爬行机器人的设计
六足爬行机器人总体设计方案
本文旳设计为六足爬虫机器人，机器人以交流-直流开关电源作为动力源，单片机为控制元件，伺服电机为执行部件，机器人采用三足着地进行运动，通过单片机对伺服电机旳控制，机器人可以实现前进、后退等运动方式，三足着地运动方式保证了机器人可以平稳运行。
伺服电机具有力量大，扭矩大，体积小，重量轻等特点。
单片机产生20ms 旳PWM 波形，通过软件改写脉冲旳占空比，从而到达变化伺服电机角度旳目旳。
1 机器人运动分析1.1 六足爬虫式机器人运动方案比较方案一：六足爬虫式机器人旳每条腿都能单独完毕抬腿、前进、后退运动。
此方案旳特点：每条腿都能自由活动，每条腿都能单独进行二自由度旳运动。
每条腿旳灵活性好，更轻易进行仿生运动，六足爬虫机器人可以完毕除规定外旳诸多动作，运动旳视觉效果更好。
由于每条腿能单独完毕二自由度旳运动，因此每条腿上要安装两个舵机，舵机使用数量大，舵机旳安装难度加大，机械构造部分旳制作相对复杂，又由于每个舵机都要有单独旳信号控制，电路控制部分变得复杂了，控制程序也对应旳变得复杂。
方案二：六足爬虫式机器人采用三腿为一组旳运动模式，且同一侧旳前腿、后腿旳前后转动由同一侧旳中腿进行驱动。
采用三腿为一组(一侧旳前足、后足与另一侧旳中足为一组)旳运动方式，各条腿可以协调旳进行运动，机器人旳运动相对平稳。
此方案特点：相比上述方案，个腿可以协调运动，在满足运动规定旳状况下，舵机使用数量少，节省成本。
机器人运动平稳，控制、驱动部分都得到对应旳简化，控制简朴。
选择此方案，机器人还可进行横向运动。
两方案相比，选择方案二更合适。
1.2 六足爬虫式机器人运动状态分析1.2.1 机器人运动步态分析六足爬虫式机器人旳行走是以三条腿为一组进行旳，即一侧旳前、后足与另一侧旳中足为一组。
这样就形成了一种三角形支架构造，当这三条腿放在地面并向后蹬时，此外三条腿即抬起向前准备轮换。
这种行走方式使六足爬虫式机器人运动相称稳定，任何时刻有三足着地，可以保持良好旳平衡，并可以随时随地停息下来，由于其重心总是落在三角支架之内。
管道攀爬机器人结构设计及行走动力特性分析
管道攀爬机器人结构设计及行走动力特性分析一、结构设计：1.机器人主体结构：管道攀爬机器人的主体结构一般由多个可伸缩的模块组成，每个模块包括一个电机、行走轮和一个伸缩杆。
2.伸缩机构：机器人通过伸缩杆来适应不同管道尺寸。
伸缩杆一般采用多节设计，每个节段之间通过齿轮或链条进行连接，以实现伸缩功能。
3.行走轮和传动机构：机器人采用行走轮来实现在管道内的行走。
行走轮通常由橡胶材料制成，提供良好的摩擦力。
传动机构一般为电机与行走轮的传动装置，通常采用齿轮传动或链条传动。
4.控制系统：机器人的控制系统包括传感器、执行器和控制器。
传感器可以感知机器人的位置、姿态和环境条件等信息，以便进行自主导航和任务执行。
执行器包括电机和伸缩杆等组件，用于控制机器人的运动和伸缩。
控制器负责接收传感器信息，并根据预设的算法控制机器人的运动。
二、行走动力特性分析：1.爬行速度：管道攀爬机器人的爬行速度取决于行走轮的直径、电机的转速和传动机构的设计等因素。
一般来说，机器人爬行速度应该足够快，以提高任务完成效率。
2.负载能力：机器人承载工具和传感器进行任务执行，因此需要具有较大的负载能力。
负载能力的大小与机器人的结构强度和设计参数有关。
3.自稳定性：机器人在管道内行走时需要具备较好的自稳定性，以应对管道内的复杂环境。
自稳定性主要通过控制系统实现，通过传感器检测机器人的姿态和环境条件，并及时做出调整。
4.能耗与动力供应：管道攀爬机器人通常采用电池供电，因此需要考虑能耗和续航时间。
一般通过优化结构设计和控制算法，减小阻力和能耗，延长电池寿命。
5.适应性：管道攀爬机器人需要适应多种管道的尺寸和形状。
因此，其结构设计应具有一定的自适应性，能够根据管道的不同尺寸进行伸缩和调整。
综上所述，管道攀爬机器人的结构设计和行走动力特性是保证机器人能够在管道内进行任务执行的关键要素。
通过合理的结构设计和动力调节，可以使机器人具有较高的工作效率和可靠性，适应不同尺寸和形状的管道。
壁虎式机器人设计说明书
壁虎式机器人设计说明书一、引言壁虎式机器人是一种仿生机器人，其设计灵感来源于壁虎这种能够在垂直墙壁和天花板上爬行的动物。
本文将详细介绍壁虎式机器人的设计原理、结构和功能。
二、设计原理壁虎式机器人的设计原理基于壁虎的爬行能力，通过模拟壁虎足底的特殊结构和工作原理，实现机器人在垂直墙壁和天花板上的自由爬行。
壁虎足底具有数百万微小的刚毛，这些刚毛能够产生分子间吸附力，从而使壁虎能够在垂直表面上保持牢固的附着力。
三、结构设计1. 壁虎式机器人采用轻质材料制作机身，以降低重量，提高机器人的可操控性和稳定性。
2. 机器人的足底采用仿生设计，使用高强度材料制作刚毛状结构，以增加机器人与墙壁之间的附着力。
3. 机器人身体上装配有多个传感器，用于感知周围环境和墙壁表面的特征，以便机器人能够准确地选择爬行路径。
4. 机器人配备了高效的电池供电系统和稳定的电子控制系统，以确保机器人在爬行过程中的稳定性和持久性。
四、功能设计1. 壁虎式机器人具有自主导航功能，能够通过内置的导航系统自动规划最佳爬行路径，并实现自动避障。
2. 机器人配备了高清摄像头和红外传感器，能够实时监测周围环境，并将数据传输至操作者的控制终端。
3. 机器人可通过无线通信与外部设备进行连接，实现远程控制和数据传输。
4. 机器人具备抓取功能，可用于搬运小型物体或执行维修任务。
5. 机器人具备自我保护功能，当机器人检测到墙壁表面出现异常情况时，能够自动停止爬行并发送警报。
五、应用领域1. 壁虎式机器人在建筑维护和清洁领域具有广阔的应用前景，能够代替人工进行高空清洁和维修工作，提高工作效率和安全性。
2. 机器人在军事领域中可以用于侦察和搜救任务，能够在城市环境和复杂地形中执行任务。
3. 机器人还可以应用于科学研究和教育领域，用于探索生物仿生学和机器人技术的交叉领域。
六、结论壁虎式机器人是一种具有仿生特点的机器人，通过模拟壁虎的爬行能力实现在垂直墙壁和天花板上的自由爬行。
一种粗糙壁面爬行机器人的设计与实现
（ ． 尔滨工程 大学 机 电工程 学院 ， １哈 黑龙 江 哈 尔滨 １０ ０ ； ． ５０ １ ２ 海洋石油 工程股份有 限公 司 ， 天津 ３ ０ ５ ） ０ ４ ２
