爬杆机器人说明书
机械原理课程设计说明书爬杆机器人
机械原理课程设计设计说明书设计题目：爬杆机器人汽车与交通工程学院学院车辆0806 班设计者：王佳指导老师：王劲松目录1.设计题目……………………………………………１1.1设计目的………………………………………………１1.2设计题目简介…………………………………………１1.3设计条件及设计要求…………………………………１2.运动方案设计……………………………………２2.1机械预期的功能要求…………………………………２2.2功能原理设计…………………………………………２2.3运动规律设计…………………………………………３2.3.1工艺动作分解……………………………………………３2.3.2运动方案选择……………………………………………５2.3.3执行机构形式设计………………………………………６2.3.4运动和动力分析…………………………………………７2.3.5执行系统运动简图………………………………………８3.计算内容……………………………………………８4.应用前景 (10)5.个人小结 (11)6.参考资料 (12)附录 (13)１.设计题目１.１设计目的机械设计是根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸以及润滑方式等进行构思、分析和计算，并将其转化为制造依据的工作过程。
机械设计是机械产品生产的第一步，是决定机械产品性能的最主要环节，整个过程蕴涵着创新和发明。
目的：为了综合运用机械原理课程的理论知识，分析和解决与本课程有关的实际问题，使所学知识进一步巩固和加深。
１.２设计题目简介课程设计名为爬杆机器人。
该机器人模仿虫蠕动的形式向上爬行，其爬行运用简单的曲柄滑块机构。
其中电机与曲柄固接，驱动装置运动。
曲柄与连杆铰接，其另一端分别铰接一自锁套（即上下两个自锁套），它们是实现上爬的关键结构。
当自锁套有向下运动的趋势时，由力的传递传到自锁套，球、锥管与圆杆之间形成可靠的自锁，阻止构件向下运动，而使其运动的方向始终向上（运动示意见右图）。
全国3D大赛作品助老助残爬楼梯机器人说明书
全国3D大赛作品助老助残爬楼梯机器人说明书一、产品概述全国3D大赛作品——助老助残爬楼梯机器人，是一款专为老年人和残障人士设计的辅助设备。
本产品设计目的在于提供一种能够方便、安全、高效地帮助他们上下楼梯的解决方案。
通过精密的机械设计和先进的控制系统，本产品能够有效地提升使用者的上下楼梯能力，减轻他们的负担，提高生活质量。
二、产品特点1、安全性：本产品设计首要考虑的是使用者的安全。
采用稳定的机械结构和防滑材料，确保在使用过程中不会发生意外。
同时，设有紧急停止按钮，可在必要时立即停止机器运行。
2、易用性：操作简单，使用者只需轻轻推动控制杆，即可轻松上下楼梯。
同时，设有语音提示功能，引导使用者进行操作。
3、适应性：本产品设计考虑了不同使用者的需求，可以通过调节座椅和脚踏板的位置来适应不同身高和使用者需求。
4、节能性：采用高效电机和节能设计，保证机器在运行过程中的能源消耗最小化。
三、使用方法1、开启：按下开启按钮，机器人将自动识别楼梯并开始运行。
2、操作：推动控制杆来控制机器人的上下移动。
向上推动控制杆，机器人将向上爬楼梯；向下推动控制杆，机器人将向下爬楼梯。
3、停止：在任何时候，按下紧急停止按钮，机器人将立即停止运行。
4、关闭：在完成使用后，按下关闭按钮，机器人将自动返回待机状态。
四、注意事项1、使用前请仔细阅读本说明书，了解机器人的操作方法和注意事项。
2、请在安全环境下使用本产品，避免在潮湿、高温或极寒环境中使用。
3、请勿让儿童或未经训练的人使用本产品，避免发生意外。
4、使用过程中，如遇任何问题或故障，请立即停止使用，并售后服务。
5、在使用结束后，请关闭机器人，以节约能源并延长机器寿命。
五、售后服务我们提供全面的售后服务，包括产品咨询、使用指导、维修保养等。
