爬墙机器人气压传动系统及控制硬件设计【6张CAD图纸和说明书】

目录

1 绪论 1

  1.1引言 1

  1.2国外爬壁机器人研究现状 1

  1.3国内爬壁机器人研究现状 2

  1.4爬壁机器人的发展趋势 3

  1.5课题的目的及意义 3

  1.6课题内容及工作思路 4

2 机器人的结构设计 5

  2.1 机构设计 5

  2.2 动作原理 6

3 爬壁机器人的气压传动系统设计 7

  3.1 气压控制回路设计 7

  3.2 选择执行元件 8

  3.3 真空发生器、过滤器、吸盘的选择 8

  3.4选择控制元件 9

    3.4.1选择类型 9

    3.4.2选择主控阀 9

    3.4.3 选择减压阀 9

  3.5选择气动辅件 10

  3.6 确定管道直径、验算压力损失 10

    3.6.1 确定管径 10

    3.6.2 验算压力损失 11

  3.7 选择空压机 16

    3.7.1 自由空气量的计算 16

    3.7.2 气缸的理论用气量 16

    3.7.3 选择空压机 17

4 单片机控制设计 18

  4.1 AT89C2051单片机简介 18

  4.2 单片机的接线 19

5 无线遥控电路设计 20

  5.1 TX2/RX-2遥控集成电路简介 20

      5.1.1 TX-2／RX-2遥控集成电路的特点 20

    5.1.2  TX-2／RX-2电参数引脚功能 20

    5.1.3  TX-2／RX-2引脚功能 21

  5.2遥控发射、接收电路 23

6 软件设计 25

参考文献 31

致谢 32

1 绪论

1.1引言

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。

1.2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Henry R Seemann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制器。可根据任务需要来安装不同数量的腿，可重构能力强。机械腿采用仿生学结构，模拟大型动物臂部肌肉的功能，为两节式，包括上下两个杆3个双作用气缸，具有三个自由度。稳定性好，承载能力大，利于机器人的轻量化，并能跨越较大的障碍物。除腿部端各有一真空吸盘外，机器人腹部设有吸盘，使机器人具有较大的负载质量比，可达2：1.

   日本宫崎大学的NiShi教授研制出一种具有两个旋转叶片的“飞行机器人”，利用两个旋转叶片产生的指向壁面的推力，使机器人与壁面间产生足够的摩擦力，而使机器人能够附着在壁面上。机器人装有两个56cc的内燃机，速度为0.5m/s，质量为20kg，可用于火灾等危险作业。

美国密歇根州立大学研制了两种双足结构的小型爬壁机器人，均采用真空吸附方式。机器人由一个移动关节和4个移动关节组成运动机构，共5个运动关节。采用模糊控制方式，机器人外形尺寸为高80mm、宽50mm，质量为450g。机器人的步态规划采用了一种有限状态机制来描述机器人的运动状态，并以此为基础建立了机器人的步态规划。机器人样机均采用欠驱动机构，减少了机器人的质量和能耗。机器人可以在墙壁、天花板上爬行，以及在两个表面之间过渡爬行，也可爬越管道一类的障碍物。

1990年以来，西班牙马德里CSIC大学工业自动化研究所研制出一种6足式爬壁机器人。该机器人为磁吸附式，具有较大的静载荷，目的是为了工业上的应用。

美国Case Western Reserve University研制的采用4个“腿轮”上的爬壁机器人样机，与前两种机器人相似，该机器人依靠4个“腿轮”上的仿生粘性材料来吸附，该机器人质量仅有87g。