气动爬行机器人设计
气动爬杆机器人的研制
·开发与创新·0引言在市政工程中，有大量的安装及维修等工作需要爬杆作业。
对于较粗的杆件，人工攀爬和工程车作业都比较方便，但是对于一些直径较细，强度较小的杆件比如路灯杆等，人工攀爬较为困难。
应用带升降机的工程车进行作业，作业成本较高，而且对于狭窄的胡同，工程车难以进入，造成作业困难，因此爬杆机器人的研制一直是市政工程研究的热点[1~4]。
本文设计了一种基于气动元件的爬杆机器人基座，可攀爬普通的杆件，对杆件的直径有较强的适应性。
该气动爬杆机器人载重可达10Kg ，可广泛应用于市政杆件攀爬作业中。
1气动爬杆机器人的机构设计和气路设计考虑到爬杆机器人主要是野外作业，且其爬行的高度、精度相对要求较低，因而本爬杆机器人采用了较简单的结构设计，机器人结构如图1所示。
在图1所示的前后顶杆面向杆件的一侧镶有胶皮，以增大机器人爬杆时的摩擦力。
当该机器人要爬杆时，抽出前顶杆7一端的销钉，将杆件包揽到上下前顶杆7、后顶杆5的中间，然后全部夹紧上下水平夹紧气缸1。
此时，松开下部的水平夹紧气缸1，垂直气缸8收缩，提升机器人的下部，然后夹紧下部的水平气缸1，使下部的后顶杆5和前顶杆7夹紧杆件，然后松开上部的水平夹紧气缸1，此时垂直气缸8的活塞伸出，使机器人的上部上移，一个上升的循环结束；机器人向下爬行时过程相反。
当水平夹紧气缸动作时，其活塞前端的联接块4与后顶杆紧固联接，后顶杆两端的滑动销钉可在侧杆6中滑顺地运动。
爬杆机器人的气路设计如图2所示。
A 与C 为垂直气缸，B 和D 分别为上水平夹紧气缸和下水平夹紧气缸。
当机器人向上爬时，首先上水平气缸将杆件抱紧，然后下水平气缸松开杆件，垂直气缸收缩，带动下面的支架上移，然后下水平气缸抱紧杆件，上水平夹紧气缸松开，垂直气缸伸出，带动上支架上移，循环往复，机器人爬到杆件上方。
机器人从杆件上爬下时，顺序正好相反。
2气动爬杆机器人的控制系统设计考虑到机器人的负重及控制方便等原因，机器人的气动爬杆机器人的研制沈孝芹1，张蔚波1，张凤琴2，于复生1，宿孝庆1（1.山东建筑大学机电工程学院，山东济南250101；2.莱钢股份公司炼钢厂，山东莱芜271126）收稿日期：2008－12－08作者简介：沈孝芹（1974-），女，山东潍坊人，在读博士，副教授。
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。
气动折纸爬壁机器人的设计与性能分析
气动折纸爬壁机器人的设计与性能分析目录一、内容简述 (2)1. 研究背景及意义 (2)1.1 机器人技术在攀爬领域的应用 (4)1.2 气动折纸机器人的研究现状 (4)1.3 爬壁机器人在实际应用中的价值 (6)2. 研究目标与内容 (7)2.1 设计目标 (8)2.2 研究内容 (9)二、气动折纸爬壁机器人设计原理 (10)1. 气动折纸技术概述 (11)1.1 折纸艺术简介 (12)1.2 气动折纸技术原理 (13)2. 机器人结构设计 (14)2.1 主体结构设计 (16)2.2 行走机构设计 (17)2.3 控制系统设计 (18)三、气动折纸爬壁机器人性能分析 (19)1. 动力学性能分析 (20)1.1 运动学模型建立 (22)1.2 动力学性能仿真分析 (23)2. 爬行性能分析 (24)2.1 爬行能力评估指标 (26)2.2 不同壁面爬行性能分析 (26)3. 稳定性分析 (28)3.1 静态稳定性分析 (29)3.2 动态稳定性研究 (30)四、实验与分析 (32)一、内容简述本文档旨在全面介绍气动折纸爬壁机器人的设计与性能分析，气动折纸爬壁机器人是一种新兴的特种机器人技术，结合了气动技术和折纸机械的创新设计，使其能够在各种复杂环境中如墙面、天花板等实现高效、稳定的攀爬与作业。
文档将详细介绍气动折纸爬壁机器人的设计原理，包括其结构组成、关键部件以及材料选择等。
通过折纸的折叠和展开原理，实现了机器人在墙面上的平稳移动和精确定位。
性能分析是本文档的核心部分，将对气动折纸爬壁机器人的运动性能、承载能力、稳定性和可靠性等方面进行深入研究。
通过实验数据和仿真模拟，评估机器人在不同工况下的表现，并提出优化建议。
文档还将探讨气动折纸爬壁机器人的应用领域和未来发展趋势。
随着技术的不断进步和应用场景的拓展，这种机器人将在更多领域发挥重要作用，如救援、清洁、检查等。
文档将对整个设计与性能分析工作进行总结，指出研究的局限性和未来可能的研究方向，为相关领域的研究者和开发者提供参考和借鉴。
四自由度多用途气动机器人结构设计及控制实现
四自由度多用途气动机器人结构设计及控制实现首先，四自由度多用途气动机器人的结构设计包括机器人的机械结构和气动元件的选择。
机械结构应尽量简单、紧凑，以减少机器人的体积和重量。
