毕业设计--- 爬壁式机器人设计

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1、 毕业设计（论文） 题题 目目 爬壁式机器人设计 专业班级专业班级 光机电一体化工程（08 级） 姓姓 名名 指导教师指导教师 所属助学单位所属助学单位 20112011 年年 12 12 月月 2 2 日日 第 1 页 目录目录 前言前言 2 第一章第一章 3 总体结构 3 1.1 机械结构 3 1.2 控制系统硬件 . 4 1.3 传感导引系统 . 9 第二章第二章.14 2.1 爬壁机器人磁吸附原理 14 2.2 磁吸附技术简介 .14 2.3.电磁铁吸力及选材 .14 第三章第三章.16 3.1 一种新型磁轮单元 .16 3.2 磁轮分析 .16 第四章第四章 爬壁机器人的力学分析 1

2、8 4.1 爬壁机器人静力学分析 18 4.2 爬壁机器人动力学分析 19 结论结论.21 参考文献参考文献.21 致谢致谢.21 第 2 页 摘摘要要 爬壁机器人,是极限作业机器人的一个分支,它的突出特点是可以在垂直墙壁表面或者 天花板上移动作业爬壁机器人能吸附于壁面而不下滑,实现的方法主要有两种:负压吸附与 磁吸附介绍一种新型爬壁机器人，它以超声串列法自动扫查和检测在役化工容器筒壁对接环焊 的危害性缺陷。 本文将着重介绍了它的机械结构及位置调整运动控制算法。 这种机器人采用 磁轮吸附和小车式行走，利用磁带导航，光纤传感器检测，具有结构紧凑、导航性能好、位置 调整方法可行和定位精度高等特点。

3、 本文将介绍的爬壁机器人为超声串列自动扫查机器人是以 某炼油厂加氢反应器为具体的应用对象，用来以超声串列法自动扫查和检测筒壁对接环焊缝的 危害缺陷而研制的，并按 JB4730-94压力容器无损检测的要求，用超声串列法检测。 超声 串列法要求一发、一收探头中心声束保持在一个与焊缝中心线相垂直的平面内，收发探头相对 于串列基准线须保持等距、反相、匀速移动。 由于采用手动检测，操作难度大，重复性差，可 比性差而难以实施。 对于这种用在圆形筒壁上在役检测的机器人，丹麦的 force 公司研制了多 用途模块磁轮扫描仪 AMS-9、AMS-10 等系列磁轮爬壁机器人，日本的 Osaka Gas Co。 L

4、td 公司 研制了磁轮爬壁检测机器人，但是售价昂贵。 从文献及报道方面看，国内对于这种在役磁轮式 爬壁机器人还少有实用化的样例，也缺乏这方面的机械结构及自动控制装置的研究，因此，对 大厚度焊缝的超声波探伤自动扫查爬壁机器人的研究是十分必要的。 关键词关键词：机器人技术 爬壁机器人 磁吸附 前言前言 机器人是传统的机构学与近代电子技术相结合的产物，是计算机科学、控制论、机构 学、信息科学和传感技术等多学科综合性高科技产物，它是一种模仿人操作、高速运行、 重复操作和精度较高的自动化设备。机器人技术的出现和发展，不但传统的工业生产和科 学研究发生革命性的变化，而且将对人类的社会生活产生深远的影响。随

5、着机器人技术的 不断发展，机器人的小型化、微型化成为机器人技术发展的重要方向之一。开发一种小型、 便携的爬壁机器人在军事和民用方面都具有重要意义。在军事方面，它可以被投放在敌后， 爬行于建筑物的外墙或玻璃壁面上，对室内的情况进行侦察；或者充当可移动的爆破物， 近距离杀伤敌方的重要设施和人员。 爬壁机器人作为工业用机器人的一种，指的是能够在垂直陡壁上进行作业的机器人， 它作为高空极限作业的一种自动机械装置，可以代替人工在高空、毒气毒液、辐射、水下 第 3 页 等高危环境下进行特种作业，在热电厂、造船业、核工业、石化天然气业等领域有广泛的 应用，随着技术的日趋成熟，应用范围的拓展，越来越受到各国科

6、研部门的重视 第一章第一章 总体结构总体结构 本样机由机械部分、控制部分、导航传感检测部分组成。 1.1 机械机械结构结构 本样机的机械部分由导轨滑块运动体、左右磁轮运动体组成。 样机及结构简图如图 1。设 o 1 x 1 y 1 为机器人的坐标系，其中原点 o 1 在机器人 4 个轮子布局的对称中心点上，x 1 为机器 人左右磁轮的对称中心线，y 1 平行于串列扫查探头的导轨。 图中所示 oxy 坐标的 x 轴，相当 于是固定在筒壁上的，与串列扫查基准线重合，y 轴是与其垂直的坐标，o 与 o 1 重合。 在这 里所谓的串列基准线是串列扫查时，作为一发一收两探头等间隔移动的所定相对对称基准线， 一般设定为在离探伤面距离为 0。5 跨距的位置。 本文中左指的是 y 1 方向,反之为右方向。 各部分的工作原理如下： (1)左右磁轮运 动体 整个扫查机