在使用过程中遇到任何问题，您可以随时我们的客服团队，我们将尽快为您解决问题。
同时，我们也提供定期的保养服务，以确保您的机器始终处于良好的工作状态。
爬杆机器人说明书
目录设计任务书 1 摘要 5 引言 6 第一章总体方案设计 6 第二章结构设计 7 2.1动力缸的选择 7 2.1.1爬杆气缸（伸缩缸）的选择 7 2.1.2 夹紧缸的选择 7 2.2 杆夹持机构的设计 8 2.2.1导向机构的设计 8 2.2.2夹紧缸连接板的设计 9 2.2.3 夹紧块设计 9 2.3 其他部分设计 10 2.3.1伸缩缸连接板的设计 10 2.3.2固定电磁阀的连接板的设计 10 2.3.3 电磁阀的选用 11 2.3.4传感器的选用 11 第三章控制系统设计 14 3.1气动原理图的设计 14 3.2 PLC控制系统的硬件设计 16 3.3 PLC控制系统的程序设计 183.3.1 顺序控制设计法的基本思路 18 3.3.2 用顺序控制设计法编程 19 结论23致谢24 参考文献25附录A 英文翻译附录B综述附录C 调研报告附录D 装配图及主要零件图附录E PLC程序江苏大学毕业设计(论文)任务书机械工程学院机电0701班班级白清文学生设计(论文)题目小型气动爬杆机器人设计课题来源江苏大学工业中心起讫日期2011 年03月14日至2011年06 月24 日共15 周指导教师(签名)系(教研室)主任(签名)毕业设计(论文)进度计划:引言小型气动爬杆机器人属于机电气结合类的综合实验及训练装置。
根据设计任务，这个爬杆机器人应该能模拟人的运动，通过“机械手”、“机械脚”的抓放动作和身体伸缩动作，实现沿杆方向的前后双向移动，运动速度可调而爬杆高度或距离可以控制。
整个设计过程就是做出一个完整的“爬杆机器人”的操作实验台而设计出图、购料、加工、组装、调试完成的过程。
这个实验台最初的设计目的也是从一个实用目的出发的，工业机械手的效用是代替人从事繁重的工作和危险的工作，所以，爬杆机器人最初的设计思想也是想到人有一些危险或难以到达的地方需要探测或勘察时，可以用爬杆机器人代替，另外，这个爬杆机器人也有一定的额外负重，这些因素在设计时都应考虑。
气动爬杆机器人设计任务书
机电一体化装置设计与控制》任务书一、课程名称机电一体化装置设计—小型气动爬杆机器人设计二、设计目的通过设计与制作爬杆机器人，熟悉机电一体化装置的设计、制作、装配、编程控制及调试过程，从中学习到典型机电一体化装置的设计方法，掌握PLC或单片机的控制系统的设计方法，包括电气线路设计、气动回路设计、程序设计，并能够结合所学专业知识，掌握零部件加工及装配、接线、设备控制编程及现场调试方法，能够进行设备故障的分析及故障排除。
将所学理论知识与实践相结合，较全面地提高动手能力和分析解决问题能力。
三、使用设备1. 三菱可编程控制器FX-1S；2. MCS-51单片机；3. 安装WINDOWS操作系统的PC机（配备GXDEVELOP、Keil-C51软件）；4. PC与PLC的通信电缆；5. 气动综合实验台。
四、设计要求小型气动爬杆机器人模仿人爬杆的动作，采用气缸作为执行元件，通过时间控制和行程顺序控制，实现机械手、机械脚的放松和夹紧、身体的伸缩和协调；机器人向上、向下和上下往复运动。
小型爬杆机器人在结构及控制上大量采用气动元件，减少了设计、加工时间，保证设备工作的可靠性和维护的方便性。
设计内容由爬杆机器人的机械结构设计、控制系统硬件设计、软件设计以及设计说明书这四个部分组成。
具体要求如下：1. 机械结构的设计要求设计机器人的导向，夹紧机构。
画出加工件的零件图，并在老师的指导下尝试自行加工。
选择所使用的气缸、电磁阀以及机器人所爬杆的形状与材料。
2. 控制系统硬件设计控制系统硬件一般包括系统电源配置、可编程控制器（PLC）或单片机、通讯模块、触摸屏等。