同时，机械结构应该能够实现机器人的各种运动，如平移、旋转和弯曲等。
为了实现这些运动，可以采用链式结构或并联结构。
链式结构由多个连接件组成，通过连接件的运动实现机器人的运动。
并联结构由多个执行器和驱动器组成，每个执行器驱动机器人的一个运动自由度。
气动元件的选择应根据机器人的需求和工作环境来确定，常用的气动元件有气缸和气动执行器等。
气动元件具有体积小、重量轻、响应快等优点，适合用于多自由度机器人的驱动。
其次，四自由度多用途气动机器人的控制实现包括机器人的运动规划和运动控制。
机器人的运动规划是指确定机器人在工作空间中的轨迹和姿态。
一般可以通过运动学模型和逆运动学模型来实现机器人的运动规划。
运动学模型描述了机器人的姿态和轨迹之间的关系，逆运动学模型则反过来计算机器人的关节角度和末端姿态。
运动控制是指控制机器人按照规划的轨迹和姿态进行运动。
控制方法可以采用开环控制或闭环控制。
开环控制是通过预先设定的轨迹和姿态来控制机器人的运动，闭环控制则通过传感器反馈来调整机器人的运动。
根据机器人的需求和控制精度要求，可以选择适合的控制方法。
综上所述，四自由度多用途气动机器人的结构设计和控制实现是一个相互关联的过程。
机械结构应能够实现机器人的各种运动，气动元件的选择应根据机器人的需求和工作环境来确定。
机器人的运动规划和运动控制则是必不可少的，可以通过运动学模型和逆运动学模型来实现机器人的运动规划，通过开环控制或闭环控制来实现机器人的运动控制。
通过合理的结构设计和控制实现，四自由度多用途气动机器人可以完成各种任务，具有广泛的应用前景。
毕业设计爬杆机器人机械结构设计
毕业设计爬杆机器人机械结构设计
1.机构设计：
机构设计是爬杆机器人的基础，主要包括爬杆机器人的外部结构和内
部结构。
外部结构需要考虑机器人的稳定性和韧性，内部结构需要考虑机
器人的自动控制和运动功能。
2.驱动设计：
驱动设计是爬杆机器人实现运动的关键。
常见的驱动方式包括电机、
液压和气动。
在设计中需要综合考虑驱动性能、功率和成本等因素，选择
适合的驱动方式。
3.传动设计：
传动设计关系到爬杆机器人的运动效率和精度。
常见的传动装置包括
齿轮传动、皮带传动和链传动。
在设计中需要考虑传动装置的可靠性、精
度和噪声等因素，选择适合的传动方式。
4.材料选择：
材料选择是爬杆机器人机械结构设计中重要的一环。
需要选择轻量化、高强度和耐磨性好的材料，以提高机器人的负载能力和使用寿命。
总之，在进行爬杆机器人的机械结构设计时，需要充分考虑机器人的
稳定性、驱动性能、传动效率和材料选择等方面，以实现机器人的正常运
行和高效工作。
气动爬行机器人 液压系统的设计与实验说明书
气动爬行机器人液压系统的设计与实验姓名：曲艳行课题组分工或贡献：曲艳行电气部分姚宇林机械部分孟昭亮、毕杰气动部分课程名称：液压传动系统、气压传动及控制、电液伺服与比例控制系统指导教师：赵静一2014年11月25日1.气动足式机器人简介移动机器人按移动方式大体分为两大类；一是由现代车辆技术延伸发展成轮式移动机器人（包括履带式）；二是基于仿生技术的运动仿生机器人。
运动仿生机器人按移动方式分为足式移动、蠕动、蛇行、游动及扑翼飞行等形式,其中足式机器人是研究最多的一类运动仿生机器人。
自然环境中有约50％的地形，轮式或履带式车辆到达不了，而这些地方如森林，草地湿地，山林地等地域中拥有巨大的资源，要探测和利用且要尽可能少的破坏环境，足式机器人以其固有的移动优势成为野外探测工作的首选，另外，如海底和极地的科学考察和探索，足式机器人也具有明显的优势，因而足式机器人的研究得到世界各国的广泛重视。
现研制成功的足式机器人有1足，2足，4足，6足，8足等系列，大于8足的研究很少。
曾长期作为人类主要交通工具的马，牛，驴，骆驼等四足动物因其优越的野外行走能力和负载能力自然是人们研究足式机器人的重点仿生对象。
因而四足机器人在足式机器人中占有很大的比例。
长期从事足式机器人研究的日本东京工业大学的広濑茂男等学者认为：从稳定性和控制难易程度及制造成本等方面综合考虑，四足机是最佳的足式机器人形式，四足机器人的研究深具社会意义和实用价值。
2.气动爬行机器人机械原理2.1 机械结构图2.1为六足爬行机器人的机械结构的三维示意图，主要由汽缸提供动力，铝板制作的双层三角和两组三足为支撑，可实现前进、后退、左转、右转、急停、复位的自由切换。
2.2 运动原理机器人的支撑：机器人6只足分别均分布在两个等边三角形的顶点上[4]。
机器人在行走过程中，两组足交替支撑。
两组足中的任一组三足可独立支撑起整个机器人身体，机器人重心始终落在A组或B组三足的三角形区域内，因此在平面爬行中没有倾覆的危险。
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。