摘 要： 为实现针对粗糙壁 面的低噪声爬行机器人 ， 生物足部特性 探讨研究 ， 对 分析 了一种粗糙 壁面爬行 机器人 的机械
近年 来 ， 小型 足 式 机器 人 的研 究 取 得 了相 当 大
墙） 行走 ． 压 式 攀 爬 方 式 虽 然 可 以在 这 种 壁 面行 负
走， 但这 种结 构无 论 在 移 动 和静 止 的时候 均 需 要 提
的进展 ， 尤其 是其 在粗 糙 地 带 行 走 兼 具 快 速 性 和稳 定 性 的特 点更 具里 程碑 式 的意义 ． 是 ， 直壁 面的 但 垂 攀 爬对 于 机器 人来 说 仍 是 一 大 挑 战 ， 对 这 方 面 的 针
垫 Ｊ这些 肉垫 能 变 形 、 制 它 们 所 接 触 的 表 面 轮 ， 复 廓， 表皮 细胞 产生 分泌 液 ， 过 垫子表 皮上 的孔 道传 通
科研业务费专项资金资助项 目（ Ｅ Ｃ １０ １ ） Ｈ Ｕ Ｆ ０ ７ ． １ 作者简介 ： 陈东 良（９ ９ ） 男 ，副教 授 ， 士 ， ． ａ ：ｄ ５ ｓ ａ １７ 一 ， 博 Ｅ ｍ ｉ ｃ１ ＠ ｉ ． ｌ ３ ｎ
如 窗户 和 光滑 内墙 ． 大部 分 攀 爬 方 式 均 不适 宜 在有
的仿 人类 攀爬 的方 式 ． 通过 研究 发 现 ， 自然 中很 多 生 物都 能在 垂 直 大 壁 面上敏 捷攀 爬 ， 它们 都具 备独 有 的攀爬 方式 ． 大部
分 动物如 猫 、 浣熊 等 采用 它 们 坚 硬 而 锋利 的爪 子 刺
管道攀爬机器人结构设计及行走动力特性分析
虽然串联机器人动力学特性及结构优化设计已经取得了许多重要成果，但仍 然存在许多研究方向值得进一步探索。例如，如何建立更加精确、高效的动力学 模型，以满足实时控制的需求；如何将新型优化算法应用于结构优化设计中，以 获得更好的优化效果；如何提高机器人的柔性和自适应性，以适应更加复杂和动 态的环境等。
此外，随着和机器学习技术的快速发展，这些技术也开始被应用于串联机器 人的设计和控制中。例如，通过机器学习方法，可以实现对机器人的自适应控制、 故障诊断和维护等。这为串联机器人的进一步发展提供了新的机遇和挑战。
因此，在未来的研究中，可以综合考虑这两种方法，设计一种混合式的控制 策略，以实现机器人在不同条件下的稳定攀爬。此外，还可以进一步研究机器人 感知和决策等方面的技术，以提高机器人在复杂环境中的自主能力。
感谢观看
控制算法
管道攀爬机器人的控制算法包括位姿估计、轨迹跟踪等。位姿估计是指对机 器人在管道中的位置和姿态进行估计，通过对传感器数据的处理和分析来实现。 轨迹跟踪是指根据位姿估计结果，控制机器人按照预设的轨迹行走，通过对电机 进行控制来实现。
在控制算法的设计过程中，需要考虑机器人的作业效率和安全性。为了提高 作业效率，需要缩短位姿估计的时间，提高轨迹跟踪的精度。为了确保安全性， 需要加入防抖动和异常情况处理等功能，以避免机器人在行走过程中出现问题。
爬杆机器人是一种能够在垂直杆上自主攀爬的机器人，这种机器人在电力线 路巡检、救援、建筑等领域有广泛的应用前景。然而，要实现机器人的自主攀爬， 需要解决一系列的关键问题，包括对环境的感知、运动规划、控制策略等方面。 在本次演示中，我们将重点探讨爬杆机器人的攀爬控制。
机器人攀爬控制是实现自主攀爬的关键技术之一。在攀爬过程中，机器人需 要通过对环境的感知，获取关于杆子位置、姿态等信息，再根据这些信息调整自 身的运动状态，实现稳定的攀爬。在这个过程中，控制算法起着至关重要的作用。
气动爬行机器人设计
５６ 六角螺母 、．
８ 上连接板（ ． 脚气缸 ） ９ ｌ ． 、０ 脚气缸组件 １． ２ 下连接板 （ 脚气缸） １ ． ３ 平移气缸 ｌ． ５ 底脚 ｌ． ４ 带座直线滚动轴承
水平面， 要合 理设 计单 出杆 气 缸在 连 接 板 上安 装 位
（ 无锡职业技术学院 机械技术学 院 ， 江苏 无锡
２４ ２ ） １１ １
摘
要 ： 文提 出以气压传 动 系统 作 为动 力 驱 动 的平 面爬 行 机 器人 ， 该 分析 设 计机 器人 的爬 行 动 作 与步
距 ， 器人 的机械 结 构 ， 机 气动 系统 ， 以及 Ｐ Ｃ控 制 系统 ， Ｌ 并进行 软 硬件 的调 试 。气动 爬 行机 器人 采 用爬 虫步 距式， 可以绕 开一定 障碍物 ， 对地 形的适 应 力较 好 ， 对地 面材 质也 没有 特殊 要 求 。爬 行 机 器人采 用 Ｐ Ｃ控 制 Ｌ
１ 引 言
随着 气动技 术 的发 展 ， 动 机器 人 的应用 领 域 也 气
逐渐 广泛 ， 在一 些特殊 的应 用 ０ ９ ８ ７
等， 要求 工作可 靠 、 积 小 、 作 灵 活 的气 动爬 行 机 器 体 动 人， 尤其是 在壁 面爬 行 机 器 人 的研 究 。壁 面爬 行 机 器
机 器人要 爬行 离不 开 支 撑 与移 动 两个 动 作 ， 以 现
置， 以使 ８个单 出杆气 缸 高度基 本一致 。
机器人 向 ＋ 方 向移 动为例 介绍 步距 爬行 的原 理 。如
图 １ 爬 行 机 器 人 机械 结构 图
收 稿 日期 ：０ ００ －７ ２１－ ０ ４
图 ２所示 ， 十字 分布 的气缸 固联 在 主连接板 上 ， 矩形 剖 面部分 为活塞 ， 活塞 杆与脚 气缸 固联 ， 箭头表 示压缩 空
爬行动物机器人课程设计
爬行动物机器人课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解爬行动物的运动原理，掌握其形态结构特点。
2. 学生能够描述机器人设计的基本步骤，了解爬行动物机器人所需的传感器和驱动装置。
3. 学生能够解释爬行动物机器人运动过程中能量转换的科学原理。
技能目标：1. 学生能够运用所学的爬行动物运动原理，设计并搭建简单的爬行动物机器人模型。
2. 学生能够运用基本的编程知识，实现对爬行动物机器人的控制。
3. 学生能够通过小组合作，进行有效的沟通与协作，共同完成爬行动物机器人的设计、搭建和控制。
情感态度价值观目标：1. 学生对爬行动物及其运动原理产生兴趣，增强对生物学和工程学的学习热情。
2. 学生在学习过程中，培养创新意识，提高问题解决能力和动手实践能力。
3. 学生通过小组合作，培养团队精神和沟通能力，增强合作意识。
