气动爬行机器人设计
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
方 向平移 气缸 活 塞 杆 浮 动 ， 缸体 被 固定 ； 为 方 ④
向平 移气缸 活塞 右移 ； 为 方 向脚 气 缸伸 出 ，Ｙ平 ⑤ Ｘ 移气 缸活 塞杆 固定 ； 为 ｙ方 向脚 气 缸 收 回 ， 方 向 ⑥ 平移气 缸缸 体 浮动 ； 为 方 向平 移气 缸缸 体带 动相 ⑦
气 的方 向 ， 图中 以圆表示脚 气缸 ， 心表 示活塞 杆缩 回 空 状态 ， 面表示 活 塞杆 伸 出状 态 。在 初 始状 态 时 爬 行 剖
机器 人脚 气缸 缩 回， 方 向平 移气 缸 活塞 相 对 缸 体 处 于最 左端 ， ｙ方 向平 移 气 缸 活塞 相 对 于缸 体 处 于 最 上
２ 机械 结构设 计
移去７ 、９ ０ １ 、８ 、１ 、１
￡ ｊ 一－
如图 １ 所示 ， 步距 式 气 动 爬行 机 器 人 的运 动 由相
互垂 直 的 、 ｙ方 向平 移 气缸 和 ８个 双 作用 单 出杆 气 缸 完成 ， 平移气 缸为 双作用 双 出杆气缸 ， 结合 滚动 直线
轴 承导套 副机 构实 现水 平 移 动 ， 适用 于轻 载 快速 运 动
３ ）导 向轴校 核 作 用 力 Ｎ＝ ３ ５Ｎ， ０ ０ ２ｒ， ０ ２ ４Ｉ， ２ ． 口＝ ． ５ Ｌ＝ ．６ Ｅ＝ ｎ ｎ ２ ６Ｇ ａ ， ０ ６ ３ Ｅ ８ 如 图 ３所示 ： ０ Ｐ ，＝ ．４４ 一，
端， 相应滑 台板 与活塞杆 固定连接。① 为初始 状态； ② 为 Ｘ 方向脚气缸伸出， Ｙ 机器人被支撑起来 ， 相当于 ｙ平移气 缸 活塞杆 被 固定 ； 为 方 向脚气 缸 收 回 ， ③
２ ８
液ຫໍສະໝຸດ Baidu与气动
２１ ００年第 １ Ｏ期
气 动 爬 行 机 器 人 设 计
马 俊 峰 。 立 平 唐
Ｔ ｅ ｄ ｓｇ ｆｐ ｅ ｍａ ｉ ｌ ｉ ｇ ｒ ｂ ｔ ｈ ｅ ｉｎ ｏ ｎ ｕ ｔ ｃｉ ｎ ｏ ｏ ｃ ｍｂ
ＭＡ Ｊ ｎｆｎ ，Ｔ Ｇ ｉｐｎ ｕ — ｇ ＡＮ Ｌ —ｉｇ ｅ
场 合 。为 了实 现 、， 向的爬 动 ， 平 移气 缸分 别 固 ｌ方 两 联 在主 连接板 上下 两 面 上 ， 呈 十字 分 布 。单 出杆 气 并 缸 实现机 器人 的升 降运动 。 由于两平移 气缸 不处 于 同
一
１主连接板 ２ 导向轴支座 ３ 导向轴 ４ 连接件 ． ． ． ．
（ 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
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
７ Ｌ形支架 ． １． １ 滑台连接板
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
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 用场 合 ， 如安 全 、 筑 、 建 国防
１ 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
系统 ， 集成 度 高 ， 安全 可靠 ， 一 定扩展 性 。 有
关键词 ： 爬行 机 器人 ； 气动 系统 ；Ｌ ＰＣ 中图分类 号 ：Ｐ ４ ；Ｈ１８ 文献 标识 码 ： 文 章编 号 ：０ ０４ ５ （０ ０ １ ４ ２ － Ｔ ２ １Ｔ ３ Ｂ １０ －８ ８ ２ １ ）０ ３ ８０ ０ ４
人要 完成 在与 水平 面成 一 定 角 度 的各 种 壁 面上 移 动 ，
１ ５
它主要 完成两 个任务 ， 是吸 附 ， 一 二是 移动 。吸 附的方 式 主要有 电磁 、 气动 负压 与螺旋 桨推压 等 ， 中气 动负 其
压 吸附方 式应用 较广 ， 甚至 有无 源负压 吸 附方 式 ¨ Ｊ 。 本 文忽 略气动爬 行机 器 人 的吸 附功 能 ， 究设 计 机 器 研 人 的爬行 功能 ， 通过对 其机 械结 构及控 制 系统 设计 ， 实 现 步距式 爬行 功能 。
图 ３ 导 向轴 校 核 受 力 图
最 大挠度 厂ａ＝ ｍ ｘ
（ ４２ ３— ａ）＝１４ 。 ｍｍ ．ｅ８
应滑板相对于活塞右移 ； 为 ｙ ⑧ 方向脚气缸伸出， ２ 与
气缸状 态一 致 ， 次循 环下 去 。 依
作者简介 ： 马俊峰 （ ９ ８ ） 男 ， １７ 一 ， 江苏如皋 人 ， 师 ， 士 ， 讲 学 主
要从事液压、 气动技术及 Ｐ Ｃ方面的教学和科研工作 。 Ｌ
２１ ０ ０年第 １ ０期