气动六足壁面爬行机器人控制系统的开发
中 国科 技信 息 ２ ０ １ ４年 第 ２ ２期 ・ Ｃ ＨＩ Ｎ Ａ Ｓ Ｃ Ｉ Ｅ Ｎ Ｃ Ｅ ＡＮ Ｄ Ｔ Ｅ Ｃ ＨＮ ＯＬ ＯＧ Ｙ Ｉ Ｎ Ｆ ＯＲ ＭＡ Ｔ Ｉ ＯＮ Ｎ ｏ ｖ ． ２ ０ １ ４
基金项 目：上海工程技术大学市级大学 生创新训练项 目 （ ｃ ｓ １ ３ ０ １ ０ １ ２ ）
Ｄ Ｏ Ｉ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ －８ ９ ７ ２ ． ２ ０ １ ４ ． ２ ２ ． ０ ０ ４
气 动六足壁 面爬行机器人 控制系统 的开发
概述
进人 ２ ｌ 世纪 以来 ，机 器人 在各 行各 业 中都得 到 了广 泛 的应用 和发展 ， 其 研究 与应用水 平 已成为 一个 国家经济实 力
杨慧斌
杨 慧斌
马春港
汪
满
吴竹霞
齐亚梦
上海工程技术大学机械工程学 院 杨慧斌 ， 上海工程技术 大学机械工程 学院 职位 ：实验 师。
气动六足壁 面爬行 机 器人 是一个 采用真 空吸 附和 Ｐ Ｌ Ｃ （ 可编程控 制 器） 控制技 术的 系统 。 文章详细 阐述 了机 器人 的机械 组成 、 气动和控制 系统 以及运 动顺序 等。机 器人控 制 系统选 用 了西门子 ￥ ７ － ２ ０ ０系列 Ｐ Ｌ Ｃ 作 为核心 ， 采用 Ｐ Ｌ Ｃ 顺序控制 完成 了对机 器人 运动控 制 的编程 ， 最终 实现 了机 器人 在壁 面上稳 定地 进行 直行 以及转向运动。
熟 悉机 器 人 的运 动流 程 ，确 定输 入 ／输 出点 的 个数 ，
由此 分配 Ｐ ＬＣ的 Ｉ ／ ０点。
接部件用于连接机器人的各个机械部分 ，保证机器人的机 械 结 构的 稳定 性 。 （ 图ｌ ：机 械结 构 图 ）
气动爬缆机器人设计理论分析
作环 境适应 性号 炮 ，不会 因环境 变化影 响传 动及控制性能 ，阻力损失和泄漏较小 ， 不会污 染 环境 。 （） 器人采 用 Ｐ Ｃ控制 ，可靠性高 ，改 ３机 Ｌ 变程序 灵活 。 可进行 时间控制 ， 行程控制和混 合控制 ，都可通过设 定 Ｐ Ｃ程序 来实现 。可 Ｌ 根据 机械 手的动作 来修 改程 序 ，是爬缆 机器 使 机械 手可 以在缆索 上 可靠的 夹紧 。在主 体 人通 用性 更强 。 上 共分 两层布 置六 只夹 紧气缸 。导 向机构 由 三只与 夹紧 气缸平 行的带导 柱 气缸组 成 ，导 参考文献 向气缸 分别驱 动导 向轮使 机械手 在缆索 上定 【】姜佩东 ． ｌ 液压与 气动技术 ． 北京 ： 高等教育 心， 并分 别随 主体在缆索上移动 。 移动 机构由 出版社 ，２ ０ ． ０ ０ 两只移 动气缸 实现移 动功 能 ，气缸 上部分 的 【】徐元 昌． ２ 工业机 器人 ． 京 ： 北 中国轻工业出 活塞杆端 头 通过螺 纹与 上体连接 ，缸体 的底 版 社 ，ｌ ９ ． ９ ８ 度 ，则第 Ｈ艮 缆索 长度 ，倾 斜角 ，ａ 、斜度 部连于下体 。 【】何存兴 ， ３ 张铁华 ． 液压转 动与气压转 动 ． 华 根据 机 器人的 整体结 构 ，结 合 气压 传动 阻力 Ｆ分 别为 中科技大学 出版社 ， ２０ ． ００ 下式 中 ： 为 动力导线单 位重量 ， 为 的特 点 ，考 虑将机 器人 的的 气压传 动系统分 移 单个拉环重量 ，△ ｌ为设置拉环 间距 ， 表示 成三个回路单元 ：夹紧回路、导 向回路 、 动 【】 回路 。气动 系统包括气动 阀和汽缸 等。气动阀 取整数值 。 包括电子换 向阀、减压 阀、节 流阀 、安全 阀。 ‘ （ １， （一Ｊ１ ： √ ， 一 ） （ ，） Ｊ ＋ ， ＋ ＋ 气源由空气压缩 机 ，经分 水过 滤器 ，调压 阀、 ｑ： — １ｉ）ｓ （＋一 】 ｔ Ｋ ＋一）／ ， 】，） ｇ ｂ（ Ｉ 油雾器、气管进入各汽缸以控制 的动作 。 动 移 气缸 采用低摩擦缸 ， 夹紧 气缸选 用薄行缸。单 Ｆ ＝ 娟 ｇ１ ｇ ｌ｜ １ｎ ： Ｉ， ｓ ｎ ｃ ｌｉ 向节流 阀控 制各 气缸 排 气调速 ，使 各气缸 保 爬缆 机 器人的 力学 参数分 别有 上下 自重 持 同步 动作 ，导 向缸 的 进气 回路 中设 有减 压 和负载重 ， 移动缸 、夹紧缸 ， 向缸的 工作压 导 阀以调 节其 所需压 力 。移 动 气缸装 有安全 阀 力、内径及 活塞杆直径 ， 移动气缸 活塞产生的 保 护气缸 。 推力 ，推 力反作用 力 、缆索 对机械 手的 支持 机 器人 工作流程 。选 择上 升状 态 ，机 器 力， 器人 爬升时导 向轮的总摩 擦力。