本课程结合了生物学和工程学的相关知识，针对学生的年级特点，注重理论与实践相结合。
通过设计爬行动物机器人，让学生在实践中掌握学科知识，提高创新意识和动手能力，同时培养团队协作精神，全面提升学生的科学素养。
二、教学内容1. 爬行动物的运动原理与形态结构- 介绍爬行动物的分类、运动特点及其适应环境的形态结构。
- 分析爬行动物运动过程中的力学原理，如摩擦力、推进力等。
2. 机器人设计基本步骤与原理- 梳理机器人设计的基本步骤，包括需求分析、方案设计、模型搭建等。
- 讲解爬行动物机器人所需的传感器（如红外传感器、触碰传感器等）和驱动装置（如伺服电机、步进电机等）。
3. 爬行动物机器人模型设计与搭建- 结合教材内容，指导学生进行爬行动物机器人的设计，包括结构设计、电路设计等。
- 组织学生分组进行爬行动物机器人模型的搭建，并提供必要的指导。
4. 编程与控制- 介绍基本的编程知识，如流程图、编程语句等。
- 指导学生运用编程知识，实现对爬行动物机器人的控制。
5. 小组合作与展示- 安排学生分组合作，共同完成爬行动物机器人的设计、搭建和控制。
竖直管道爬行机器人
竖直管道爬行机器人小组成员：刘晓燕、周平、时佳、王迪阳、刘传亮一、设计背景：随着科学技术的发展，管道在当今社会已经得到了广泛的应用。
管道在长期的使用中难免会出现破裂、堵塞等，人们往往为了寻找管道上的一个裂纹而花费大量的人力和物力。
如今水平管道的检测、清理、维护已经不再是个难题，但竖直管道中的检测、清理、维护仍然有待解决。
而我们设计的机器人正是为满足在竖直管道的爬行而设计的，它具有一定的承载能力，可以成为管道检测、清洗设备的载体、检修的运输工人，使得管道的检测、清洁等工作易于实现。
二、组成介绍：该机器人由三部分组成，包括一个伸缩模块和两个支撑模块。
伸缩模块主要由曲柄连杆构成，利用驱动电机的转动来实现机器人的行走；两个支撑模块结构上完全一样，都是由初始弹簧提供微张力而贴附在竖直管道内壁。
由电动机的转动产生推力，使机器人的脚与管壁压紧而锁死，从而产生机器人行走所需的静摩擦力。
伸缩模块和支撑模块按一定的顺序工作，从而实现机器人在管道内的爬行。
三、结构设计:（1）支撑架的设计为满足不同内径管道的需求,将支撑架设计为可伸缩的。
同时将上下两组支撑架设计为空间十字交叉形，这样就满足机器人在管道中爬行的稳定性,,并在上下两组支撑架中各安装有被压缩的弹簧,以提供一初始的张力,使摩擦滑块与管道内壁能够充分接触。
(2) 摩擦滑块的设计摩擦滑块与管道内壁接触的部分，滑块的上部分有圆滑过渡以防止遇到障碍物时机器人被卡死。
而且这部分是可拆卸的，对不同材质的管道可选用不同材料的滑块接触面与管道内壁接触。
（3）微电机及曲柄滑块部分设计微电机通过杆件固定在机器人下肢的正下方，一方面为可降低机器人的重心使机器人在一开始时能够稳定的贴在管道内壁而不下滑，另一方面使上肢与电动机之间的距离增加从而使连杆的摆动幅度减小使上肢运行稳定（4）辅助电机控制机器人下降部分设计分别在上下肢两支撑架中间的弹簧中穿一根不可伸缩的绳，绳的一端固定在其中的一个支撑架上，另一端穿过另一支撑架连在辅助电机上。
六足爬行机器人设计--第2章 六足爬行机器人的方案设计
第2章六足爬行机器人的方案设计2.1 总体设计要求技术参数：自由度数：每条腿有3个，共有16个；本体体重：≤6kg；行走速度：≥20mm/s；设计要求：能够完成前进、倒退、转弯、摆头、避障等任务，并且便于人工控制。
工作要求：1)机器人的重量控制在6公斤左右，但是这是设计的爬行机器人，为适应不同地形，它的最大负重加20%。
为1.2公斤；2)机器人机体运动时离地最低为100mm；3)机器人机步长不低于50mm；4)为保证电机良好工作和不至于使电机在重负重下工作，机器人小腿和地的夹角不小于10度，不大于40度，小腿往内倾斜；多足爬行机器人的一般设计准则：1) 能够实现机器人多种姿态间的灵活调整；2) 机器人机体结构简单、紧凑，重量轻；3) 机器人整体结构强度高、刚度好、负载能力达到要求；4) 在满足功能要求的情况下，尽量减少驱动及配套装置数量，简化控制的复杂性。
2.2六足爬行机器人的步态规划步态设计是实现爬行的关键之一，也是系统控制难易的标志，为达到较为理想的爬行，考虑下列要求：1)步行平稳、协调，进退自如，无明显的左右摇晃和前后冲击；2)机体和关节间没有较大的冲击，特别是当摆动腿着地时，与地面接触为软着陆；3)机体保持与地面平行，且始终以等高运动，没有太大的上下波动；4)摆动腿胯步迅速，腿部运动轨迹圆滑，关节速度与加速度轨迹无奇点；5)占空系数β的合理取值。
根据占空系数β的大小可分为3种情况：1)β=0.5，在摆动腿着地的同时，支撑腿立即抬起，即任意时刻同时只有支撑相或摆动相；2)β>0.5，机器人移动较慢时，摆动相与支撑相有一短暂的重叠过程，即机器人有所有腿同时着地的状态；3)β<0.5，机器人移动较快时，所有腿有同时为摆动相的时刻，即所有腿同时在空中，处于腾空状态，因此在交替过程中要求机器人机构具有弹性和较快的速度，否则难以实现。
通过以上分析，我们设计出β>0.5（β=0.55）的六足机器人步态为满足其平稳性的要求，六足机器人采用占空系数为0.55（即在运动过程中有六条腿同时着地）的三角步态。
毕业设计(论文)爬杆机器人的机械结构设计
毕业设计（论文）--爬杆机器人的机械结构设计爬杆机器人的机械结构设计摘要论文在比较几类爬行机构的优劣的基础上，确定了机器人本体的大致结构。
在此基础上详细阐述了仿生爬行的原理和机器人模块化设计的理念。
根据路灯杆的尺寸数据，设计机器人的三维模型。
机器人建模的过程功能的实现与机械结构的尺寸优化包括以下几个关键点：爬杆机器人设计中的功能机构的协调配合、攀爬手臂夹持重合度的选择、攀爬力的变化与结构参数之间的关系、攀爬力零点的渡过等难点的设计方法和设计准则，为此类爬行机器人的设计提供参考。
