文档介绍：毕业论文题目壁面侦察机器人控制系统设计学院机械工程学院专业机械工程及自动化班级机升 0902 学生靳祥强学号 20090404026 指导教师赵洪华二〇一一年五月三十日第一章前言 壁面机器人在国外发展的概况壁面机器人是一种能够在壁面上运动的极限作业机械人,它是一种由机构学、无线通信技术、控制技术、信息技术等为一体的高科技产品,世界机器人大国日本在极限机器人的技术居世界前列。在过去的几十年里,壁面机器人的技术在全世界得到迅速的发展,不同种类的样机相继面世。早在 1966 年,日本大阪府立大学工学部讲师西亮,就利用电风扇产生的负压作为吸附力制作了一台垂直壁面机器人的原理样机,这被看做是壁面机器人研究的开端。[1] 日本的应用技术研究所研制出的车轮式磁吸附壁面机器人,它可以吸附在各种大型物件的表面,代替人类进行一些检查或维修等工作。这种机器人的特征是:行走速度很快,能适应各种表面,而且对表面的油漆没有损坏。 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壁面机器人采用单吸盘结构, [2] 如图 所示,该机械人的吸附力由风机产生的真空负压来提供,吸盘腹部装有 4个驱动轮,它可以做全方位的壁面移动。日本光荣公司研制了一种多吸盘壁面机器人,它有两组真空吸盘,如图 所示, 它的本体上自带有两个真空泵、控制系统和无线通信系统。它能在距离遥控天线 10m 范围内作业,最大行走速度为 30 cm/min , 它一次充电能持续工作约 30 分钟,它可以就用高大建筑物墙壁的检测工作。[2] 图1、1 俄罗斯单吸盘清洗爬壁机器人图1、2 多吸盘爬壁机器人美国密歇根州立大学研制出两种双足结构的小型壁面机器人,均采用真空吸附方式, [2] 如图 所示。 所示机械人由一个移动关节和 4个转动关节组成运动机构,共5个运动的关节。采用模糊的控制方式,机器人的外型尺寸高 80mm 、宽 50mm 、质量为 450 g 。它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,并以以这个为基本建立了机器人步态规划规则。图 为具有 4 个转动关节的双足壁面机器人,两个机器人均采用欠驱动机构,减小了机器人的质量。机器人能在墙面、天花板上等地方爬行,以及在两个表面之间和一些爬管道一类的障碍物间爬行。、 两足壁面机器人上世纪 90年代,日本科技大学研制的 NINJA-1 在四只独立运动的腿上装上四个吸盘,通过四条腿不同的运动,实现机器人从地面移动到天花板,它具有很强的穿越障碍的能力,主要用于高楼工作的检查工作中。在以后的几十年里,壁面机器人技术在世界范围内午到了迅速的发民,很多种类的样机相继研制出,并且有些已经投入实际应用中。 壁面机器人在国内的发展概况和国外相比,国内的壁面机器人的研究起步比较晚,但是进几年已取得了很大进步。我国的工业机器人从上世纪 80年代“七五”科技攻关开始起步,在国家的支持下,通过科技攻关,目前已基本掌握了机器人本体设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术等有关的技术。, 采用负压吸附,全方位移动轮,用于废液存罐罐壁焊缝缺陷检测。[3-7] 图 单吸盘负压吸附爬壁机器人图 球形壁面爬壁机器人上海大学也较早开展高楼壁面清洗作业机器人的研究,先后研制出了垂直壁面爬壁机器人和球形壁面爬壁机器人。如图 所示,该球形壁面机器人采用多吸盘、负压吸附、 6足独立驱动腿行走方式,可用于不同曲率半径的球形外壁面。[3-7] 哈尔滨工业大学开发的 CLRII 型壁面清洗壁面移动机器人是专为瓷砖壁面的清洗而设计制造的,通过风机的高速旋转将空气从吸盘腔内抽出,在吸盘内产生负压,依靠吸盘内外的压差使机器人附着在壁面上,已有成品 壁面机器人发展的趋势(1 )吸附技术的发展:吸附技术在壁面机器人发展中起关键的作用,它能决定机器人的应用范围。现在的吸附技术有很大的局限性,在很多情况下不能满足实际应用的要求。所以,它的发展是壁面机器人发展的一个种要方向.[2] (2 )小型化、微型化:有相同功能要求的情况下,体积小、质量轻的机器人有比较小的能耗还有比较高的灵活性,所以小型化,微型化是当前机器人发展的一个趋势。(3 )智能化: 与人工智能想结合,使机器人在封闭的环境中能够具有一定的自主决策的能力,完成任务,并具有自我保护的能力,是自动机器人发展的重要方向,也是爬壁机器人的重要发展方向。(4 )模块化: 为了让机器人能在不同的场合工作,根据工作的要求,在不需要重新设计系统备件下,充分利用已有的机器人系统,就使机器人具有模块化机构,根据工作要求,把需要的模块直接连接起来组成新的机器人。第二章小型壁面机械人本体结构