当上下 机 人将完 成以 下动作 ：上 夹紧控 制 电磁 阀得 到 体夹紧 气缸 夹紧或 松开时 ，为使爬 缆机 器人 信号 ，上夹 紧气缸 松开 ，伸缩 控制 电磁 阀得 保持 平衡 ， 三个夹紧爪 同时 夹紧缆索 ， 由夹紧 到信号 ，伸缩 气缸 伸长 ，上夹 紧控制 电磁 阀 气缸活 塞杆 的推 力产生 的与缆索 表 面间 的摩 得到信号 ，上夹 紧气缸夹 紧 ，下夹 紧控制 电 擦 力 应大 干沿 缆 索轴 线的 下滑 力。 磁 阀得 到信号 ，下夹紧 气缸松 开 ，伸缩控制 爬缆 机 械手 上 行 条件 ：当 上体 上 升时 ， 电磁 阀得到信 号 ，伸缩 气缸缩 回 ，下夹紧控 ２ 个移 动气缸活 塞杆 的推力之和应大干爬缆 机 制 电磁 阀得 到信号 ，下 夹紧 气缸 夹 紧 ，然后 械手上体 向上移 动的阻 力。 循 环 以上 步骤 即可 实现 机 器人 的上 升 爬行 。 此时移 动缸 受到 向下 的推 力 ，应使 下体 当选 择 下 降 状 态时 ，机 器人 将 完 成 以 下动 夹紧爪 与缆索 产生的 摩擦 力应该 大 干移动 气 作 ：下夹 紧控 制 电磁 阀得 到信号 ，下夹紧 气 缸 向下的 推 力与下体 自重 、负载重 之和 。当 缸 松开 ，伸缩控 制 电磁 阀得 到信 号 ，伸缩 气 下体 上升时 ，２个移 动气缸 活塞 刚 的拉 力之
爬行机器人的设计
本科毕业设计（论文）通过答辩油管内壁爬行机器人的设计本科毕业设计（论文）通过答辩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。
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。
本科毕业设计（论文）通过答辩目录前言....................................................................... １1 方案的结构选择........................................................... １1．1总体选择............................................................ １1．2前进方案的选择...................................................... １1．3卡紧方案的选择...................................................... １1．4旋转方案的选择...................................................... ４1．5调节方案的选择...................................................... ４1．6结构方案改进........................................................ ６2 主要部件的计算选择....................................................... ７2．1步进电机的选择...................................................... ７2．2推拉式电磁铁的选择.................................................. ９3 关键件的校核........................................................... １１3．1丝杠的校核........................................................ １１3．2轴承的校核........................................................ １１3．3键的校核.......................................................... １１4 驱动系统设计........................................................... １２5 机器人工作过程......................................................... １４6 控制系统的设计......................................................... １５6．1电磁铁及步进电机的控制............................................ １５6．