关键词：爬杆机器人变直径杆仿生学Mechanical Structure design of Pole-Climbing-RobotAbstractIn the paper，the wormlike imitated pole-climbing robot what the author designed and manufactured is non-intelligence mechanical crawler. Based on compared the merits and demerits of several kind of crawling mechanism，confirmed the general structure of robot body. Based on above-mentioned，expatiated the principle of bionic crawling and the theory of modular designing on robot in detail. Based on the dimension data of poles，we have designed and manufactured the model of robot. The design methods and design guidelines during the course of robot modelingachieve the movement and optimum structural design following several key points： Functional coordination between agencies，choice of climbing arm gripping coincidence，changes of climbing force the relationship between the structural parameters，choice of zero point of climbing force and its transition in pole-climbing robot designing. Provides references forth kind of crawling robot’s designing.Key Words ： pole-climbing robot，variable-diameter pole，bionics 目录1 绪论 11.1 论文研究的目的和意义 11.2 国内外研究现状及存在的主要问题 2机器人的分类 3研究现状 4目前存在的主要问题81.3 研究主要内容和研究对象91.4 本章小结92 爬杆机器人仿生的设计理论研究102.1 仿生机器人概述102.2 总体方案分析112.3 蠕动式仿生爬行方案研究142.4 本章小结153 机器人爬行部分的结构方案163.1 爬行机器人本体结构设计准则16 模块化设计基础理论163.2 机器人结构原理方案分析18夹紧机构方案研究18传动机构方案分析20动力系统方案研究23机器人结构原理及爬行动作原理 243.3 变直径杆爬行问题的解决263.4 安全稳定的工作保障 27夹紧力的保证―弹簧的设计方法研究27 3.4 机器人的结构设计27电机的选型及参数选择 28机器人本体的空间结构设计30抓紧机构尺寸参数的确定33传动机构尺寸参数的确定37上、下凸轮的配合研究413.5 弹簧的设计与校核423.6 本章小结45结语46致谢47参考文献481 绪论1.1 论文研究的目的和意义目前全国日益加快的现代化建设步伐，除了2008年8月在北京举办的奥运会、还有2010年在上海举办的世博会，随着我国国民经济的飞速增长、人民生活水平日益提高，城镇中随之矗立起无数的高层城市建筑，各类集实用性与美观性一体的市政、商业工程诸如电线杆、路灯杆、大桥斜拉钢索、广告牌立柱等如图1.1 ，它们通常5-30m，有的甚至高达百米，壁面多采用油漆、电镀、玻璃钢结构等，由于常年裸露在大气之中，风沙长年累月的积累会形成灰尘层，该污染影响城市的美观，同时空气中混合的酸性物质也会对这些城市建筑特别是金属杆件造成损坏，加快它们的生锈，并缩短它们的使用寿命，需要定期进行壁面维护工作。
PGZX—1型炉管爬行机器人机械结构设计
足式能较好地跨越障碍 ， 但结构复杂且移动速度慢
且不 稳定 ， 制 也 比较 复 杂 ， 面 与 壁 面接 触 面 积 控 足 受 限 ， 需 爬 行 管 径 较 小 ， 现 起 来 有 一 定 困 现 实
替人类从事各种危险、 繁重、 重复、 单调及有毒有害
的工 作是 社会发 展 的一个趋 势 Ｊ 。
时， 旋转铰 接点 ， 装 置上 滚 子 立起 ， 势从 管 隙 中 使 顺 取 出 。加 设 两 套 辅 助 夹 紧 装 置 ， 链 式 环 抱 机 构 ， 为
链一端连在机体上 ， 另一 端灵活设置 ， 端部设 有挂 钩， 可与机体 固联 ， 连两 端 以杆 相连 ， 上装有 丝 杆
图 １ 两种 常 见 的 履 带形 状
易转弯Ⅲ 。本课题研究的爬壁机器人需要在较 一
细管柱 的垂 直壁 面 上行 走 并 完 成检 测 工 作 ， 了 防 为 止机器 人从 垂直 壁 面上 滑 落 ， 器人 必 须 与 壁 面之 机
间保持足够的压紧力和摩擦力 ， 并具有一定的抗倾
覆 能力 ＿ 。 由于履 带 式 移 动机 构 可 在 实 现行 走 ２ 。 功能 的 同时 ， 取 施 力 机 构 实 现 壁 面 的 压 紧 ， 且 采 而 其 着地 面积 较 大 ， 壁 面 的 吸 附力 强 ， 且 对 壁 面 与 而 的 凹凸适应性 也 比较强 ， 有 结 构 简单 ， 具 控制 方 便 ， 运动速 度较 快 且 相对 平 稳 等 优 点 ‘ 。综合 考 虑 பைடு நூலகம்２ 。
机器 人 是 传 统 的机 构 学 与 近 代 电子 技 术 相 结
爬壁 机器人 进行 管壁 检测 ， 要求运 动 速度 平 稳 ’ｊ ｍ。
合的产物 ， 机器人技术 的出现和发展， 不但使传统
管内爬行机器人行走机构的设计
５撑脚 防滑机构的工作原理 ．
撑脚 防滑机构如 图 ２ 所示 ． 其中长销 ２ 靠过盈配合 固连 在脚靴 ３ 上． 当滑杆 １ 与脚靴 ３ 相对移动 时， 长销 ２ 在滑杆 １ 的长槽 中滑 动， 在 脚靴踩上管壁前。 由于弹簧 ６ 的作用使滑杆 １ 相对于脚靴上移， 固联在 滑杆 １ 上的短销 ５ 迫使两摆杆 ４ 的夹角增大， 两摆杆 ４ 使 的端部缩 回 到脚靴底 面以上 。当滑杆外伸时首先脚靴底与管壁接触 ， 脚靴底接触 管壁后。 滑杆压缩 弹簧 ６ 继续下 移， 短销也 随滑杆下移， 了两摆杆 放松 ４ ’ 在弹簧 ７ 的作 用下． 两摆杆 ４的夹角减小。 两摆杆的端部从脚靴底面 上伸 出压在管壁上． 摆杆长度设计保证摆杆此时与 中心线的夹角小于 摆杆材料与管壁摩擦角． 向右滑动时右摆杆起作用， 脚靴 向左滑动 时左 摆杆起作用． 被锁死在管壁上不能左右滑动． 防滑作用。 起