要求完成接线盒的设计，画出接线盒的电气线路图；完成PLC或单片机盒的设计，画出接线图；完成I/O地址分配表的设计工作；完成气动回路的设计。
3. 控制系统软件设计选择PLC控制的同学，要求完成PLC程序设计及系统调试。
选择单片机控制的同学，要求完成单片机控制程序的设计及进行系统调试。
全国3D大赛优秀作品---助老助残爬楼梯机器人说明书
团队编号：3DDSG429团队编号作品名称：助老助残爬楼梯机器人说明书参赛团队：旗舰队目录一背景及研发现状二系统拆分及模具体现数控编程、有限元分析数控编程有限元分析三原理分析、关键技术原理分析关键技术四应用领域及市场前景一1、研发背景研发背景1 目前老龄化严重，给医护护理及子女带来了巨大压力我需高智机务力，我们急需一批高智能化机器人为人服务。
2 城市化加快，平房被楼房所代替，给老人及残疾人带来了巨大挑战。
战3 随着智能化、自动化、先进机构技术不断提高，给智能化爬楼机器人研究带来了巨大挑战楼发展状2、发展现状目前爬楼机器人主要分为三类1 轮式爬楼梯机器人：利用轮或轮传动达到行进和爬行目的的机器人。
其主要为行星式机器人能实现重载且较平稳但自动化程度不高需借助于其主要为行星式机器人，能实现重载，且较平稳。
但自动化程度不高，需借助于附加人力，在自动调节座椅水平方面存在很大缺陷。
2 履带式爬楼梯机器人：利用履带达到行进和爬行目的的机器人。
其能适应不同规格的楼梯，但工作时噪音较大，能量损失较高，对楼梯破坏较重。
3 腿式爬楼梯机器人：利用类似于腿的结构达到行进和爬行目的的机器人。
其能较好的适应不同规格的楼梯，创意新颖。
但目前自动化程度较低，需器人其能较好的适应不同规格的楼梯创意新颖但目前自动化程度较低需借助于附加人力，且座椅不能保持水平状态。
、各爬楼方案总结3、轮式、履带式、腿式爬楼梯机器人虽能实现上下楼功能，但存在以下缺陷：11 动化程度不高，需借助于附加人力。
2 座椅不能时刻保持水平状态，在上下楼过程中，使人感到不舒服。
3 对楼梯破坏较重，噪音较大，能量损失较高。
鉴于此，我们研发如下爬楼机器人。
二 1 系统拆分（1）座椅结构（2）前轮（3）后轮部分（4）探测杆探测杆简图2 模具分析凹模冷却系统凸模整体模具模具正视图3 数控编程编辑页面编辑页面3 数控编程编辑页面代码页面4 有限元分析应应变分析析应力力分分析三结构设计及原理主乘坐机构工作原理：1 车体在爬楼过程中，前轮高后轮低，此时电动推杆1伸张（推杆2保持地的状态使座椅始终保持水持平地的状态）使座椅始终保持水平.2车体在下楼过程中，前轮低后轮高，此时电动推杆2伸张（推杆1保持平地的状态）使座椅始终保持水平.变轮的设计上楼机构----可变轮的设计收缩时的可变轮张开始的可变轮在平路上行走时，可变轮收缩成跟普通轮一样的轮子，可在平稳的路面上行驶。
爬杆机器人说明书范文
爬杆机器人说明书机械创新设计说明书设计名称：爬杆机器人的设计设计人：姜鸿学号：班级：11机制本一班井冈山大学机电学院/11/23第一章背景概述蠕行式仿生变直径杆爬行机器人的研究报告现代生活中，高空作业不断增加，如路灯杆、悬索桥索、杆状城市建筑的清洗、油漆、喷涂料、检查、维护、电力系统架设电缆、瓷瓶清洁等。
当前的清洗、维护工作主要由人工和大型设备来完成，但它们都集中表现出效率低、劳动强度大、耗能高、二次污染严重等问题。
市场上少量使用的气动蠕行式爬行器，其上升和下降运动的实现由气压控制，需要气源和气动控制系统，能量损耗大，而且一般伴有较大的噪声。
因为连接了大量的支持设备，气动蠕行爬行器的体积和活动范围都受到限制，而且设备成本较高。
第二章运动原理—仿生设计在设计移动机器人系统时，首先应考虑机器人的用途，因为不同的用途，移动机器人的移动机构是不同的。
~ J'l-，还应考虑机器人的工作环境、耐久性、稳定性、机动性、可控性、复杂性、外型尺寸及制作费用等。
作为杆件爬行机器人，根据现有的技术方案，有很多种移动方式可供选择。