2控制系统的硬件设计................................................ １５7 结论................................................................... ２２参考文献................................................................. ２３附录A ................................................................... ２４附录B ................................................................... ２８1 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。
基于PLC的气动爬杆机器人设计
电气工程基于PLC 的气动爬杆机器人设计郭昊坤（江阴职业技术学院电子信息工程系，江苏 江阴 214405）摘要：在市政工程中，有大量的安装、维修等工作需要爬杆作业，且随着科技的进步，高空作业高度越来越高，人工作业越发困难，传统的人力喷水清理方式的缺点已日益显著。
设计了一种基于PLC 的气动爬杆机器人，给出了其设计方案、硬件与软件系统设计，并通过联机调试证明了其正确性。
关键词：PLC；气动；爬杆机器人；设计；联机调试Design of Pneumatic Climbing Rod Robot Based on PLCGUO Hao-kun(Department of Electronic Information Engineering, Jiangyin Polytechnic College, Jiangyin, Jiangsu 214405, China)Abstract: In municipal engineering, there are a large number of installation, maintenance and other work needs to climb pole operation. And with the advancement of science and technology, the height of aerial work is getting higher and higher, and the manual work is more and more difficult. The shortcomings of the traditional man-made spray cleaning methods have become increasingly apparent. One kind of pole-climbing robot is designed based on PLC pneumatic. Its design, hardware system design and software system design are given. And through on-line debugging proved its correctness.Key words: PLC; Pneumatic; Climbing rad robot; Design; Online debugging 0 引言在市政工程中，有大量的安装、维修等工作需要爬杆作业，对于有些直径较细、强度较小、人工爬杆难度大的杆件，如果实的采摘、树枝的修剪、路灯灯泡的更换、高压输电设备的检修和大型桁架结构建筑的维修等，工人在进行高空作业时有一定危险性，同时造成工作效率不高[1-3]。
多用途气动机器人设计
多用途气动机器人设计引言气动机器人是一种通过空气压力驱动的机械装置，具备多种应用领域和功能。
多用途气动机器人设计旨在满足不同领域的需求，提供灵活多样的应用方案。
本文将介绍多用途气动机器人设计的基本原理、设计考虑因素以及应用案例。
基本原理多用途气动机器人主要由气动驱动系统、机械结构和控制系统三个部分组成。
气动驱动系统气动驱动系统是多用途气动机器人的核心部分。
它采用气源作为能量来源，通过气源压力转化为机械功，驱动机械结构实现各种动作。
常用的气源包括压缩空气和惰性气体。
气动驱动系统包括压缩机、气源控制装置和气动执行器等。
机械结构机械结构是多用途气动机器人的身体部分，它负责传递驱动力并完成所需的动作。
机械结构的设计需要考虑到机器人的使用环境、承载能力和运动灵活性等因素。
常见的机械结构包括关节、骨架和末端执行器等。
控制系统控制系统是多用途气动机器人的智能部分，它负责对机器人的运动和动作进行控制。
