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。 2.2 国内外爬杆机器人发展现状 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表面上并自主移动，完成特定条件下的作业。 目前，国内外提出的一些依附于杆体表面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。 （1）气动蠕动式爬杆机器人 上海交通大学机器人研究所研制的气动蠕动式爬杆机器人，如图1所示，可在各种斜度的斜拉桥缆索上爬行，能完成斜拉锁的检测、清洗、喷涂油漆等工作。 图1 气动蠕动式爬杆机器人 气动蠕动式爬缆机器人运动中至少保证上下两组夹紧爪中有一组夹紧于缆索上。爬杆机构向上爬升时,首先下体夹紧爪夹紧于缆索上,上体夹紧爪松开,驱动气缸活塞杆伸出,上体向上运动；然后上体夹紧爪夹紧,下体夹紧爪松开,驱动气缸活塞杆缩回,下体向上运动；重复以上运动，机器人实现不断向上爬行。 改变气缸动作顺序,爬杆机构则可以完成下降功能。对于气动蠕动式爬缆机器人，其上升和下降运动由气压控制，需要气源和气动控制系统，设备成本较高。 （2）摩擦轮式爬杆机器人 国防科技大学设计的摩擦轮式爬杆机器人如图2所示。机器人框架上下边 框上沿圆周均匀安装三套主动爬行机构，相互夹角120?等间距布置，构成两个各包含三套主动爬行机构且上下平行的驱动截面，使牵引力分散产生，增强行走时的自定心功能，有利于稳定检测。 1-缆索； 2-主动爬行机构； 3-机器人框架 图2 摩擦轮式爬杆机器人 此类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安全运作，且机器人总体机构较复杂。 （3）钢球自锁式爬杆机器人 吉林大学机械学院基于钢球自锁装置设计的爬杆机器人如图3所示。 图3 钢球自锁式爬杆机器人构造及爬行步态 该机器人结构简单，主体部分仅为曲柄连杆和钢球自锁装置，曲柄每转一圈机器人整体向上爬行一次，重复状态1至5就可以实现机器人不断向上爬行。 缺点是钢球自锁机构束缚机器人只能向一个方向爬行，影响了实用性。 （4）气动爬杆机器人 浙江大学陈俊龙教授设计的气动爬杆机器人，如图4所示。 图4 气动爬杆机器人 其结构是:在上部（10）和底部（1）上，各装有一对套在直杆上的爪子（机器人可在地面上方便地作水平移动，使两爪轻套在杆子上），每对爪子由固定爪和活动爪组成，固定爪（13）和（15）分别固定安装在上部（10）和底部（1）上，而球头活塞杆（7）的球头则安装在上部（10）上。当上夹气缸（11）松开，下夹气缸（16）夹紧时，升降气缸（6）下腔进气，上腔排气，则活塞和球头活塞杆（7）推动上部（10）沿着导柱（8）向上移动，到达行程终了位置时，上夹气缸（11）夹紧，然后下夹气缸（16）松开，即上爪紧，下爪松，与此同时，升降气缸（6）上腔进气，下腔排气，从而使升降气缸的缸体连同安装的地步（1）一起沿着导柱（8）上升到与上部（10）相合止，至此，完成了攀升的一个循环。这样，机器人一步一步往上攀升。 （5）攀爬机器人 国外有代表性的有宾夕法尼亚州大学研制的Rise系列攀爬机器人。该机器人是一款四足机器人，除了能够在地面上奔跑外，还能够爬树，其脚部位置使用了外科手术针作为材料，这样就可以在垂直物体上进行移动国内比较典型的有吉林大学机械学院研究开发的仿尺蠖步态的爬杆机器人。该机器人主要由头部、尾部与躯干3部分组成，其中头部和尾部分别为一套单向自锁机构，躯干则为曲柄摇杆机构，作为整个机器人的动力源，通过各个部分的协调配合来完成爬杆机器人的伸缩，进而实现爬杆机器人的爬杆动作。上海交通大学研发了一种新型的、在垂直外攀爬方面有较大优势的攀爬蛇形机器人。该机器采用一种具有万向节功能的P—R(pitch-roll)模块，使得该蛇形机器人能够轻松和灵活地附着于攀爬对象外壁。 （6）仿蜘蛛的爬杆微机器人 德国西门子公司研制出仿蜘蛛的爬杆微机器人，这类机器人有4、6、8只 脚三种类型，可在各种类型的管内移动，其运动原理是利用腿推压杆来获得驱动力，多腿可以很方便地在各种形状的杆上移动作业，但其控制较复杂。 3. 本课题的研究目标 通过对路灯杆等各种杆状的测量和考察，提出爬杆机器人的设计方案并设 计制造出满足条件的爬杆机器人。通过对爬杆机器人的结构设计以实现其能在各种杆上多自由度的移动或转动，从而实现爬杆机器人在高空作业的技术性，以代替人类进行高空危险作业，满足人们要求。 4. 本课题的研究内容 本课题的研究内容主要是进行爬杆机器人的方案和机械结构设计，其中包括爬杆机器人的行走方案与结构设计、水平旋转方案与结构设计、动力及传动系统方案与结构设计、便捷安装结构设计等。 5. 本课题的研究方法和研究手段 根据空间机构学原理设计、机械原理与机械设计、机电系统设计和机器人机械系统设计等原理进行设计分析，完成相关任务。 6. 进度安排 2012.02.27—2012.03.09:阅读相关资料，书写开题报告。 2012.03.10—2012.03.12:翻译外文资料。 2012.03.13—2012.04.11:参考相关资料，完成爬杆器主框架和摆臂的零件图。 2012.04.12—2012.05.01:完成爬杆器旋转轴的零件图，并完成装配图。 2012.05.02—2012.06.01:进行校核，完善零件图和装配图，完成设计说明书。 2012.06.02—2012.06.08:整理设计说明书，准备答辩。 7. 方案的可行性分析和已具备的条件 爬杆机器人的高效性和安全性使得人们迫切希望其替代人工高空操作带来多方面的好处，就此国内外也已经有了很多相关方面的研究，如上海交通大学设计的气动蠕动式爬杆机器人，国防科技大学设计的摩擦轮式爬杆机器人和宾夕法尼亚州大学研制的Rise系列攀爬机器人等等。 通过大学中对机械原理与机械设计的学习，以及机械制造技术基础和控制工程基础等学科的实习，再者在科研团队老师的指导下，我相信自己能完成此课题。采取的方案实施路线：首先对比选择爬杆机器人的类型和其参数的选择，如自由度的选择、驱动方式的选择等；其次进行爬杆机器人主框架的设计，再者进行爬杆机器人摆臂和旋转轴的设计，最后完成其装配图。 8. 主要参考文献 [1]费仁元，张惠惠.机械人机械设计和分析[M]. 北京：北京工业大学出版社，1998.
相关推荐：
loading