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自攀爬机器人结构设计研究

李绍军  
【摘要】: 机器人的出现,拓展了人类的能力范围,缩小了人对自然的距离,极大地推动了人类社会的技术进步。它是计算机科学、控制论、机械学、电子技术等多学科综合性的高科技产物,是典型的机电一体化产品。机器人技术的发展,不但可以部分取代人完成各种恶劣环境下的工作,而且将对人类社会产生深远的影响。 自攀爬机器人是机器人的一种,属于极限作业机器人。自攀爬机器人主要用于垂直壁面、球面等攀爬行走,可搭载相应的设备,实现壁面的清洗、探伤、管道敷设、油漆等多种功能,是一种通用的用于垂直壁面、球面等场合的行走机器人。其目的是代替人类,在各工业、石化企业、建筑行业、消防部门、造船等领域中的危险状态下作业。它的研究和开发有着广阔的前景和良好的社会效益,受到人们的重视。世界上很多国家开展了这方面的研究工作,国内外已有不同类型的自攀爬机器人研制成功。自攀爬机器人的研究涉及机器人、人工智能、传感、控制、视觉、环境识别、现代设计方法等诸多知识,是多学科交叉综合的结果。此外,还涉及构成各类机器人自身服务功能的各项专有技术。 本文研究目的是设计一种新型、可靠性高、适应范围广且能够自主移动、自主避障的自攀爬机器人。通过对国内外研究现状进行总结和分析,针对自攀爬机器人的工作环境,提出一种新型的三角框架式结构、真空吸附方式、电气混合驱动形式的自攀爬机器人本体结构形式。通过气缸杆的伸缩和电动缸的相对移动,实现自攀爬机器人的自主攀爬和自主避障。通过步进电机驱动蜗杆和蜗轮,使上下框架做相对转动,从而实现机器人任意角度的旋转。本文详细的分析了机器人在理论和实际开发应用中存在的问题,制作了自攀爬机器人样机。该机器人既能够在垂直壁面上爬行,又能适应一定曲率范围的球形壁面,具有越障能力强、负载大、能任意方向旋转等特点。 本文理论联系实际,针对所设计的机器人,进行了运动学方面的分析。本文对自攀爬机器人的研究,给自攀爬机器人的新型结构和自主移动提供了依据。


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