式行走机 构， 是在 分析 以往 的轮式和履带式机 器人的基础上设计的一种新型的管 内 爬行机器人行走机构 。
【 词】 内 关键 管 爬行机 器人 ； 步伐式 ； 驱动机构
Ｏ 引 言 ． 目前 工业管道系统 已广泛应用于冶金 、 石油 、 化工及城市水 暖供 应等领域， 因其工作 环境非常恶劣 ， 易发生腐蚀 、 容 疲劳破坏或 使管道 内部潜在缺陷发展成破损而 引起泄漏事故等 ． 必须定期地对这些管道 进行检修和维护 ．然而管道所处 的环境往往是人力所 限或人手 不及 ． 检修难 度很大 ， 以燃气管道 管内探测是 一项十分重要 的实用化 工 所 程， 关系到燃气 的安全 、 合理地应用 和管理 。管道检测机 器人（ 管内爬 行机器人驱动机构） 就是 为满足该需要而产生的 根据管 内步伐式行走机 器人的运动模仿人在井筒 中四肢扶壁上 下运动 的模式 ． 设计 了机器人 的行走机构 ． 有效 的解决 了机器人在管 道 内的行走 。 牵 引机构 的作用 是拖动机器人前进． 引机构（ 图 １ 电机 １ 牵 见 油 、 螺杆 ２ 螺母 ５拨销 ４ 拨杆 ７和支 承杆 ９组成 。当电机 １带动螺杆转 、 、 动时’ 螺母受拨杆的约束不能转动而沿螺杆轴 向移动． 固连其上的拨 销 ４ 拨动拨杆 ７ 顺时针方 向转动．由于脚靴 １ 锁死在管壁上． ２ 支承杆 ９ 不能向后运动． ７ 拨杆 通过销 ６ 带动支架 ３ 及其 固连在 ３ 的套筒 １ 上 １ 在简体 １ Ｏ内向前滑动． 同时通过万向节 ２ 拖动机器人的后单元ｆ １ 此时 后单元的脚靴在抬起状 态１ 向前运 动， 整个机器人前进． 当脚靴 １ 处在 ２
开题报告爬杆机器人机械机构设计
开题报告1.对现有的产品及市场进行调研。
2.机器人的总体方案结构的确定。
3.机器人机构设计，要其结构简单、经济、且保证产品的尺寸。
4.机器人的整体及反馈设计。
3.研究方法技术路线：1.查阅相关资料，对爬杆机器人现有产品现状的分析，及发展趋势的了解。
2.对爬杆机器人的机械结构的分析，并对运动机构的设计。
包括总体结构、主运动方案、爬行运动方案等的确定。
3.利用所学的的理论知识进行爬杆机器人机械系统的设计计算。
5.绘制爬杆机构相关的零件图和装配图。
4.研究的总体安排和进度计划:一：总体安排1.选题，2018年3月上旬完成资料的阅读了解工作。
2.2018年3月上旬期间认真查阅文献资料并写出开题报告。
3.2018年3月下旬一5月下旬期间，每周参加毕业设计至少5天。
4.设计期间并进行详细记录，每月总结一次，进行口头答辩。
5.2018年5月中旬完成全部工作，撰写设计说明书6.2018年5月底答辩。
5.主要参考文献：［1］王启义.中国机械设计大典［M］江西：江西科技出版社，2002 ［2］沃森，内格尔编著.C#入门经典［M］北京:清华大学出版社，2008 ［3］高钟毓.机电控制工程［M］北京:清华大学出版社，2011［4］孙桓，陈作模等编著.机械原理［M］北京:高等教育出版社，2006［5］王化祥.自动检测技术［M］北京：化学工业出版社，2009［6］濮良贵,陈国定,吴立言.机械设计［M］北京:高等教育出版社.2013［7］黄坚,郭中醒.实用电机设计计算手册［M］上海科学技术出版社.2010［8］杨文焕,刘喜梅.电机与拖动基础.西安电子科技大学出版社［M］2008［9］海丹,张辉,韩大鹏,郑志强. 一种全方位爬缆机器人的设计与分析［J］.机电工程，2009,26(1)：8-11［10］刘桂珍.爬树机器人机构设计及运动分析［D］.哈尔滨：哈尔滨工程大学,2006 ［11］ Yuang-Shung1ee,Ming-WangCheng.Inte11igentContro1BatteryEqua1izationforSeriesConnected1ith ium-IonBatteryStrings.IEEETransactionsonIndustria1E1ectronics.2008 ［12］ Z.Jiang,R.A.Douga1.Acompactdigita11ycontro11edfue1ce11/battery hybridpowersource.IEEETransactionsonIndustria1E1ectronics.2006指导教师意见:。
高空爬行机器人的控制系统的设计
①
收稿 日期 ：０ ８ ｇ ２ ２０ —０ 一２ 作者简介 ： 刘桂珍（９ ５ ， 佳木斯大学机械工程学院副教授 ， １６ 一） 女， 工学硕士 ， 东北大学博士研究生
５６ ９
Ｉ
服务 性设 备 ， 是先 进制 造技 术领 域不 可缺 少 的 自动
化设 备 ．
图 １ 爬 行 机 器 人 机 构 运 动 倚 囹
２ 机构 工作状态描述
机构工作状态描述如图 ２ 所示 ： 当装置处于状
态 ｌ ， 构 处于 临界 状态 ， 、 时 机 上 下两 个 凸轮处 于 升 程 、 圆的变 换时 刻 ． 刻 ， 凸轮将 由基 圆向升程 基 此 上 转 动， 即上端 由松 弛变 为压 紧 ； 与此 同时 ， 下端 凸轮
我 国从 １８ 实 施 国家 “６ ” 技 术 研 究 发 ９７年 ８３ 高
展计划以来 。 把智能机器人确立为 自动化领域的主 体之一 ， 在特种机器人 、 机器人应用工程、 机器人基 础学科等方面取得 了很大成绩 ． 爬行机器人是能够 在垂直或倾斜的桅杆或绳锁上进行作业 的机器人，
它作为高空极限作业 的一种 自动机械装置 ， 越来越 受 到人 们 的重视 ．
９ ８ 一ｊ 动电 Ｌ ８ 驱 路 ２ ９
Ｃ
５
ｌ
１ ＿
驱动 电 路Ｌ ９ ２８
—— Ｈ Ｌ２９ ７
图 ３ 系统原理控 制原理 图
～
４ 控 制系统流 程图
系列动作 ， 以实现一些复杂的功能 ：
ｌ伺 电 控 信 低 祀 般 帆 制 ｝为 电 ｌ
ｌ
复杂环境下爬行探索机器人结构设计及控制