各种移动方案的比较见表1所示。
表1 爬行机器人移动方案的比较蠕动式承载能力大，运动平稳，控运动速度慢，结构复杂。
制简便，适应能力强。
我们所要设计的这种爬行机器人，它的工作对象为各种型号的城市杆状建筑，要求承载能力大、接触面积小、速度适中，适应能力强，能越障碍物。
经过比较各种方案，笔者设计了一种尺蠖式蠕动爬行结构形式，这是一种新颖的变直径杆仿生爬行机构设计方案，该方案能基本满足我们设定的工作状况。
该机器人是模仿人的爬树动作而设的。
人爬树时，两脚夹紧树杆，两腿一蹬，两手抱住树杆，人向上移，然后两手抱紧树杆，收腿提脚上移，一步步向上爬行。
该机器人的爬行动作原理示意如图1所示。
既然是仿生尺蠖式蠕动，那么在本机器人的设计中，将以实现机器人躯干的伸缩为往复运动的主要动作为目标。
往复运动的实现有很多种常见的机构有：不完全齿轮齿条双侧停歇机构、曲柄连杆机构、圆柱齿轮齿条机构、螺旋丝杆机构等。
攀登者机器人说明书
攀登者机器人说明书一、产品概述攀登者机器人是一款专门设计用于攀登高空或陡峭山峰的机器人。
它的主要功能是帮助人类攀登那些难以到达的地方，以便进行任务执行或探索。
二、产品特点1. 强大的爬升能力：攀登者机器人配备了强大的爬升系统，能够在陡峭的山壁或高楼大厦上自由攀爬，为用户提供安全可靠的攀登体验。
2. 精准的定位系统：机器人采用先进的定位技术，能够准确判断自身位置，并根据用户指令进行移动和导航。
3. 多功能机械臂：攀登者机器人配备了多功能机械臂，可以完成一系列复杂的动作，如抓取、拖拽等，以满足用户在攀登过程中的各种需求。
4. 高强度材料：攀登者机器人采用高强度材料制造，能够承受极端环境下的恶劣气候和复杂地形的挑战，确保用户的安全。
5. 智能避障系统：机器人配备了智能避障系统，能够识别前方障碍物并自动避让，确保攀登过程中的安全。
三、使用方法1. 准备工作：在使用攀登者机器人之前，需要确保机器人已经充电并处于正常工作状态。
同时，用户需要佩戴好安全装备，以防万一。
2. 设置目的地：用户可以通过控制台或手机应用程序设置机器人的目的地，并根据需要设定攀登的速度和高度限制。
3. 开始攀登：一切准备就绪后，用户可以启动机器人，它会自动开始攀登。
在攀登过程中，用户可以通过控制台或手机应用程序对机器人进行远程控制。
4. 完成任务：一旦机器人到达目的地，用户可以通过机械臂完成任务，如搜集数据、拍摄照片等。
完成任务后，用户可以选择继续攀登或返回起点。
四、注意事项1. 在使用攀登者机器人时，用户要时刻保持警惕，注意周围环境的变化，避免发生意外。
2. 严禁在恶劣的天气条件下使用机器人，如大风、暴雨等。
3. 用户在攀登过程中要合理安排体力和时间，避免过度疲劳。
4. 在攀登过程中，用户要注意保护机器人，避免碰撞或损坏。
5. 请勿将攀登者机器人用于非法活动或违反道德规范的行为，以免触犯法律。
五、维护保养1. 定期检查机器人的电池和电源线是否正常工作，如有损坏或老化应及时更换。
爬杆机器人理论方案设计说明书
爬杆机器人理论方案设计说明书学校名称：中国计量学院学生队长：学生队员：指导教师：联系方式：二0 0五年一月名目一．方案构思---------------------------------------------1 二．机械部分---------------------------------------------3 三. 电控部分---------------------------------------------17 四．设计小结---------------------------------------------19一方案构思我们通过三个手臂来抓紧杆件再通过手臂上的电机来实现机器人的爬升和下降。
原理上两个就能实现,但三个手臂是一作联结,二可起稳固作用。
手臂上升下降是通过齿轮齿条来实现的。