控制系统可以基于传感器的反馈信息实现闭环控制，也可以根据预先设定的程序进行开环控制。
控制系统可以采用电气控制、电子控制或计算机控制等技术。
设计考虑因素设计多用途气动机器人需要考虑以下因素：功能需求根据使用领域和应用需求确定机器人的功能。
常见的功能包括搬运、装配、焊接等。
根据任务需求确定机器人的形态和机械结构。
可靠性与安全性考虑机器人的使用环境和对操作人员的安全性要求，设计机器人具有良好的可靠性和安全性。
例如，采用双重安全措施、故障检测和紧急停止装置等。
运动灵活性机械结构应具备良好的运动灵活性和变形能力，以适应各种复杂的工作环境。
例如，关节设计灵活，机械臂具备多自由度。
控制系统控制系统需要具备快速响应性、高精度和可编程性。
应根据机器人的功能需求选择合适的控制技术。
维护和维修机器人的维护和维修应简便易行。
设计应考虑到维护部件的易获得性和更换的便捷性。
应用案例多用途气动机器人具有广泛的应用领域，以下是一些应用案例的简要介绍：工业自动化多用途气动机器人广泛应用于工业自动化生产线中。
基于慧鱼模型的气动爬杆机器人设计许善坤高波胡嘉彦海日罕
基于慧鱼模型的气动爬杆机器人设计许善坤高波胡嘉彦海日罕发布时间：2023-05-27T07:03:45.343Z 来源：《中国科技信息》2023年6期作者：许善坤高波胡嘉彦海日罕[导读] 针对目前高空作业的危险性，本文基于慧鱼模型的产品标准化化、软件支持程度高等特点，设计出一款模仿灵长类动物攀爬动作的攀爬机器人。
能够实现承载其余机器至高处进行高空作业或环境检测的功能，真正实现仿生与实用性的结合。
北京交通大学机械与电子控制工程学院北京 100041摘要：针对目前高空作业的危险性，本文基于慧鱼模型的产品标准化化、软件支持程度高等特点，设计出一款模仿灵长类动物攀爬动作的攀爬机器人。
能够实现承载其余机器至高处进行高空作业或环境检测的功能，真正实现仿生与实用性的结合。
详细阐述了在机器人设计过程中的优化过程以及ROBO PRO程序控制，并使用Solid Works等专业软件进行分析计算，验证了机器人机械结构的稳定性。
关键词：慧鱼模型；仿生；爬杆机器人；程序控制Abstract：In response to the current dangers of high-altitude operations，this article designs a climbing robot that mimics the climbing movements of primates based on the standardized products and strong software support of the fischertechnik model. This kind of robot is capable of carrying other machines to heights for high-altitude operations or environmental testing，truly achieving a combination of bionics and practicality. The optimization process and ROBO PRO program control in the robot design process were elaborated in detail，and professional softwares such as Solid Works were used for calculation and analysis to verify the stability of the robot's mechanical structure. Key words：fischertechnik model；bionics；climbing robot；program control1前言当下城市发展迅速，城市道路两旁路灯林立，电线杆随处可见，该类设施常年暴露在室外，会产生诸多的维护和保养问题。
气动机器人结构设计【含全套CAD图纸和WORD说明书】【范本模板】
陕西理工学院毕业设计说明书题目：气动机器人的结构设计系别: 机械工程学院专业班级：000姓名: 000学号：指导教师: 000职称:二〇一0年五月二十日目录摘要 (Ⅰ)ABSTRACT (Ⅱ)1 绪论 (1)1。
1工业机械人概述 (1)1。
2机械手的分类 (3)1.2.1 按用途分 (4)1.2.2 按驱动方式分 (4)1.2.3 按控制方式分 (5)1.3气动机械手的设计要求 (5)1。
4机械手的系统工作原理及组成 (6)1.5 本课题研究的意义 (8)1.6本课题的设计任务 (8)2机械手的整体设计方案 (10)2.1机械手的坐标形式与自由度 (11)2。