计。 该设计 采用类似 动车组的模块化结构形式 ， 包括 头部、 身部和转 弯部 。 头部采 用可张合 的锥 头 ， 既可保 护摄像机 ， 又可 进行 一些抓 、 扩 张等 简单操作 ； 拿、 身部采 用四面履 带设计 以适应复杂工况 ； 弯部采 用柔性机构能够完成２ 自由度 的转 转 个
弯动作。 该机 器人 结构 简单 ， 用 于复 杂 地 面环 境 中， 大大提 高探 索速 度 ， 少 灾 难过 程 中 的人 员伤 亡 。 适 可 减
关键词 ： 器人 机 搜救 创 新 设计 控 制
中 图分 类 号 ：Ｐ ４ Ｔ ２
文 献 标 识 码 ： Ａ
文 章 编 号 ：０ ０— ９ ８ ２ １ ）４— ０ ４—０ １ ０ ４ ９ （０ ０ ０ ０ ３ ２
当 矿 井 发 生 爆 炸 和 坍 塌 、 震 灾 害 降 临 、 屋 倒 塌 地 房
一
定 的越 障能力 ， 现有履 带式 机器 人体 积大 ， 适 宜 但 不
在 狭 小 空 间 内运 动 。 用 毛 毛 虫 形 爬 行 机 器 人 具 有 稳 采 定 性 好 、 截 面小 、 性 大等 特点 ， 适 合 在 废墟 的缝 横 柔 更
隙间穿行 。
本 文 设 计 的 探 索 机 器 人 由头 部 、 部 和 转 弯 部 ３ 身 部 分 构 成 ， 体 结 构 如 图 １ 为 便 于 前 进 和 后 退 ， 尾 采 用 总 。 头
运 动 轨 迹 ） 电 机 反 转 ０角 ， 头 锥 完 成 闭 合 动 作 。 。 则
结构方 式 ， 中轮式 机器人 对 路面平 整度 要求 较 高 ， 其 不
适合 在废墟 上运 动 ； 式 机器 人越 障能力 较强 ， 机械 足 但 结 构 和 控 制 系 统 都 很 复 杂 ； 带 式 机 器 人 在 废 墟 上 有 履
爬壁机器人的设计
SCI 2002 supplement
附：文献综述或报告 1.引言： 爬壁机器人是移动机器人领域的一个重要分支,可在垂直壁面上灵活移动,代替人工在极
持下,哈尔滨工业大学机器人研究所先后研制成功了采用磁吸附和真空吸附两个系列的 5 种
型号壁面爬行机器人。研制成功的我国第一台壁面爬行遥控检测机器人,采用负压吸附,全方
位移动轮,用于核废液储存罐罐壁焊缝缺陷检测。1994 年开发的用于高楼壁面清洗作业的爬
一、选题依据 1. 论文（设计）题目 钢结构探测攀行机器人结构设计 2. 研究领域 本题目运用所学的材料力学、机械原理、机械设计、机电控制等知识，参考文献资料进 行探测攀行机器人的机构设计，用来替代人类进行危险领域的攀行探测作业。 3. 论文（设计）工作的理论意义和应用价值 大型钢结构如电力铁塔、桥梁、船舶中的板梁结构的探伤，检查，油漆，清扫等工作往 往是高空危险作业，适合由机器人来完成，以实现高效，安全自动化生产。 4．目前研究的概况和发展趋势 爬壁机器人是移动机器人领域的一个重要分支,可在垂直壁面上灵活移动,代替人工在极 限条件下完成多种作业任务,是当前机器人领域研究的热点之一。它把地面移动机器人技术与 吸附技术有机结合起来,可在垂直壁面上附着爬行,并能携带工具完成一定的作业任务,大大扩 展了机器人的应用范围。自从 1966 年日本大阪府立大学工学部的成功研制出第一个垂直壁 面移动机器人样机以来爬壁机器人领域取得了丰硕的成果得到了长足的发展如：1975 年西亮 教授又采用单吸盘结构制作出以实用化为目标的第二代爬壁机器人样机。1990 年以来,西班 牙马德里 CSIC 大学工业自动化研究所研制出一种 6 足式爬壁机器人。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爬壁机器人也采用单吸盘结构。自 1988 年以来,在国家“863”高技术计划的支持下,哈尔滨工业大学机器人研究所先后研制成功 了采用磁吸附和真空吸附两个系列的 5 种型号壁面爬行机器人。1995 年研制成功的金属管防 腐用磁吸附爬壁机器人, 1997 年研制的水冷壁清洗、检测爬壁机器人,呈圆弧形永磁吸附块与 罐壁圆弧相吻合,提高了吸附力,也提高了作业的效率等。 这些丰硕的研究成果,在一些领域得到了实际应用,取得了良好的社会效益。仿生学、微 机电一体化、新型驱动器、高分子材料等新技术、新理论的应用极大地推动了爬壁机器人的 发展,使其功能越来越强大。爬壁机器人的研究正向着采用新型吸附方式、多功能化、小型化、 无缆化、智能化、可重构化等方向发展。当前，国内外都非常重视攀行检测机器人的研制， 主要是因为它有着广泛的用途，特别是它可以在一些危险环境下进行作业。攀行检测机器人 是一种新型特种机器人，能在危险工作状态下代替人工作1] 徐泽亮马培荪永磁吸附履带式爬壁机器人转向运动灵活性分析[J] 《上海交通大学 学报》 ISTIC EI PKU -2003 年 z1 期
缆索机器人-爬行机构及其驱动装置设计
毕业设计说明书缆索检测机器人爬行机构及其驱动装置设计摘要缆索检测机器人是特种机器人技术在斜拉桥缆索检测方面的应用。
自从1956年在瑞典建成世界上第一座斜拉桥以来，斜拉桥就越来越受到世人的青睐。
斜拉桥成为现代建筑的一道亮丽的风景。
然而，针对目前斜拉桥的人工吊篮检测的落后方式，如何高效快速的进行斜拉桥的缆索的检测和维护成为人们急需解决的一个重要问题。
我们课题组这次所设计的缆索表面机器人分为三部分：检测部分、动力部分和携带部分。
这样的设计的最大优点就是质量轻，便于安装等。
在设计的过程中，我们要考虑多个问题，最重要的就是小车轮子的自动调节和CCD支撑架的手动调节。
对于小车我采用的是弹簧和螺栓双重调节，对于CCD支撑，我所采用的是滑杆调节。
