钢结构检测用攀行机器人设计【5张CAD图纸和说明书】

目录

1.绪论…………………………………………………………………………….......1

1.1本课题的提出和研究意义…………………………………………………1

1.2国内外机器人的研究和发展状况………………………………………….2

1.3机器人的基本结构及其分类……………………………………………….4

1.4本论文主要研究内容……………………………………………………….5

2.钢结构检测用攀行机器人总体方案设计………………………………………...6

2.1机器人任务要求和机械系统……………………………………………….6

2.2机器人结构的设计………………………………………………………….8

2.3传动系统设计……………………………………………………………...12

2.4驱动性能分析与方案设计………………………………………………...16

2.5控制系统方案设计………………………………………………………...19 

3.机器人参数的计算……………………………………………………………….21

3.1机器人的机身重量………………………………………………………...21

3.2选择步进电机型号………………………………………………………...21

3.3齿轮传动设计…………………………………………………………...…22

3.4轴的设计…………………………………………………………………...26

3.5键的校核…………………………………………………………………...30

3.6密封与润滑………………………………………………………………...31

3.7机身结构尺寸的设计……………………………………………………...31

4.电磁脚的设计分析…………………………………………………….. ………..31

5.机器人的检测方案……………………………………………………………….33

5.1电涡流式传感器…………………………………………………………...33

5.2高频式电涡流式传感器………………………………………………...…33

6.控制分析………………………………………………………………………….35

结论………………………………………………………………………………….36

参考文献………………………………………………………………………….....37

致谢………………………………………………………………………………….38

附录1 外文翻译……………………………………………………………………39

附录2 外文原文……………………………………………………………………44

摘要

随着机器人技术的发展，机器人价值的不断提高，其应用领域不断扩展，人们要求机器人所完成的任务也越来越复杂，如高层建筑物的表面检测工作，制造过程的复杂装配作业、空间站的维修、海洋勘探以及有害废料的清理等。这些都是人力所不能完成的。

本论文针对钢材料建筑物的表面检测工作，采用机器人来代替人力进行高空危险作业，研究一种用于钢结构表面检测用的攀行机器人，论文结合攀行检测机器人的设计，对机器人技术进行了具体的分析，提出了机器人的整体结构，回转机构和前进结构的设计方案。

本文结合工作的实际情况，针对如何实现机器人攀行以及在对材料表面进行检测工作中出现的问题，参考近几年机器人技术研究和发展的状况，在充分发挥机、电、软、硬件各自特点和优势互补的基础上，对钢结构检测用攀行机器人的整体机械结构、传动系统和驱动装置进行了分析和设计，提出了一套整体结构设计和传动方案。采用伸缩前进的机械结构形式，这种方式能够提高机器人前进的稳定性和操作的灵活性，并对机器人的前进机构，回转机构，升降机构、脚部进行了设计，采用步进电机进行驱动，从而实现机器人的运动。

通过以上各部分的工作，得出了结构简单、实用性高、能够实现钢结构的检测用机器人的整体设计方案和执行部件的结构设计，并且对其他类型机器人系统的设计也有一定的借鉴价值。

关键词：钢结构；机器人；检测；结构设计；

ABSTRACT

Along with the robot technical development, the value of the robot continuously raises, its application realm continuously expands, people request the mission that the robot complete it's also more and more complicated, such as the surface examination of the high building work, manufacturing process of complicated assemble the homework, space stand of maintain, the ocean investigate to explore and tidy up of harmful waste etc.All of these be what manpower can't completes.

This thesis aims at the surface examination that the steel material anticipates building work, adopt robot to replace manpower to carry on dangerous homework and study a kind of used for the steel structure surface examination to use of climb and go robot, the thesis combines to climb a design of go the examination robot, carried on concrete analysis to the robot technique, put forward the whole structure of the robot and turn round organization and go forward a structural design project.

