业机器人、非制造环境下的效劳与仿生机器人仿生机器人是未来机器人领域的一个开展方向，按仿生学角度来分可分为螳螂式爬行机器人、蜘蛛式爬行机器人、蛇形机器人、尺蠖式爬行机器人等。
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机器人等按行走方式可分为：轮式、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、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 研究现状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外表上并自主移动，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行机器人并不少见，但是通常来说，这类机器人大多采用多足来进行移动或是使用腹部的摩擦表层来左右扭动前进更主要的是，平常的机器人，因为体积或行动方式的影响，不能到一些特殊的地方进行工作，比方说管道，壁面等等特种用途的领域。
爬升机器人与一般地面移动机构的最明显不同是需克服重力的作用而可靠地依附于爬升外表上并自主移动，完成特定条件下的作业最早开始研究且研究最多的是爬壁机器人，适于高层建筑、水力发电大坝等垂直壁面和大球形外表上的危险作业对于管道外壁外表，已有车轮移动形、姿态可变形、尺蠖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，获得了丰硕的成果目前，国内外提出的一些依附于杆体外表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平安运作，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汽缸夹紧，上部汽缸松开，提升汽缸活塞杆伸出，上部上升；上部汽缸夹紧，下部汽缸松开，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，因此其设备本钱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、平行杆，并可绕T型杆和L型杆爬行国内比拟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，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气动蠕动式缆索喷涂机器人由机械本体、气动系统和控制系统组成气动系统和控制系统配合完成机器人的移动、夹紧和喷涂作业机械本体是本系统的核心局部 如图1.2 所示 , 它包括上体、下体、移动机构和喷涂机构上体和下体都由变刚度弹性导向机构、平行式自动对中夹紧机构及支撑板组成, 其中平行式自动对中夹紧机构设计巧妙, 结构简单 如图1.3所示 机器人运动时, 移动机构配合上、下体夹紧气缸的不同动作组合, 可以实现机器人蠕动式间歇上升或下降。