二．机械部分1．机器人的整体装配图如下：图1我们是通过三个手臂爬杆的，上手臂装在一个齿条的最上端，同时固定，在具体设计时我们能够使上手臂有一定的上下和左右转动范畴,具体的设计将在下面介绍。
下手臂装在下杆C上齿条的下端,中间手臂固定在滑槽上,上手臂的上升和下降是通过装在滑槽上端的电动机带动齿轮啮合齿条来实现的.下手臂的上升和下降是通过装在滑槽下端的电动机带动齿轮啮合齿条来实现的,中间手臂的升降是通过上下两对齿轮齿条反转来实现的。
2．路面行走结构在地上行走，我们通过装在下手臂上的三个车轮来实现地面上的行走，动力由后车轮上的两个电机来提供，用两个电机要紧是为了能实现走弯路，具体的三视图形如下：图2 底部车轮结构2 机器手臂的设计图3 机械手的结构我们设计的那个机器手采纳了曲柄滑块机构，A，B，C点处安装了橡胶皮，1，2两点固定在支撑板上，当滑块W向前移动时，依照杆子的结构，A，B，C点将向中心收缩，产生一个收缩的趋势，就抓紧杆件。
当滑块W 向后移动时，A，B，C点会张开，即松开杆件。
再配合机构的移动构件，机械手就能专门好的实现上升和下降。
施罗德爬行机器人S200中文说明书
11)防水等级：IP54
手动（电动）收线车（电动收线选配型）
1）线缆测量：电子计米，距离可直接显示在监视器屏幕上；精确定位，测量最小距离精度可达±。
2）线缆长度：线缆直径7.9mm，标准配置120米，可根据用户要求配置长度；
线缆防水、防油、耐磨、耐腐蚀。
3）驱动：电动或手动收、放线。
危险警告符号：表示一些存在危险情况的环境，如果不能避免，将导致死亡和严重的伤害事故。
警告符号：表示危险的境况，如果不能避免，也可能导致死亡或严重的伤害事故。
小心符号：表示危险的境况，如果不能避免，可能导致轻微或中等程度伤害事故。
注意符号：表示和保护财产相关的安全信息，该符号意味着使用者在使用该工具前必须仔细阅读操作手册，因为操作手册里介绍了重要的安全注意事项和正确的使用方法。
2、产品用途
CCTV管道检测爬行系统主要用于市政排水管道内部快速检测和诊断。该设备配备强力照明光源和便携式控制系统，适合野外和移动工作场所。传输线缆可以根据用户需求配备，目前最长支持500米（光纤通信线缆），可将设备送至所需工作位置。爬行车部件采用防水设计可至水下检测（正压状态下），但实际操作根据水下环境而定。
安全气压检测系统：
自动检测车体、摄像系统、升降系统内部气体压力，并实时向后端设备传送数据、并能自动判断和处理异常，确保设备及工作环境的安全(下井前需充入大约10～14PIS干燥气体)。
4、主要技术参数
爬行系统：9902FA
1)适用于150mm(最小轮)以上的管道检测，配置大小轮胎及电动升降台。
2)爬行器工作电压48V，最大输出功率180W。
用户使用发电机供电时，请严格按照发电机的操作规程执行，并且能够适用本公司自带的稳压适配器！
爬楼梯机器人说明书
爬楼梯说明书爬楼梯说明书
第一章：引言
1.1 介绍爬楼梯的用途和功能
1.2 概述的特点和优势
1.3 目标读者和使用范围
第二章：技术规格
2.1 的外观尺寸和重量
2.2 电池容量和续航时间
2.3 最大承载重量和运行速度
2.4 系统和控制要求
第三章：安装和设置
3.1 安装的步骤和要求
3.2 设置的基本参数
3.3 连接到网络和APP
第四章：操作指南
4.1 启动并进行自检
4.2 控制的运动和方向
4.3 停止的运行和紧急情况处理
第五章：故障排除
5.1 常见故障及解决方法
5.2 联系维修人员和售后服务
第六章：保养和维护
6.1 的日常清洁和维护
6.2 更换零部件和维修注意事项
6.3 储存的要求
第七章：安全注意事项
7.1 使用时需要注意的事项
7.2 防止伤害和事故预防
第八章：常见问题解答
8.1 解答用户经常遇到的问题和疑问8.2 提供相关和资源供用户查询
第九章：附件
9.1 附上的安装图纸和线路图
9.2 附上的使用手册和APP
法律名词及注释：
