爬杆机器人.docx

集美大学本科毕业设计(论文) 1 1 绪论 背景“机器人学的进步和应用是本世纪自动控制最有说服力的成就,是当代最高意义的自动化”。这是宋健院士对机器人在上个世纪所取得的成就的精辟概括。同时机器人技术也是 20 世纪人类最伟大的发明之一,自 60 年代初问世以来,经历 40 余年的发展已取得长足的进步。走向成熟的工业机器人,各种用途的特种机器人的实用化,昭示着机器人技术灿烂的明天。所以我们必须走进它,了解它。近年来,在我国大学,机器人作为机械电子学、计算机技术、人工智能等的典型载体被广泛地用来作为工科本科生的讲授课程之一;在中学,模型机器人则逐渐成为素质教育,技能实践的选题之一,各种机器人比赛正方兴未艾。进入 21 世纪,人们也愈来愈亲身感受到机器人深入产业、深入生活、深入社会的坚实步伐。这些都说明了机器人技术离我们越来越近了。但大家是否可以给耳熟能详的机器人一个准确的定义呢?有人认为机器人无所不能,有人认为机器人必须像人。那么,何为机器人?虽然很难给机器人下准确的定义, 但是通常的理解就是:机器人是一种在计算机控制下的可编程的自动机器,根据所处的环境和作业的需要,它具有至少一项或多项拟人功能,如抓取功能或移动功能,或两者兼而有之,另外还可能程度不等地具有某些环境感知功能(如视觉、力觉、触觉、接近觉等)以及语音功能乃至逻辑思维、判断决策功能等,从而使它能在要求的环境中代替人进行作业。如今进入二十一世纪,随着科技的迅速发展,现代化进程的日益加快,机器人的创新与研究越来越成为一个国家科技力量的具体体现,越来越多的机器人已成为各个领域重要的组成部分,因此机器人的发展也日益成熟,为人们的生活提供了更多的方便与快捷。在世界经济快速发展的前提下,我国国民经济也有着飞速的增长,人民生活水平日益提高,伴随着城市和乡村矗立起无数的高层建筑和无数的高高的杆类,如电线杆、路灯杆等等。这些杆类长年累月的暴露在空气中,很容易受到腐蚀和污染,不仅影响着城市的美观,而且缩短了它们的寿命,也大大提高的它的危险性,对人们造成诸多不便与危险。然而,如果人工的对这些杆类进行清洗与保养,由于其条件所致,势必需要清洗工人高空作业完成,这样不仅工作效率低下,耗资巨大,而且安全系数低,很容易造成危险。如果采取高压水枪清洗,则太浪费人力物力,得不偿失了。这时,人们通过设想, 能不能设计一种机器人,使得它能够代替人类进行对杆类的清洗或进行相关工作,用这些机器人代替人工进行高空危险作业,从而把工人从危险、恶劣、繁重的劳动环境中解脱出来,不仅提高的工作效率,同时也保护了工人的生命安全。集美大学本科毕业设计(论文) 2 因此,我们需要设计一种爬杆机器人,使得它代替工人进行高空作业,改善工人的工作环境,提高工作效率,大大降低高层杆状的清洗成本,或许将带来清洗业的一次创新与革命。这种机器人的研制必将有很大的社会效益、经济效益和广阔的应用前景。本课题旨在设计一种新型的、结构简单、经济适用、价格便宜、操作简便的使用与路灯杆等杆类的可搭载清洗、维护设备的爬杆机器人,以解决当前城镇中存在的杆状清洗等问题。该机构要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。 国内外发展现状及其存在的问题 爬杆机器人的分类爬杆机器人的种类多种多样。按仿生学角度来分爬杆机器人可分为:螳螂式爬行机器人、蜘蛛式爬行机器人、蛇形机器人、足蠖式爬行机器人等。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行机器人等。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、陆地移动爬行机器人、水下机器人、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、巡线爬行机器人等。根据不同的驱动方式和功能等可以设计不同结构和用途的爬行机器人,如气动爬行机器人,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。 发展现状爬杆机器人是机器人大家族的一员,爬杆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,故爬杆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。爬杆机器人并不少见,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,比如说管道,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。最早开始研究且研究最多的是帕比机器人,适于高层建筑、水里发电大坝等垂直壁