液压与 气动
用 面积 Ａ＝ ６ ｍ ＞ ４ ｍ ＝ ０引。 ２４ｍ ２ ７ｍ Ａ
２ ９
向平 移气缸 活塞 右移 ； 为 方 向脚 气 缸伸 出 ，Ｙ平 ⑤ Ｘ 移气 缸活 塞杆 固定 ； 为 ｙ方 向脚 气 缸 收 回 ， 方 向 ⑥ 平移气 缸缸 体 浮动 ； 为 方 向平 移气 缸缸 体带 动相 ⑦
气 的方 向 ， 图中 以圆表示脚 气缸 ， 心表 示活塞 杆缩 回 空 状态 ， 面表示 活 塞杆 伸 出状 态 。在 初 始状 态 时 爬 行 剖
机器 人脚 气缸 缩 回， 方 向平 移气 缸 活塞 相 对 缸 体 处 于最 左端 ， ｙ方 向平 移 气 缸 活塞 相 对 于缸 体 处 于 最 上
２ 机械 结构设 计
移去７ 、９ ０ １ 、８ 、１ 、１
￡ ｊ 一－
如图 １ 所示 ， 步距 式 气 动 爬行 机 器 人 的运 动 由相
互垂 直 的 、 ｙ方 向平 移 气缸 和 ８个 双 作用 单 出杆 气 缸 完成 ， 平移气 缸为 双作用 双 出杆气缸 ， 结合 滚动 直线
轴 承导套 副机 构实 现水 平 移 动 ， 适用 于轻 载 快速 运 动
３ ）导 向轴校 核 作 用 力 Ｎ＝ ３ ５Ｎ， ０ ０ ２ｒ， ０ ２ ４Ｉ， ２ ． 口＝ ． ５ Ｌ＝ ．６ Ｅ＝ ｎ ｎ ２ ６Ｇ ａ ， ０ ６ ３ Ｅ ８ 如 图 ３所示 ： ０ Ｐ ，＝ ．４４ 一，
端， 相应滑 台板 与活塞杆 固定连接。① 为初始 状态； ② 为 Ｘ 方向脚气缸伸出， Ｙ 机器人被支撑起来 ， 相当于 ｙ平移气 缸 活塞杆 被 固定 ； 为 方 向脚气 缸 收 回 ， ③
２ ８
液ຫໍສະໝຸດ Baidu与气动
２１ ００年第 １ Ｏ期
气 动 爬 行 机 器 人 设 计
马 俊 峰 。 立 平 唐
Ｔ ｅ ｄ ｓｇ ｆｐ ｅ ｍａ ｉ ｌ ｉ ｇ ｒ ｂ ｔ ｈ ｅ ｉｎ ｏ ｎ ｕ ｔ ｃｉ ｎ ｏ ｏ ｃ ｍｂ
ＭＡ Ｊ ｎｆｎ ，Ｔ Ｇ ｉｐｎ ｕ — ｇ ＡＮ Ｌ —ｉｇ ｅ
场 合 。为 了实 现 、， 向的爬 动 ， 平 移气 缸分 别 固 ｌ方 两 联 在主 连接板 上下 两 面 上 ， 呈 十字 分 布 。单 出杆 气 并 缸 实现机 器人 的升 降运动 。 由于两平移 气缸 不处 于 同
一
１主连接板 ２ 导向轴支座 ３ 导向轴 ４ 连接件 ． ． ． ．
（ 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
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
７ Ｌ形支架 ． １． １ 滑台连接板
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
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 用场 合 ， 如安 全 、 筑 、 建 国防
１ 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
系统 ， 集成 度 高 ， 安全 可靠 ， 一 定扩展 性 。 有
关键词 ： 爬行 机 器人 ； 气动 系统 ；Ｌ ＰＣ 中图分类 号 ：Ｐ ４ ；Ｈ１８ 文献 标识 码 ： 文 章编 号 ：０ ０４ ５ （０ ０ １ ４ ２ － Ｔ ２ １Ｔ ３ Ｂ １０ －８ ８ ２ １ ）０ ３ ８０ ０ ４
人要 完成 在与 水平 面成 一 定 角 度 的各 种 壁 面上 移 动 ，
１ ５
它主要 完成两 个任务 ， 是吸 附 ， 一 二是 移动 。吸 附的方 式 主要有 电磁 、 气动 负压 与螺旋 桨推压 等 ， 中气 动负 其
压 吸附方 式应用 较广 ， 甚至 有无 源负压 吸 附方 式 ¨ Ｊ 。 本 文忽 略气动爬 行机 器 人 的吸 附功 能 ， 究设 计 机 器 研 人 的爬行 功能 ， 通过对 其机 械结 构及控 制 系统 设计 ， 实 现 步距式 爬行 功能 。
图 ３ 导 向轴 校 核 受 力 图
最 大挠度 厂ａ＝ ｍ ｘ
（ ４２ ３— ａ）＝１４ 。 ｍｍ ．ｅ８
应滑板相对于活塞右移 ； 为 ｙ ⑧ 方向脚气缸伸出， ２ 与
气缸状 态一 致 ， 次循 环下 去 。 依
作者简介 ： 马俊峰 （ ９ ８ ） 男 ， １７ 一 ， 江苏如皋 人 ， 师 ， 士 ， 讲 学 主
要从事液压、 气动技术及 Ｐ Ｃ方面的教学和科研工作 。 Ｌ
２１ ０ ０年第 １ ０期
液压与 气动
用 面积 Ａ＝ ６ ｍ ＞ ４ ｍ ＝ ０引。 ２４ｍ ２ ７ｍ Ａ
２ ９