●：指程序控制的自动机械设备，具有和自主决策能力。
●续航时间：能够连续工作的时间，通常指的是电池的使用时间。
●最大承载重量：能够承载的最大重量，超过此重量可能会导致损坏或发生事故。
●自检：在启动时自动进行的测试和检查，以确保其正常运行。
本文档涉及附件：
●安装图纸和线路图
●使用手册和APP。
爬等直径杆机器人计划书
爬等直径杆机器人计划书一设计题目：爬杆机器人1.1设计目的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、2010年将要在上海举办的世博会之外，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（图1-1），它们通常5~30 米，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。
为保持清洁，许多国际性城市如厦门、深圳、香港等地规定，每年至少清洗数次。
目前传统的清洗技术主要分为人工清洗（化学药剂清洗）和高压水枪清洗等方法。
其中人工清洗是由清洁工人搭乘吊篮进行高空作业来完成，工人的工作环境恶劣，具有很大程度上的危险性，工作效率也很低，耗资巨大。
化学药剂中所用的去污剂具有很强的毒副作用会对人造成潜在的危害，并易造成环境的二次污染；高压水枪清洗耗能比较大、成本高，且对周边环境有很大的影响。
在利用高压水进行清洗时，它的周边不能有车辆、行人通过，且不能有过近的建筑物。
其它高空作业诸如：各种杆状城市建筑的油漆、喷涂料、检查、维护，电力系统架设电缆、瓷瓶清洁等工作主要由人工和大型设备来完成，但它们都集中表现出效率低、劳动强度大、耗能高、二次污染严重等问题。
随着机器人技术的出现和发展以及人们自我安全保护意识的增强，迫切希望能用机器人代替人工进行这些高空危险作业，从而把人从危险、恶劣、繁重的劳动环境中解脱出来。
1.2设计条件攀爬对象为直径150毫米左右的等直径杆（学有余力的同学可以考虑攀爬对象为变截面杆，如电线杆）。
可以用电动机，液压站，气压站其中的任意一种做动力源，但要分析其应用场合和优缺点。
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机械创新设计说明书设计名称：爬杆机器人的设计设计人：姜鸿学号：*********班级：11机制本一班井冈山大学机电学院2013/11/23第一章背景概述蠕行式仿生变直径杆爬行机器人的研究报告现代生活中，高空作业不断增加，如路灯杆、悬索桥索、杆状城市建筑的清洗、油漆、喷涂料、检查、维护、电力系统架设电缆、瓷瓶清洁等。
目前的清洗、维护工作主要由人工和大型设备来完成，但它们都集中表现出效率低、劳动强度大、耗能高、二次污染严重等问题。
市场上少量使用的气动蠕行式爬行器，其上升和下降运动的实现由气压控制，需要气源和气动控制系统，能量损耗大，并且一般伴有较大的噪声。
因为连接了大量的支持设备，气动蠕行爬行器的体积和活动范围都受到限制，而且设备成本较高。
第二章运动原理—仿生设计在设计移动机器人系统时，首先应考虑机器人的用途，因为不同的用途，移动机器人的移动机构是不同的。
~ J'l-，还应考虑机器人的工作环境、耐久性、稳定性、机动性、可控性、复杂性、外型尺寸及制作费用等。
作为杆件爬行机器人，根据现有的技术方案，有很多种移动方式可供选择。
各种移动方案的比较见表1所示。
表1 爬行机器人移动方案的比较动速度快。
性差。
磁吸式承载能力大，具有很强的适应能力。
越障能力差应，运动用范围窄。
蠕动式承载能力大，运动平稳，控制简便，适应能力强。
运动速度慢，结构复杂。
我们所要设计的这种爬行机器人，它的工作对象为各种型号的城市杆状建筑，要求承载能力大、接触面积小、速度适中，适应能力强，能越障碍物。
通过比较各种方案，笔者设计了一种尺蠖式蠕动爬行结构形式，这是一种新颖的变直径杆仿生爬行机构设计方案，该方案能基本满足我们设定的工作状况。
