高机动性小型清洁爬壁机器人的研究（可复制论文）.pdf

中国科学技术大学
硕士学位论文
高机动性小型清洁爬壁机器人的研究
姓名:张兴悟
申请学位级别:硕士
专业:机械电子工程
指导教师:杨杰
20070101
摘要爬壁机器人是极限作业机器人的一个分支,能够代替人类在核工业、石化企业、建筑行业、消防部门、造船等领域中的危险状态下作业,具有极其广泛的用途和很高的使用价值。自二十世纪六十年代出现以来,一直受到世界各国人们的本文首先介绍了爬壁机器人在国内外的发展现状和应用情况,通过查阅大量幽内外文献资料和借鉴已有的类似成果,理论联系实际,提出了机器人的设计方案。该机器人可在建筑物玻璃幕墙面或其他形式绱勺矍的墙面行走并进行清洁工作,具有一定的理论意义和实用价值。爬壁机器人系统包括机器人本体机械结构、清洁作业装置以及相应的控制系统三大部分。文中通过对吸附、移动、动力和密封四个方面的分析,设计了一种单吸盘真空吸附式车轮式爬壁机器人,由充气管裙作为密封机构。建立了机器人静力学模型,对机器人在壁面上可靠吸附和可能发生倾覆的条件进行了力学分析,求出机器人防止滑落与倾覆的临界条件。同时还对机器人进行了运动学分析,建立了运动学模型,在此基础上,对机器人基本运动形式,直线运动、圆弧运动的实现方式进行分析了。控制系统主要完成对机器人行走、吸附、清洁等装置的控制,必须具有操作简单、方便的特点。本文采用的是上位机和下位机两级控制方式。上位机主要用束完成对机器人路径规划、运动控制、信息处理等,并对下位机发出一系列的命令,最终实现对机器人的实时监控。下位机主要完成输出动作控制和状念判别等工作,上位机通过无线通讯方式实现对下位机的控制。关键词:爬壁机器人,负压吸附,清洁,运动学模型广泛关注。中冈科学技术人学秥郝凼
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作者签名:域盟胡年耭中国科学技术大学学位论文相关声明本人声明所呈交的学位论文,是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的局径员狙芯克龅墓毕拙言诼畚闹凶髁嗣魅返乃得鳌本人授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权,即:学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅,可以将学位论文编入有关数据库迸行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。
第一章绪论研究的背景、目的及意义机器人是集机械、电子,计算机、控制、传感和人工智能等多学科理论与技术的机电~体化装备,是世纪人类最伟大的发明之一。从某种意义上来说,一个的高低反映了这个国家综合技术实力的高低。机器人种类益增多,性能不断改进,工作领域也在持续扩大。从深海到宇宙,在各种人体所不能承受的极限环境条件下都能找到机器人的应用】。爬壁机器人是一种移动式服务机器人,它可以在垂直壁面或顶部移动,是极限作业机器人的一个分支。早在年,闩本通产省就制订了“极限作业机器人”的国家研究计划。由于现代社会中有许多场合必须采取良好的安全防护措施爿。能实施作业【,如:原子能发电站中强放射线下的作、峨海底石油勘测等深水作业,灾害时的消防救援作业等,这些工作对于国民经济发展的重要性与同俱增。而爬壁机器人作为其中的主要丌发项目得到了蓬勃发展。目前,国内外已经有相当数量的爬壁机器入投入现场作业,主要应用予以下核工业:对核废液贮罐进行视觉检查、测厚及焊缝探伤等】;石化工业:对圆形大罐或球形罐的内外壁面进行检查或喷砂除锈、喷漆防腐等【浚建筑行业:用于喷涂巨型墙面,安装瓷砖并对瓷砖,玻璃壁面进行清沈消防部门:用于传递救援物资,进行救援工作等:造船行业:用于喷涂船体或轮船内壁等】:电力行业:对电站锅炉水冷壁管壁厚度的测量等‘刚。现代城市高楼林立,大厦壁面大多数采用瓷砖结构或玻璃幕结构,常年裸露在外,需要进行许多维护工作,迄今为止,这类工作仍出人工搭乘吊篮进行高空作业来完成,这种工作方式对人身安全和大楼壁面构成很大威胁,并且这种作业几个方面:等方式效率低、成本高。中国科学技术人学颂郝畚
⒄棺纯年,只本大阪府立大学工学部的西亮讲师成功制作了利用甀扇进气侧低目标的第二号样机,采用单吸盘结构,这是世界上最早出现的爬壁机器入,如图所示K婧蟪鱿至烁髦掷嘈偷呐辣诨魅耍琋年代术期己经丌始在生产图籰西亮的二号样机年,净せ导际醴裰晔匣嵘缇椭铝τ谂辣诨魅说难芯俊Q兄成功了核电站炉心内壁上附着物清扫机器人,采用单吸盘结构,由抽气泵产生负±讨芪堑晕镏剩允视Ρ诿娴陌纪共黄剑陨砦扌凶吣芰Γ揽可部的绞车拖动。这种机器人虽然低级,但自身工作比较可靠。