一款履带式多功能攀爬机器人的设计.doc

一款履带式多功能攀爬机器人的设计 摘要 履带式多功能攀爬机器人的设计，主要是为了解决使用油漆对健康的危害及高楼光滑墙面清洗难的问题，从而代替人工作业。本设计采用履带式的结构，采用真空泵给吸盘提供负压并与履带吸盘机械结构相结合，并利用WiFi232模块对机器人进行无线遥控，控制吸盘交替吸附使机器人能够吸附在光滑墙体上。将机器人的工作模块与送料模块分离设计，减轻机器人负载，送料模块通过软管将地面的油漆或清洗液送至吸附在光滑墙面上的工作模块，从而实现机器人对于光滑墙面的粉刷或清洗功能。 关键词 系统基本组成；工作原理；功能模块的设计 中图分类号 TP24 文献标识码 A 文章编号 20956363（2016）04000202 1系统的基本组成及原理 履带式多功能攀爬机器人由履带式多功能攀爬机器人主体与地面液体供给装置组成。其中壁面攀爬的机器人主体由吸盘及真空泵装置、WiFi模块、喷洗工作模块、传感器模块及摄像头装置等组成。 工作原理：攀爬式粉刷清洗机器人通过电机驱动履带向前运动，攀爬式粉刷清洗机器人吸盘贴合在光滑墙面上，由真空泵产生负压，通过导管连接到吸盘吸嘴，吸盘与光滑墙面间的空气被真空泵产生的负压吸出，进而吸盘紧密贴合贴合墙面，完成车体吸附在墙面的工作流程。机器人主体搭载驱动电机、机器人粉刷工作模块、探测与监控的传感器，由核心STM32控制系统协调各模块之间的工作。位于地面的供给装置，将所需的清洗液、油料通过压力泵输送到车体工作模块中，这样减轻履带式多功能攀爬机器人整体的重量，增加安全性与工作的稳定性。系统工作原理如图1所示。 2功能模块工作原理 2.1吸附装置 吸附能力是壁面机器人的一个基本功能，也是区别于其他种类移动机器人的一个基本特征。吸附能力是爬壁机器人壁面适应能力的一个重要体现，研究吸盘负压吸附特性是壁面适应性的重要组成部分。真空泵产生真空，使吸盘在与被吸物体接触后形成一个临时性的密封空间，通过抽走或者挤尽稀薄密封空间里面的空气，从而产生吸盘的内外压力差，在受到大气压的作用下使吸盘紧紧地压在光滑墙面上，从而机器人具有承载力。吸盘通入空气，由于内外气压要平衡，大气对吸盘的压力就会快速减小，最后吸盘失去吸附能力脱离墙面。这个原理与我们所使用的挂钩吸盘吸附在墙上相似，只要用少量的力往光滑墙面上一按就可以把吸盘内的气体出，吸盘产生变形，使得吸盘贴在光滑墙面上，吸盘内部处于真空状态。而本设计采用真空泵抽气的设计方案，利用产生负压再通过软管与吸盘连接，使吸盘与墙体接触处变形从而吸盘紧贴墙体。 本设计吸盘工作的2种状态，吸盘吸附墙体和吸盘脱离墙体。当固定在履带的吸盘与墙体接触时，形成临时的密闭空间后，此时STM32系统控制电磁阀T1处于连通状态、电磁阀T2处于封闭状态，通气口通气，吸盘内部的空气被抽走，吸盘内部的空气压力低于吸盘外部的大气压力，在外部压力的作用下攀爬式机器人吸住墙体。电磁阀T2处于连通状态、电磁阀T1处于封闭状态，固定在履带的吸盘与墙体分离，此时吸盘与墙体形成的临时密闭空间的气压与外界连通，即吸盘内部的空气压力等于吸盘外部的大气压力，故吸盘与墙体分离。如图2吸附流程图所示。 2.2地面油液供给装置 地面油液供给装置主要由油料增压装置、油料暂存器、清洗液存储器，车体等组成。该装置的设计，使机器人工作模块与油液供给模块分开，最大程度减轻攀爬机器人的重量，提高了攀爬机器人的灵活性与工作稳定性。当地面油液供给装置工作时，油料通过增压装置以一定压力流向工作模块的喷头，压力可根据油液的粘度进行调节，使得喷雾的质量进一步提高。此外，地面油液供给装置除了提高油料外还设计了攀爬机器人与地面小车同步运转的功能，此设计可避免油料供给导管过长而增加墙面机器人负载，进一步提高机器人的工作灵活性。图3为履带式多功能攀爬机器人三维建模图。 2.3刷洗工作模块 粉刷工作模块主要由控制油液流通的电磁阀、工作支架、喷头、滚筒等组成。控制工作液流通的电磁阀由STM32控制系统控制电源通断，当电磁阀开启，达到一定压力工作液经喷头分散为雾状水射流，均匀喷洒在壁面上。与此同时，喷洒在壁面的工作液在滚筒的进一步涂抹下，使其在壁面进一步均匀分布，相较于较人工用滚筒沾工作液再进行涂抹的方式，工作效率得到大幅提高。图4为工作模块三维模型图。 2.4基于STM32 WIFI控制模块 系统控制原理：系统采用stm32处理芯片。利用wifi232模块对机器人进行无线遥控，采用L298电机驱动模块驱动电机，实现机器人的运动。机器人上装有摄像头，监测机器人喷涂的质量及清洗情况，将录像通过无线传回地面，地面操作人员，根据录像对机器人进行实时控制，提高喷涂、清洗质量。 3结论 这款履带式多功能机器人的设计为了实现高楼光滑墙面清洗，高楼光滑外墙粉刷的功能，工作主体机器人装有摄像头，能将实际工作画面通过无线发射回地面，地面操作人员可根据摄像头采集的信息，使用无线遥控控制机器人