2机械手的手部结构方案设计 (12)2。
3机械手的手腕结构方案设计 (12)2。
4机械手的手臂结构方案设计 (12)2。
5机械手的驱动方案设计 (12)2。
6机械手的控制方案设计 (12)2。
7机械手的主要技术参数 (12)3手部结构设计 (15)3.1手指的形状和分类 (15)3。
2设计时考虑的几个问题 (15)3。
3手部夹紧气缸的设计 (16)4手腕结构设计 (20)4。
1手腕的自由度 (20)4.2手腕的驱动力矩的计算 (20)4。
2.1手腕转动时所需的驱动力矩 (20)4.2。
2回转气缸的驱动力矩计算 (22)4。
2。
3手腕回转缸的尺寸及其校核 (23)5手臂各气缸的尺寸设计与校核 (26)5.1 气缸的尺寸设计与校核 (26)5.1.1手臂伸缩气缸的尺寸设计 (26)5.1.2尺寸校核 (26)5.1。
3导向装置 (27)5.1.4平衡装置 (27)5.2升降气缸的尺寸设计与校核 (27)5。
2.1尺寸设计 (28)5。
2.2尺寸校核 (28)5。
3回转气缸的尺寸设计与校核 (29)5。
3.1尺寸设计 (29)5.3。
2尺寸校核 (29)6气动系统设计与PLC控制系统设计 (31)6.1气动系统的设计 (31)6。
2 机械手的PLC控制系统设计 (31)结论 (32)致谢 (33)参考文献 (34)附录 (35)气动机器人的结构设计摘要本次课题研究的主要目的是提高生产过程中的自动化程度和改善劳动条件，避免人身事故,同时也可以减轻人力，并便于有节奏的生产,整体改进生产效率.本文简要介绍了工业机器人的概念,以及其在国内外的研究现状.另外介绍了机械手硬件和软件的组成,即机械手各个部件的整体尺寸设计以及气动技术的特点.除此之外本文还对机械手进行了总体方案设计,确定了机械手的坐标形式和自由度,以及机械手的技术参数。
气动爬行机器人设计
气动爬行机器人设计
马俊峰;唐立平
【期刊名称】《液压与气动》
【年(卷),期】2010(000)010
【摘要】该文提出以气压传动系统作为动力驱动的平面爬行机器人,分析设计机器人的爬行动作与步距,机器人的机械结构,气动系统,以及PLC控制系统,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PLC控制系统,集成度高,安全可靠,有一定扩展性.
【总页数】4页(P28-31)
【作者】马俊峰;唐立平
【作者单位】无锡职业技术学院,机械技术学院,江苏,无锡,214121;无锡职业技术学院,机械技术学院,江苏,无锡,214121
【正文语种】中文
【中图分类】TP241;TH138
【相关文献】
1.气动蠕动式管外爬行机器人的设计与实现 [J], 毕道钦;李蓓智;张家梁;毛志敏;宋立博
2.气动人工肌肉驱动器驱动六足爬行机器人的步态选择和结构设计 [J], 张之璐;彭光正;朱智乾;范伟
3.Mckibben气动人工肌肉在爬升和爬行机器人中的应用 [J], 卫玉芬;李小宁
4.气动六足壁面爬行机器人控制系统的开发 [J], 杨慧斌;马春港;汪满;吴竹霞;齐亚梦
5.气动软体爬行机器人驱动方式的分析与实验 [J], 隋立明;刘亭羽;席作岩
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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
２ ８
液压与气动
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
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
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 。
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
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
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 ． ． ． ．
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
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
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
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