文档介绍：攀爬机器人结构设计论文
１塔架攀爬机器人结构设计
１．１塔架攀爬机器人整体设计方案
攀爬机器人攀爬的重要性能主要体现在与攀爬物体之间的接触方式，目前多数攀爬机器人采用吸盘式、负压式。这两种方式适用于平面攀爬，不适合塔架攀爬，受尺蠖爬行启发设计并且制作了采用抓卡式攀爬机构的攀爬机器人。攀爬机器人结构模块主要分为头部抓卡机构、前行臂和尾部抓卡机构。头部、尾部抓卡机构由抓卡拉杆、压紧块、抓卡动力底盘、卡爪、红外检测传感器、头部抓卡体、高清摄像头、动力杆等部件组成。前行臂由前行臂转动电机、前行臂１、前行臂２、前行臂３、推杆电机等部件组成。铁塔攀爬机器人工作过程如下：初始，机器人前后抓卡机构同时夹紧高压塔架，前行臂处于收缩状态。当机器人接收到来自地面控制台的执行命令后开始动作。首先头部抓卡机构松开，直到压紧块接触到高压塔架结构型材，机器人前行动作由前行机械臂实现。当前行臂伸展到达极限，头部抓卡机构开始卡紧高压塔架结构型材。接着尾部抓卡机构开始松开，前行臂此时动作为收缩，尾部抓卡机构会随着向上移动。当伸缩机构收缩到极限位置，尾部抓卡机构会再次卡紧高压塔架角钢，这样往复动作实现高压塔架攀爬机器人攀爬动作。整个过程，攀爬机器人执行来自地面控制台的命令，动作可随时中断。步进电机驱动丝杠副带动抓卡机构将机器人主体紧固在高压塔架上。利用直线推杆电机带动连杆机构往复收缩，实现机器人的前行动作，机器人整体在高压塔架上攀爬过程。Ａ位置为机器人的初始位置，头部抓卡机构和尾部抓卡机构都处于卡紧状态。Ｂ位置，尾部抓卡机构松开，为收缩做准备。Ｃ位置，当收缩机构达到极限，尾部抓卡机构卡紧。Ｄ位置，头部抓卡机构松开，为下一伸缩动作做准备。Ｅ位置，伸缩机构再次到达极限位置。下一状态会重复进入Ａ状态所示位置。
１．２塔架攀爬机器人抓卡机构
攀爬机器人抓卡机构的动力由步进电机的转动，带动丝杆副丝杆转动，将动力传递至卡紧托，利用卡紧托移动实现抓卡高压塔型材结构架，从而将机器人整机附着于高压塔架上。高压塔架结构错综复杂，机器人攀爬过程需要躲避障碍物，其抓卡机构结构设计如图５所示，这种特殊结构的抓卡机构可以很好地转向，在攀爬高压塔架的过程中可灵活躲避障碍物，其中铰接座４固定在头部、尾部抓卡体机体实现整个抓卡机构的固定从塔架型材不同方向抓起示意。塔架攀爬机器人４个抓卡机构的动力模块均采用步进电机，步进电机将电脉冲信号转变为角位移或线位移信号来控制，步进电机通过信号控制来实现准确定位，并且可通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速而达到调解转速的目的。
１．３塔架攀爬机器人前行机构
早期攀爬机器人在高压塔架上前行时，其机构采用直线前行机构如直线导轨、丝杠传动直线轴承与直线光轴，但这些机构都有一个缺点，即长距离的传动必须配套较长的导轨、丝杠。仿尺蠖前行机构和传统机构的相比，行程大，动作更加灵巧，其前行臂结构模型，这样的抓卡机构抓紧与松开的动作频率就会大大降低，行进速度就会大大提升。
２机器人抓卡机构静力学分析以及前行机构运动分析
２．１基于ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ１３抓卡机构的静力学分析
ＡＮＳＹＳ程序中的结构静力学分析是用来计算在固定不变的载荷作用下结构的响应，即由于稳态外在引起的系统或部件的位移