该机器人是模仿人的爬树动作而设的。
人爬树时，两脚夹紧树杆，两腿一蹬，两手抱住树杆，人向上移，然后两手抱紧树杆，收腿提脚上移，一步步向上爬行。
该机器人的爬行动作原理示意如图1所示。
既然是仿生尺蠖式蠕动，那么在本机器人的设计中，将以实现机器人躯干的伸缩为往复运动的主要动作为目标。
往复运动的实现有很多种常见的机构有：不完全齿轮齿条双侧停歇机构、曲柄连杆机构、圆柱齿轮齿条机构、螺旋丝杆机构等。
这▲图2 机器人结构原理图几种机构各有自己的优缺点，曲柄连杆机构可以很好。
地协调好机器人的整体工作。
从图1中可以看出，机器人的爬行动作原理可分为以下5f ：1)在初始状态1时，下机械手夹紧、上机械手松开(见图2所示)。
2)电机回转，驱动曲柄及和曲柄固接在一起的下并联盘形凸轮顺时针转动，推动下机械臂摆动，与此同时带动和连杆固接在一起的上移动凸轮向下移动，推动上机械臂摆动，当下并联盘形凸轮转过升程角时，下机械手松开；与此同时上移动凸轮向下移动过空行程，上机械手抓紧，即状态2。
3)电机继续回转，此时上机械手夹紧、下机械手松开，机器人下部在电机的提升拉力作用下向上移动，当曲柄和连杆重叠共线时，机器人下部被提升到极限位置，即状态3。
4)电机继续回转，当下并联盘形凸轮转过回程角时，下机械手夹紧；与此同时上移动凸轮向上滑过空行程，上机械手松开，即状态4。
5)电机继续回转，因为下机械手夹紧、上机械手松开，所以机器人上部在电机的提升推力作用下向上移动，当曲柄和连杆拉直共线时，机器人上部提升到极限位置，即状态5。
从图2和图1可看出，减速电机每转动一圈，机器人整体向上爬行一次，重复状态1～5就可以准确实现机器人机械手之间的协调动作和机器人整体的蠕行爬行。
通过实验，证明了该机器人的可用性和稳定性。
第三章机器人爬行部分的结构设计1.工作现状——变直径杆爬行问题的提出现实生活中，由于结构和力学上的要求，均采用了变直径杆，如路灯杆、悬索桥钢索、杆状城市建筑等(如图3所示)。
如今，国内外研制的各种电机机械式爬行器均有一个缺陷，它们大多采用凸轮机构夹紧，由于凸轮机构的不可伸缩性，它们均只能爬行等直径杆，而变直径杆的爬行则只能依靠昂贵、庞大的气动爬行器来解决。
2.工作原理——变直径杆爬行问题的解决如图2和图6所示，机器人机械手的夹紧采用预紧弹簧使机械手夹紧在杆体上，采用凸轮的运动来控制夹爪的动作，避免了直接采用凸轮夹紧机构的不可变性。
滚子只在凸轮的远休止角处(凸轮大径)和凸轮接触。
而在其它位置，滚子处于悬空状态，如图4，虚线所围区域为滚子的活动范围，它随着机器人爬行的杆件直径尺寸的变化而自适应，这样，机器人就可以依靠弹簧的预紧力爬行一定尺寸范围内的变直径杆。
图53.机器人主体尺寸参数的确定——机器人整体的协调动作在此类爬行机器人的设计中，我们要注意的一个关键点就是机构的连贯协调动作的完成，特别是机械手的协调动作、机械手和躯干(曲柄连杆机构)之间的协调动作。
而机械手之间的协调动作又要依赖于曲柄连杆机构、凸轮摆杆机构之间的协调动作。
设计中还采用了SolidWorks软件来进行机构的尺寸参数的确定。
特别是上移动凸轮和下并联盘形凸轮的设计，它们都要依靠曲柄、连杆的相对运动以及工作范围来确定尺寸参数，而曲柄、连杆的尺寸参数的设计依赖于它们的运动规律和机构整体的尺寸。
从图1、图5中可以看出曲柄、连杆的尺寸和上移动凸轮、下并联盘形凸轮尺寸之间有着紧密的联系。
4. 机器人的结构设计机器人的机械结构如图6所示。
整个机体长约250mm，宽约150 mm，高约400 mm，总重不超过5 kg(包括电机重3 kg)。
爬行部分主体结构为2根长为400 mm的铝合金管(可以用硬塑料管代替)作为机架和机器人上部滑动的导杆，同时作为旋转部分的轴，结构紧凑、零件多功能。
以导杆为转动轴和固定支架，其上下分别设置有上、下机械手连接臂，两对机械臂以导杆为转动轴，其上装有上、下机械手。