关键词：斜拉桥缆索，携带机构，缆索检测ABSTRACTThe cable robot developed in this paper is the first application of special robots to cables of cable-stayed bridges. Cable-stayed bridge which is more and more popular in the world, since the first cable-stayed bridge was built in Sweden in 1956. The cable-stayed bridge has become one of the most beautiful scenes. Then, concerning the artificial maintenance method for cables, how efficient the cable stayed for the rapid detection and the maintenance of the urgent need to resolve to become an important issue.We designed this discussion group on the cable robot is divided into three parts: detection of power and carrying some parts. This design is the biggest advantages of lightweight, easy to install, and so on. In the design process, we have to consider a number of questions, the most important thing is the wheels of the car and automatically adjust the CCD MOUNTINGmanual adjustments. I use the car for the spring and bolt is a double-conditioning, the CCD support, I have adopted the regulation is the slider.Keywords：cable-stayed bridge cable, carrying bodies, Cable Detection目录一．斜拉桥的发展 (6)二．缆索可靠性问题 (8)三．缆索的腐蚀及防护方法 (10)四．绪论 (16)五．缆索机器人的设计意义 (20)六．缆索机器人总体设计方案 (21)6.1 机械结构的设计 (23)6.2 机械结构的说明 (25)七、机构的力学分析 (27)八、缆索机器人辊轮轴设计 (35)九、轴承校核 (43)十、键的校核 (45)十一、控制流程 (46)十二、安全性的考虑 (47)十三、结论 (49)致谢 (50)参考文献 (51)一、斜拉桥的发展斜拉桥（cable-stayed bridge）是一种美观的桥梁形式。
PGZX—1型炉管爬行机器人参数设计
平稳 ， 管机器 人通 常 采 用 的移 动 方式 有 独立 驱 动 爬
足式 、 车轮式和履带式。足式 能较好地跨越障碍 ，
但结 构复 杂且 移动 速度 慢 且 不稳 定 ， 制 也 比较 复 控
杂 ， 面与壁 面接触 面积 受 限 ， 足 现需 爬 行 管径 较 小 ，
１ 爬管机器人结构方案设计
＠
２１ Ｓｉ ｅｈＥｇ ． ０２ ｃ Ｔｃ． ｎｒ ． ｇ
仪 表 技 术
Ｐ Ｚ 一１ Ｇ Ｘ 型炉管爬行机器人参数设计
张 灵聪
（ 东北石油大学 ， 大庆 １３ １ ） ６ ３指管径在 ５ ｍ ０ｍ 管间距在 ３ ＧＸ ０ｍ ｍ， ０ｍｍ左右的直管。本设计 主要针对工厂锅炉管道 渗碳层厚
现壁面的压紧 ， 而且其着地 面积较大 ， 与壁面 的吸 附力强 ， 而且对 壁面的 凹凸不平适应性也 比较强 ， 具有结构简单 ， 控制 方便 ， 运动速度较快且相 对平 稳等优点。所 以， 合考虑各方 面因素 ， 综 本课 题 中
爬 壁机 器人 的移 动机构 选用履 带式 结构 。
第 ｌ ２卷
第 ５期
２ １ ２月 ０ ２年
科
学
技
术
与
工
程
Ｖｏ． ２ Ｎｏ ５ Ｆ ｂ ０ ２ １１ ． ｅ ．２ １
１７ — １ １ （０ ２ ０ — １７ ０ ６ １ ８５ ２ １ ５ １４ —４
Ｓ ｉｎ ｅ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｎ ｇｎ ｅｉ ｇ ｃｅ ｃ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ａ ｄ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ
滑落 ， 器人 必须与 壁 面 之 间保 持 足 够 的压 紧 力 和 机 摩擦 力 ， 并具有 一 定 的抗 倾 覆 能力 。 由于履 带 式移 动机 构 可在实 现行 走 功 能 的 同时 ， 取施 力 机 构实 采
爬行机器人设计思路
爬行机器人设计思路1 综述使用爬行机器人还能收集信息，在数据挖掘项目中，爬行机器人一般是以爬虫或蜘蛛的形式出现，以浏览器的形式对所指定的网页提取信息，爬虫的目的就是把世界范围内的网页当成数据来进行搜索、收集、发布等。
爬虫以及爬虫机器人的设计也可以分为客户端和服务器端/爬虫端两部分，其中客户端是负责发送请求、接收响应、解析响应等，而爬虫端则负责向客户端发送请求，提取网页信息，根据指定的链接把相关数据归类并保存等。
2 爬虫机器人的架构设计爬虫机器人的整体架构是分层设计的，主要分为3层：管理层、调度层和执行层。
管理层主要负责管理和控制整个系统，负责欢迎客户端的请求，向调度层发送抓取任务等，而调度层则是对管理层发过来的抓取任务进行调度，给执行层发送抓取、搜索请求后，接受执行层的响应，并进行数据收集分析，再将最终的结果发送到客户端。
执行层则是最底层，其主要目的是根据调度层给出的任务，对指定网页抓取和搜索，获取指定网页内容进行对接，并将最终收集到的信息上报调度层。
3 连接设计除了主要的架构设计，爬虫机器人的连接设计也是非常重要的，其将抓取链接、错误链接、被阻止链接、访问过链接等聚合在一起，让执行层可以轻松的对其进行管理，让爬虫机器人可以更加高效的完成任务。
连接设计的另一个重要作用则是爬虫机器人可以以多种不同的方式抓取网页，比如http、https等，以及可以使用多个IP地址去抓取信息，可以有效的抵抗反爬虫机制，这也是爬虫机器人具有较高效率的重要原因之一。
4 配置管理最后还要考虑爬虫机器人的配置管理，这一块也非常重要，配置管理主要指的是在爬虫机器人的运行过程中，可动态调整机器人的运行参数，不仅可以改变爬虫机器人的一些运行行为，还可以在抓取数据的过程中动态调整。
