支撑点,也能够行走自如。
正是由于足式结构多样、运动灵活,适应于各种形状的壁面上,而且能够跨越障碍物,因此足式结构将在爬壁机器人上有着较好的应用前景。
1.5.3 驱动设备 传统伺服电机因功率重量比低,必须安装在远离驱动的地方,而且电机高速运行后需有减速齿轮来降低速度,致使传动系统复杂,结构累赘,不能满足实用化的要求,为此需要研制利用功能材料构成的体积小、重量轻、高效率密度的新型电机。
微特电机所组成的驱动伺服系统和位置速度传感系统是机器人关键部件,研制开发直接驱动、大力矩、小体积、重量轻、精度高、反应灵敏、工作可靠的各类微特电机是提高我国机器人的研究开发水平,满足国内机器人高性能微特电机的基础保障。
因此微特电机在机器人应用的前景是非常乐观的,而且要求微特电机技术的发展,满足机器人智能化、可靠、灵活、长寿命的需要。
因此爬壁机器人使用微特电机技术的发展趋势可归纳为朝高精度、高可靠性、直接驱动、新原理、新结构、机电一体化、超微化方向发展。
超声波电机是利用压电陶瓷的逆压电效应和超声振动,将弹性材料压电陶瓷的微观形变通过共振放大和摩擦耦合转换成转子或滑块的宏观运动。
由于其独特的运行机理,超声波电机具有传统电磁式电机不具备的优点:1靠摩擦力驱动,因而断电后具有自锁功能,不需制动装置;2转矩密度大,低开放系统的核心技术是软件技术,开放系统软件体系是 装置以及通信网络的选择和配置。
系统功能的大部分要通过整个系统集成的核心内涵。
人机界面HMI体系表现出来。
1.6 本课题主要研究内容1.6.1 目的: 在经济高速发展的今天,服务行业越来越被人们所重视。
随之以来的服务行机器人也诞生了。
爬行机器人可以仿人移动,代替人们在危险的领域工作。
如在 15——50 层的高层建筑清洗玻璃时,由于上部气流强,玻璃表面光滑容易出现事故,清洗效率低等问题。
但使用爬行清洗机器人就可以避免以上情况很好的代替人类去完成危险的工作。
1.6.2 要求: 本课题研究的最终目标是为了城市楼宇清洁业提供一种可以代替人工进行高层建筑外壁面自动清洗的专用爬壁机器人系统。
首要的目标是机器人系统爬行的可靠和灵活、清洗作业装置的高效率,在此基础上,尽可能使系统小型化、轻量化、操作合理方便,并且具有较高的爬升和壁面适应能力。
1.6.3 任务: 1.壁面清洗机器人的总体设计,针对爬壁机器人的作业情况和要求,对整个机器人的系统进行总体分析,包括移动机构的选取、吸附功能的实现、驱动方式的选择、以及控制系统的选用。
2.移动机构的总体分析、设计。
机器人要进行高层墙壁的清洗工作,应具有在墙壁上转向和前后移动的功能。
另一方面,由于玻璃表面比较光滑,所以要求机器人必须要有较强的壁面适应能力,并能跨越一定的障碍。
3.控制系统的总体分析和设计。
控制系统要适应壁面清洗机器人的作业要求,必须保证操作可靠方便、功能齐全。
采用主从式的控制结构,以上位机PC 作为主控制部分,高性能的 PLC 做为从控部分,PLC 安装在机器人本体上,操作者通过上位机进行操作。
4.对机器人进行力学分析。
通过分析要得出机器人在墙壁吸附的可能性,可靠性。
为机器人控制提供理论基础。
5.通过机器人系统仿真、理论依据,以验证论文的正确性和有效性。
第二章 壁面爬行机器人的系统组成2.1 系统概况和关键结构 机器人能够在地面和垂直的玻璃幕墙等工作面上爬行主要由行走及转向机构、保险装置、吸附机构、吸盘组导向和提升装置以及控制系统组成。
图2.1 壁面清洗机器人的系统结构框图2.1.1 行走机构 行走机构模仿坦克履带结构。
坦克采用双履带行走和转向对于爬壁机器人 爬行中底部的履带要通过吸盘吸附在工作面上如果采用双履带机器人转向理论上不易实现 因此决定采用单履带模式。
在一封闭链条上安装吸盘形成一条行走履带通过前后两个直径为122 mm 的链轮 来支撑驱动履带 并象坦克一样在链轮上方设置支撑张紧轮。
前轮用来控制爬行的方向一个直流伺服电机来控制前轮转向 后轮用于驱动爬行由一直流伺服电机来驱动电机A,B选的是额定转速200r/min体积小单位体积功率大。
电机驱动后轮驱使机器人向前运动当电机B转动时,驱动前轮偏转一定角度 前部链条会随之转动一定的角度因而 机器人会改变其前进方向 所以链条具有一定的柔性对系统的转向很重要 链条的每一关节可偏转2. 4°。
转向的实现问题在下面进一步探讨。
2.1.2 吸附机构 吸附机构由安装在链条上的13组吸盘及真空发生器等组成如(图2.3)所示一系列链条连接板依次等间距安装在链条上吸盘安装在吸盘支撑板上吸盘支撑板和链条连接板之间通过连杆和弹簧相连 由于连杆和链条连接板间可以滑动因此吸盘组在有比较小的障碍的墙面上 可以象蠕虫一样产生避让动作使机器人可以越过障碍每组吸盘由4 个lt55 mm的吸盘组成由单独的机械阀控制其动作。
随着机器人的运动当一组吸盘完全接触工作表面到达吸附状态时对应的机械阀打开与之相连的真空发生器工作产生真空 吸盘吸附在玻璃上反之随着机器人前进 当一组吸盘即将要离开平面时 对应的机械阀关闭则吸盘的吸附力逐渐降到零而可以脱离工作表面在设计中任何时刻都至少保证有4组吸盘同时吸附在工作表面上以产生足够的吸附力防止机器人从墙壁上滑下或倾翻。
因为每一个机械阀和真空发生器都要与气源连接要确保它们随着链条的转动而不缠绕用一旋转接头实现气的供给并能防止缠绕。
2.1.3 吸盘组导向和提升装置 机器人在墙上或一定坡度的坡面上爬行时吸附在工作平面上的吸盘连杆相当于一柔性悬臂梁 由于受重力主要是机器人重力 作用会向下倾斜这样当下一组吸盘组切入吸附状态时此时吸盘连杆在工作面法线方向 将不能保证这组吸盘组与已经吸附的吸盘组相互平行的姿态要求这会造成几组作用吸盘组的相互干涉而影响机器人的爬行因此必须保证吸盘组在垂直于工作面进入吸附状态并能够维持垂直.
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