在上、下机械臂的另一端分别设置有弹簧，弹簧的作用是使机械手产生足够的摩擦力抱紧立柱。
在导杆的下部设置有电机，其输出轴上安装有并联盘形凸轮和曲柄。
曲柄通过连杆与移动凸轮相连。
曲柄连杆机构带动机构上部的移动凸轮运动，实现机构的上升和相对运动。
凸轮联动机构由两套凸轮摆杆机构构成，其中一套由上机械臂和移动凸轮构成，另一套由下机械臂和并联盘形凸轮构成，它们分别装在导杆的上、下部。
通过曲柄、连杆将并联盘形凸轮、移动凸轮连接起来，使整个机构形成一个整体，上部的摆杆机构在曲柄连杆机构的作用下可以沿导杆上下移动。
在电机的驱动下，上、下部机械臂摆动并带动机械手依次实现夹紧和放松的联动。
设计中还要注意以下2点：一是机器人的动力应足够；二是机器人的运行要平稳、无抖动。
第四章机器人主体运动建模及仿真3．1 运动学建模和仿真——曲柄滑块机构的运动规律曲柄滑块机构运动原理见图7。
曲柄滑块机构将曲柄的回转运动转变为滑块(移动凸轮)的往复直线运动。
曲柄长r：60 mm，连杆长Z=220 mm，电机转速09= 25 r／m ino取0为坐标原点，P在轴上的坐标为，用表示滑块的位移。
利用三角关系得：rcos0+z41一(r2／ )sin 0 (1)由于0=tot，故滑块速度和加速度a分别为= (dx／dt)=(dx／d )(dOld )=C．O(dx／d )=一oJrsin 【1+rcos0／4 —r2sin 0】 (2) a=(dv／dt)= (dv／d0)= 一 r[COS0+ r(／％os20+r2sin4 )／( 一r2sin ) (3)同时基于关系式lsin口=rsln则摆角的表达式口=arcsin【(r／Z)sin0】 (4)对式(3)、(4)中t两次求导d ／dt = 一sin ( 一r2)／( 一产sin。
) ，2(5)式(3)、(5)比较复杂，不易求解。
因式(1)中，r2／<<1，由(1+ ) =1+ +⋯，l l<1，可将滑块位移的模型(1)近似为1=rcos0+Z(1一( ／2 Z )sin 0】 (6)从而有响应的近似速度与近似加速度al=d l／dt：(d 1／d )(dO／dt)= 一 r[sin0+(r／2 Z)sin20】 (7)a1=d l／dt= 一 r【COS0+(，／z)cos2 1 (8)图8为滑块位移和行程曲线图，图9为滑块速度曲线图，图l0为滑块加速度曲线图。
对摆角口可以利用幂级数展开的麦克劳林公式：arcsin = 占+ ／6 + ⋯．1 I< 1得到摆角的近似模型届=(r／Z)sin0相应近似角速度dfl／dt= (r／Z)COS0 (9)近似角加速度d2JBI／dt = 一。
(r／Z)sin0 (10)图11为连杆摆角的角速度曲线图，图l2为连杆摆角口的角加速度曲线图。
从以上可以看出，在一个周期内，滑块和连杆摆角口的速度曲线和加速度曲线均平滑、无拐点，整个机构模拟运动平稳，无抖动。
3．2 力学建模和仿真——连杆受力分析电机旋转过程中，连杆对上连接件的力分为水平分力和竖直分力，竖直分力就是电机的提升力，水平分力对机构的稳定性来讲是有害的。
电机旋转过程中，电机的提升力为：Fl=Fcos(90。
一0一 )cosfl=Fsin(0+卢)cos／3(11)图l3为电机的提升力曲线图。
图中可以看出，当上机械手夹紧、下机械手放松，机器人下部向上运动时，上机械手产生的提升力为左边(图上显示为0～1．25s)的曲线，下部设计重量为50 N，即曲柄转过17．5。
参考文献1 徐生，张立彬，杨庆华．气动蠕动爬杆机器人【J】．机械工程师，2004 (3)．2 赵松年．现代机械创新产品分析与设计【M】．北京：机械工业出版社，2000．3 王永贞，沈坚，谈士力．球形壁面爬行机器人的运动学分析与仿真【J】．机电一体化，2001(5)．4 王晓光，陈明森，张青．立柱清洗机器人【P】．中国专利，200810046602．5。