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爬墙机器人气压传动系统及控制硬件设计说明书.doc

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爬墙机器人气压传动系统及控制硬件设计说明书.doc

南昌航空大学学士论文1目录1绪论111引言112国外爬壁机器人研究现状113国内爬壁机器人研究现状214爬壁机器人的发展趋势315课题的目的及意义316课题内容及工作思路42机器人的结构设计521机构设计522动作原理63爬壁机器人的气压传动系统设计731气压控制回路设计732选择执行元件833真空发生器、过滤器、吸盘的选择834选择控制元件9341选择类型9342选择主控阀9343选择减压阀935选择气动辅件1036确定管道直径、验算压力损失10361确定管径10362验算压力损失1137选择空压机16371自由空气量的计算16372气缸的理论用气量16373选择空压机174单片机控制设计1841AT89C2051单片机简介1842单片机的接线195无线遥控电路设计20南昌航空大学学士论文251TX2/RX2遥控集成电路简介20511TX2/RX2遥控集成电路的特点20512TX2/RX2电参数引脚功能20513TX2/RX2引脚功能2152遥控发射、接收电路236软件设计25参考文献31致谢32摘要目前应用于实际的或文献报道的爬壁机器人的步行机构通常采用基于仿真原理的六足或四足等多足步行机构。本文根据具体要求采用了八足步进机构,设计了一种爬壁机器人的气压传动系统及控制硬件。本机器人的结构简单,由横纵两个垂直的机械结构组成,横向结构实现向左、向右的动作,纵向结构实现向上、向下的动作。该机器人机身采用有机玻璃制造,重量轻、易加工。系统是根据真空吸附原理设计的一个能在垂直墙面上通过脚步行进方式,在4个方向垂直移动的爬壁机器人及其控制系统。由气缸驱动机器人脚步的交替移动以实现在垂直表面的自由移动。控制系统采用单片机控制,通过接收无线遥控信号来实现上升、下降、向左、向右及停止五个基本动作的有序控制,为进一步实现复杂动作及实际应用打下了良好的基础。整个设计从机器人的本体结构开始,然后根据机器人的结构设计相应的气动回路,计算所需参数,选择气动气动系统的各执行元件、控制元件及辅件。再由机器人的动作原理选择单片机型,确定各引脚的接线。无线遥控系统选用了现在普遍使用的TX2/RX2,接收电路的引脚与单片机的引脚相连,接收电路接收发射电路发出的信号,通过单片机产生相应输出使机器人完成相应的动作。关键词爬壁机器人气压传动无线遥控单片机控制南昌航空大学学士论文3WALLCLIMBINGROBOTANDCONTROLOFAIRPRESSUREDRIVESYSTEMANDHARDWAREDESIGNABSTRACTCURRENTLYAPPLIESTOACTUALORREPORTEDINTHELITERATUREOFTHEFOOTWALLCLIMBINGROBOTUSUALLYBASEDONSIMULATIONPRINCIPLEORTHESIXLEGGEDQUADRUPEDWALKINGANDOTHERAGENCIESINTHISPAPER,ACCORDINGTOTHESPECIFICREQUIREMENTSOFTHEUSEOFSTEPPINGFOOTEIGHTINSTITUTIONS,LOCATEDOFAWALLCLIMBINGROBOTSPNEUMATICDRIVESYSTEMANDCONTROLHARDWARETHEROBOTHASSIMPLESTRUCTURE,THEHORIZONTALANDVERTICALCOMPONENTSOFTHEMECHANICALSTRUCTURE,HORIZONTALSTRUCTURETOTHELEFT,RIGHTACTION,VERTICALSTRUCTUREUPWARDANDDOWNWARDMOVEMENTSTHEROBOTUSEDPLEXIGLASSMANUFACTURINGBODY,LIGHTWEIGHT,EASYPROCESSINGTHESYSTEMISBASEDONTHEPRINCIPLEOFTHEDESIGNOFTHEVACUUMADSORPTIONITISAVERTICALWALLINTHEROADONTHEWAYTHROUGHTHESTEPSINTHEDIRECTIONOFVERTICALMOVEMENT4WALLCLIMBINGROBOTANDITSCONTROLSYSTEMCONTROLSYSTEMUSESASINGLECHIPCONTROL,WIRELESSREMOTECONTROLSIGNALTHROUGHTHERECEIVERTOACHIEVEANINCREASE,DECREASE,LEFT,RIGHTANDSTOPOFTHEFIVEBASICMOVESINANORDERLYCONTROLITCANFURTHERTHEREALIZATIONOFTHECOMPLEXITYOFACTIONANDISATIMEWHENTHEAPPLICATIONHASLAIDAGOODFOUNDATIONTHEWHOLEDESIGNOFTHEBODYSTRUCTUREFROMTHEBEGINNINGOFTHEROBOT,ANDTHENINACCORDANCEWITHTHESTRUCTURALDESIGNOFTHEROBOTCORRESPONDINGPNEUMATICCIRCUITTOCALCULATETHEREQUIREDPARAMETERS,SELECTPNEUMATICPNEUMATICSYSTEMOFTHEIMPLEMENTATIONOFCOMPONENTS,CONTROLCOMPONENTSANDACCESSORIESROBOTMOVESFROMTHEPRINCIPLEOFCHOICEBASEDSINGLECHIP,TOESTABLISHTHECONNECTIONPINOPTIONALWIRELESSREMOTECONTROLSYSTEMISNOWWIDELYUSEDTX2/RX2,THERECEIVINGCIRCUITANDMCUPINCONNECTEDTOTHEPIN,RECEIVINGCIRCUITTORECEIVESIGNALSFROMTRANSMITTER,THROUGHTHESINGLECHIPOUTPUTTOENABLETHEROBOTTOPRODUCECOMPLETETHECORRESPONDINGACTIONKEYWORDSWALLCLIMBINGROBOTPNEUMATICTRANSMISSIONWIRELESSREMOTECONTROLSINGLECHIPCONTROL1绪论11引言南昌航空大学学士论文4随着现代科学技术的飞速发展,机器人已越来越多地进入我们的生活领域,以机器人代替人类从事各种单调、重复、繁重、危险以及有毒有害的工作是社会发展的一个趋势。现代机器人一般分为两大类一类是工业机器人,主要指装配、搬运、焊接、喷漆等机器人。另一类是极限工作机器人,主要指在人难以到达的恶劣环境下代替人工作业的机器人。如海底资源的勘测开发、空间人造卫星的收发、战场上的侦察和排险、核放射场所的维护、高层建筑的壁面清洗、灭火救助等。作为极限作业机器人重要开发项目之一的壁面爬行机器人近些年来得到了蓬勃的发展,受到了人们越来越多的重视,目前,国内外已经有了相当数量的爬壁机器人投入现场作业。主要应用如下1核工业对核废液储罐进行视觉检查、测厚及焊缝探伤等;2石化企业对立式金属罐或球形罐的内外壁面进行检查或喷砂除锈、喷漆防腐;3建筑行业喷涂巨型墙面、安装瓷砖、壁面清洗、擦玻璃等;4消防部门用于传递救援物资,进行救援工作;5造船业用于喷涂船体的内外壁等。12国外爬壁机器人研究现状1966年日本大阪府立大学工学部的西亮教授成功研制出第一个垂直壁面移动机器人样机,该机器人利用电风扇进气侧的低压作用作为吸附力,使机器人贴附在垂直壁面上。1975年他又采用单吸盘结构制作出以实用化为目标的第二代爬壁机器人样机。1997年俄罗斯莫斯科机械力学研究所研制出的用于大型壁面和窗户清洗作业的爬壁机器人也采用单吸盘结构。,该机器人利用风机产生真空负压来提供吸附力,吸盘腹部装有4个驱动轮,机器人可在壁面全方位移动。美国西雅图的HENRYRSEEMANN在波音公司的资助下研制出一种真空吸附履带式爬壁机器人“AUTOCRAWLER”。其两条履带上各装有数个小吸附室,随着履带的移动,吸附室连续的形成真空腔而使得履带贴紧壁面行走。日本光荣公司研制了一种多吸盘爬壁机器人,该机器人装有两组真空吸盘。机器人本体上自带两个真空泵、电池、控制系统和无线通讯系统。机器人一次充电可以工作约30分钟,工作范围为距遥控天线10米以内,最大行走速度为30CM/MIN,用于高大建筑物墙壁的检查工作。20世纪90年代初,英国朴茨茅斯工艺学校研制了一种多足行走式的爬壁机器人。采用模块化设计,机器人由两个相似的模块组成,每个模块包括两个机械腿和腿部控

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