另外，由于各种信息可能存在更新，爬虫机器人还需要针对此实现动态更新，从而保证机器人的正常运行。
以上就是爬行机器人的设计思路，从而可以有效的满足需求，提高正确数据采集率和收集效率，同时还能解决一些网络安全性的问题。
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Diagram 1-7structure sketch plans
再对以上三种方案进行比较，方案1的自动化程度很高，可以通过控制计算机来控制调整机构，节省了人力。方案2的机构很合理，调整方便。但由于管道内空间的限制，这个方案都很难在本设计中应用，而方案3虽然不是最精确的，但它制造方便，并且在空间上设计的很合理。并且为可换，在需要适应新的管径的时候，只需要重新制造支撑杆，十分方便。本设计采用1-6structure sketch plans
方案3较为简单，将支撑杆上做出几个槽，槽的位置分别与机器人所需要工作的管径相对应，在外安装套筒，并在套筒上开螺纹孔，通过紧钉螺钉将支撑杆与套筒相连。再将套筒与机体相连，通过紧定螺钉与不同槽之间的配合来适应不同的管径。结构详见图1-7。
油管内壁爬行机器人的设计
前言
随着现代科学技术的发展，管道运输作为一种高效、安全、可靠的手段应用日益广泛，城市中的地下排水系统、取暖系统、煤气系统、自来水系统等都应用了各种管道；另外，在现代工农业、石油、化学、核工业等领域也大量使用了管道。经过长期使用，它们会出现裂纹、腐蚀、堵塞等故障。有的管道中输送的是剧毒或放射性介质，若这些管道产生裂纹、漏孔会造成介质泄漏，引起事故甚至发生灾难。为了防患于未然，必须对这些管道进行定期检测和维修。但是它们有的埋在地下，甚至埋在海底，有的口径很小，人无法进入。挖出管道进行检测、维修既不经济又不现实，由此可见，管道机器人有着广阔的市场。
由于本次设计的机器人要适应不同的管径，所以需要设计一个结构合理的可调机构。
初步拟订3个方案，方案1采用一个推拉式电磁铁推动一个连杆机构，结构与卡紧方案1相似，结构简图见图1-2。通过控制推杆伸出的长度及连杆机构来调整支撑足。
方案2也是一种连杆机构，结构见图1-6。通过调整螺栓来调整支撑足的高度。它的结构与汽车修理厂所用千斤顶相似。
1．3卡紧方案的选择
机器人在蠕动式爬行的时候，需要卡紧装置进行配合。所以需要选择合理的卡紧方案。由于本次设计的机器人需要适应从4.5到7英寸的不同管径的管道，这给卡紧方案的设计带来很大的难度。
方案1为采用推拉式电磁铁直接进行卡紧，并使用适当的连杆机构调整电磁铁位置，当连杆机构将电磁铁调整到指定位置后，电磁铁得电，推杆伸长，机器人卡紧管壁。工作完成后，电磁铁失电，机器人放松[6]。结构简图见图1-2
另外，在卡紧方面也可使用气缸，此类型的设备已被开发，但由于空间问题并不适合于本设计，故本设计不使用该方法。
1．4 旋转方案的选择
旋转部分采用一个旋转式步进电机，电机轴带动法兰，可在法兰上连接工作体，通过控制步进电机的转动角度来控制工作体的转动。结构如图1-5所示。
图1-5
Diagram 1-5
1．5调节方案的选择
图1-2结构简图
方案2为使用一个旋转电磁铁，用旋转电磁铁来带动凸轮实现卡紧，通过对凸轮进行设计可以计算出支撑杆的移动距离。当旋转电磁铁得电后，旋转一定角度，带动凸轮旋转，使支撑杆在径向产生移动从而卡进管壁。电磁铁失电后，通过弹簧的作用使凸轮和支撑足复位，机器人放松。结构简图见图1-3。
图1-3结构简图
我国早在1987年就开展了管内机器人的研究，并试制了几种模型，但总体水平较国外差。管内机器人研究是机电一体化的高科技研究项目。在石油、化工、核工业、给排水等许多管道工程中，都需要进行管内检测、喷涂及加工等工作，管内机器人在完成这些工作中会发挥重要作用，因此，开发研究管内机器人意义很大[1]。
本次题目的内容就是设计一种可在油管内壁爬行，并且搭载工作体的部分可协助工作体完成相应作业的机器人。采用机械结构和电气控制来达到设计目的。要实现的理想过程是：人对主机输入一个控制信号，可以通过单片机对电机、电磁铁进行电气控制，从而使机器人能够按照所搭载工作体的要求进行移动，并在工作体的工作位置做出相应的辅助动作。机器人在行进过程中可在任意位置停止前进，并可以在该位置开始作业，工作体可在步进电机驱动下完成小于360度的任意角度的旋转。
使用旋转式步进电机的原理与直线式步进电机相似，可通过一个小型连轴器与丝杠相连组成一个直线式步进电机，也可以通过一组齿轮减速器将丝杠与电机轴相连，简图见图1-1。
图1-1结构简图
第三种方法是使用气缸推动机器人前进。综合比较三种方法后发现，气缸实现直线运动过程简单，但其行程不易控制，要实现精确控制需要成本过高。两种步进电机的特点相似，但直线式的步进电机在安装时不易对心，且价格远高于旋转式步进电机。所以综合考虑最终选择采用旋转电机的方案。
图1-4结构简图
Diagram 1-4structure sketch plans
综合比较以上三种方案，首先放弃了方案1，由于管道内空间有限，电磁铁的体积太大，无法合理的安放电磁铁，并且电磁铁的重量也相对较大，设计与之相应的连杆机构也很困难。方案2与方案3在原理上基本相同，不同之处在于方案2用的是凸轮，而方案3用的是锥形滑块。凸轮的结构复杂，且其表面需要非常光滑，由于凸轮曲面为复杂曲面，所以普通磨床难以加工，需用数控加工中心进行加工，这样加大了成本。经过综合比较决定选择方案3。
1方案的结构选择
1．1总体选择
总体上，本次设计主要采用机械结构设计来完成指定的动作，而用电气设计来控制这些动作。
1．2前进方案的选择
目前在管道内机器人的行进方式多种多样，本设计采用蠕动式行进的方式。前进方案由旋转式步进电机、直线式步进电机、气缸中进行选择。现将3种方式在本设计中的应用进行比较。由于本设计前进方式为直线，所以其中使用直线式电机最为简便，直线电机的电机轴是丝杠形式的，于是可以通过丝杠的导程来计算机器人的行进距离。
Diagram 1-3 structure sketch plans
方案3为使用一推拉式电磁铁推动锥形滑块，同时设计三个长度可调的支撑杆，当电磁铁得电后，电磁铁推杆伸出并带动锥形滑块沿轴向前进。由于滑块为锥形，支撑足产生径向移动，机器人被卡紧[7]。电磁铁失电后，机器人放松，原理同方案2。结构简图见图1-4。