管道清灰机器人设计

管道清灰机器人的设计

摘要

本设计内容为管道清灰机器人，主要对管道清灰机器人结构系统的设计，机器人的末端操作器即手指是可替换夹具，操作臂有四个自由度，可实现在工作空间范围内的物体的转移，旋转角可达360度，手爪一次可载荷5kg。

操作臂的动力源为舵机，总共有5个舵机，它们分别控制腰部旋转，大臂、小臂、手腕的摆动，以及手爪张合，本文设计的管道清灰机器人可用于小工作空间内完成对小质量物体的转移工作达到管道清灰的目的，同时也可以做为搬运机器人使用。

关键词：四自由度；操作臂；舵机

In pipe clearing ash robot design

ABSTRACT

This design content for pipeline cleaning robot, mainly of in pipe clearing ash robot system design, the robot end-effector which fingers are replaceable fixture, manipulator with four degrees of freedom, can be realized in work space objects within the range of shift, rotation angle can reach 360 degrees, the gripper once can load 5kg.

The operating arm of the power source for the steering gear, a total of 5 steering gear, which respectively control the rotating arm, waist, arm, wrist swing, and the gripper opening and closing, this design of in pipe clearing ash robot can be used in small working space to complete small mass transfer work to achieve the pipeline cleaning purposes, while at the same time can be used as a carrying robot.

Key words: four degrees of freedom; manipulator; servo

目录

第1章概述 (4)

1.1机器人概述 (4)

1.2 管道机器人概述 (6)

1.3 国内外管道机器人的发展 (6)

1.3.1 国内管道机器人的发展 (6)

1.3.2 国外管道机器人的发展 (8)

1.4 机器人的发展前景 (10)

第2章总体方案的制定及比较 (11)

2.1 管道机器人的设计参数和技术指标 (11)

2.2 总体结构的设计和比较 (11)

第3章部件的设计和计算 (15)

3.1 管道机器人工作量计算 (15)

3.2 行走机构的设计和计算 (16)

3.3 撑开机构和放大杆组的设计 (23)

3.4 操作臂的设计 (24)

第4章控制原理设计 (26)

4.1 控制原理的分析和设计 (26)

4.2 主要控制流程图 (27)

第5章其它 (29)

5.1 大小锥齿轮的设计和校核 (29)

5.2 轴Ⅰ的设计和校核 (32)

5.3 键的校核 (40)

谢辞 (41)

参考文献 (42)

第1章概述

1.1机器人概述

机器人----这一词最早使用始于1920年至1930年期间在捷克作家凯勒尔*凯佩克（Karel capek）的名为"罗莎姆的万能机器人"的幻想剧中，一些小的人造的和拟人的傀儡绝对地服从其主人的命令。这些傀儡被称为“机器人”。该单词起源于捷克语“robota”。意思是“强制的劳动”。

机器人的组成与人类相似。举例说，人搬运某一物体的运动过程可用图（a）所示的方块图来说明。首先，人听到外部的命令或用眼睛看到外部的指令，并由眼睛测量出距离。感受到这两种信息经过感觉神经送到大脑中，大脑经过分析计算，然后通过运动神经发出指令，手臂用最好的方式伸向物体，并将物体抓住，手上的感觉神经，感觉物体已经抓牢了，把信息传给大脑。大脑命令手抓起物体，同时指令脚移动到所要求到达的地点，最后放下物体。一般包括以下几个部分见图（b）：

1.控制中枢（相当于人的大脑）；

2.操作装置（相当于人的手）；

3.行走装置（相当于人的脚）；

4.有感觉的机器人还必须有感觉装置以及与外界环境联系的装置（相当于人的口、耳、眼、鼻以及皮肤上的感觉神经）。

实际的机器人在不同的程度上具有两种特有的属性：对环境的通用性和自动适应性。①通用性：具有完成各种任务以及以不同的方式完成相同的结构或机械能力。这意味着机器人的机械结构具有可变的机械形状。②自动适应性：

是指一个机器人必须被设计成由其自己去完成任务，尽管难以预知，但却可以有限的知道在完成任务期间环境的变化，通过改变路径、姿态等来处理所面对的问题，最终完成任务。为了对机器人进行分类，必须能够定义和区分不同的类型，因此根据不同的定义就有不同的分类方法。现在使用的有很多种。以下介绍日本工业机器人协会（JIRA）的分类方法：第一类：手工操作装置：一种由操作人员操作的具有若干个自由度（DOF）的装置；

第二类：固定程序的机器人：依照预定的不变的方法按部就班执行任务的操作装置，对任务的执行顺序很难进行修改；

第三类：可变程序的机器人：与第二类是同一种类型的操作装置，但其执行步骤可以修改；

第四类：再现式机器人：操作人员通过手动方式引导或控制机器人完成任务，而机器人控制装置则记录其运动轨迹，需要时可以重新调出记录的轨迹信息，机器人就能以自动的方式完成任务；

第五类：数值控制机器人：由操作人员给机器人提供运动程序，而不是用手动方式教导机器人完成指定的作业任务；

第六类：智能机器人:通过对环境变化的感知，改变其运动轨迹、姿态等措施圆满的完成任务。

机器人的诞生和机器人学的建立无疑是20世纪人类科学技术的重大成就。自60年代初机器人问世以来，作为20世纪人类最伟大发明之一的机器人技术，经历了近半个世纪的发展，已取得了长足的进步。特别是到了20世纪90年代，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发