This text combines the actual circumstance of work and aim at how to carry out robot to climb a line and just carry on the problem which examines to appear in the work to the material surface, make reference to for the last few years, condition of robot technique research and development, at well exertive machine, electricity, soft, hardware respectively characteristics and advantage with each other repair of foundation up, to the steel structure examination use to climb whole machine structure of go the robot, spread to move system and drive device carry on analysis and design, put forward a set of whole structure design and spread to move a project.Adopt flexible headway of machine structure form, this kind of way can raise the stability of the robot headway and the vivid of the operation, and to the headway organization of robot, turn-over organization, ascended and descend organization, feet department to carry on a design, the adoption treads to carry on drive into the electrical engineering and carry out sport of robot thus.

Pass above the work of each part, got structure simple, onlinetranslation , can carry out steel structure of the examination use the overall design project of the robot and the structure design of the performance parts, and as to it's the design of his type robot system also includes to certainly draw lessons from value.

Keyword：Steel structure；Robot；Examine；The structure design；

1.绪论

1.1本课题的提出和研究意义

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，它是一种仿人操作、高速运行、重复操作和精度较高的自动化设备。它是机构学、运动学、控制理论等学科发展水平的综合体现，是当前国内外研究的热点问题之一。在各领域机器人设计活动也已经很广泛的开展起来，这种氛围对我国机器人的研制开发以及专业方面人才的培养是具有积极的意义。

国内外的发展现状长期以来，人们就想往能在垂直陡壁上攀行，进行各种作业。近年来出现的攀行机器人，实现了这种理想。由于在垂直陡壁上作业是非常困难和危险的，超越了人的能力极限，所以在国外称此类机器人为极限作业机器人。壁面攀行机器人可用来代替人工进行的一些危险操作，进行各种储存有毒有害介质的储存罐以及高层钢结构建筑物表面的检测工作。其中包括核工业和城市石化工业球形储液罐的视觉检查、超声侧厚和焊缝探伤等作业。它可以代替人类做一些危险的工作，并取得了很大的应用价值。因此，该项目成为国内外科研人员研制开发的热点。

这种钢结构检测用攀行机器人己在部分工程项目中得到了有效的应用，具有潜在的市场应用价值，机器人作为一种能代替人工作业的智能机器，有着广泛的应用前景随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、便携的攀行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，攀行于建筑物的表面或玻璃壁面上，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。民用方面可用于高层建筑的表面检测或进行清洗。但是传统的攀行机器人或是采用磁吸附方式，依靠磁力吸附于金属壁面，不适合工作在钢结构建筑物的表面；或是采用由真空泵或真空发生器抽吸空气产生吸附力的主动吸附方式，需要外接气源，连接大量的支持设备，能量耗费大，而且一般伴有较大的噪音，机器人的体积和活动范围都受到限制，不宜在小型攀行机器人上使用。在高层钢结构建筑物的表面检测工作中，预防性定期检测和被迫性事后检测维修工作都存在着较大的缺陷，人工检测已经无法满足。随着科学技术的发展，机器人代替人工进行高层建筑的危险检测工作成为了一种新的趋势，攀行检测机器人将会得到更广泛的应用。

当前，国内外都非常重视钢结构攀行检测机器人的研制，主要是因为它有着广泛的用途，特别是它可以在一些危险环境以及高层钢结构建筑物表面上进行攀行检测作业。攀行检测机器人是一种新型特种机器人，能在危险工作状态下代替人工作业，因此具有广阔的应用前景。

由于传统攀行机器人具有很多的不足之处（如对壁面的材料和形状适应性不强，跨越障碍物的能力弱，体积大，质量重等），因此未来爬壁机器人的结构应该向着实用化的方向发展。该机器人机构合理，性能完善，并且可以代替人工进行高空环境作业，降低了人类高空作业的危险系数；也大大提高了作业效率。这将意味着为高空钢结构表面的检测工作，开辟了应用机器人代替人力作业的新领域。