RB-D01型双层轨道式爬壁移动机器人说明书解读

前言

随着经济的发展，人们对于石油、化工原料、核反应堆等的需求量逐步增加，造成储存这些产品的立式油罐的容积越来越大，也越来越高，如果采用人工来完成立式油罐的容积测量、厚度测量、焊缝探伤检查、喷漆、清洁等外围作业显然耗时费力费财，已然成为一项危险作业，而且核反应堆具有辐射，对人体危害极大，在这种背景下，人类迫切需要开发一台代替人工作业的自动化机械来完成这些任务，既可以解放劳动力，提高工作效率，降低任务成本，而且任务执行精确、到位。故爬壁机器人应运而生。

近几年来，机器人在各个领域中得到广泛的应用和发展。其中，爬壁机器人是能够在垂直陡壁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。概括起来，爬壁机器人主要用于：

(1)核工业：对核废液储罐进行视觉检查、测厚及焊缝探伤等；

(2)石化企业：对立式金属罐或球形罐的内外壁面进行检查或喷砂除锈、喷漆防腐；

(3)建筑行业：喷涂巨型墙面、安装瓷砖、壁面清洗、擦玻璃等；

(4)消防部门：用于传递救援物资，进行救援工作；

(5)造船业：用于喷涂船体的内外壁等。

在机械技术发达的国家已经采取了爬壁机器人作为他们完成油罐外围各项工作的首选工具。比如日本足式磁吸附壁面移动机器人；美国的C-Bot壁面爬行机器人等。

爬壁移动机器人的出现将极大的降低油罐外围任务的成本、工人的劳动强度、安全性，同时提高工作效率，带来相当大的社会效益和经济效益，而且远程无线式控制将成为主流趋势。因此，移动爬壁机器人的设计和研究有相当好的发展前景。

针对石化核能源企业的现实需求，我认为，爬壁移动式机器人最起码的功能应该有以下几点：1、机器人可沿金属（大多数）、水泥等罐壁垂直爬升和下降；2、可以在任意的某一位置停留，保证执行机构的工作环境；3、罐体表面工作时可以全覆盖；4、采用远程控制，保证用户的安全并最大程度的方便用户。5、机器人自身带电源，因为使用线缆供电时，线缆容易绞缠、错乱和布置较慢等弊端凸显。

本次设计，遵循“安全稳定、执行精确、灵活紧凑”等原则进行设计，通过使用质量较轻的高强度材料、上下层轨道轻化等方法，最大程度的减轻了整机的质量，设计完成后，我们通过软件进行质量分析，结论是整机质量不超过50Kg，相对于设计任务要求，质量减轻了50%。

因为本人能力有限，设计不足之处，希望各位老师和同学批评指正，谨此表示衷心感谢。

目录

前言 (1)

摘要 (2)

Abstract (3)

第一章概述 (4)

1.1爬壁机器人国外发展现状 (4)

1.2爬壁机器人国内发展现状 (6)

第二章总体方案的制定与比较 (8)

2.1主要设计参数以及设计要求 (8)

2.2双层轨道式爬壁移动机器人的组成 (8)

2.3爬升模块的类型选用 (9)

第三章部件的设计与计算 (12)

3.1电机类型及容量设计 (12)

3.1.1爬升架爬升电机 (12)

3.1.2卷筒电机 (14)

3.2同步带设计 (16)

3.2.1 I号（中间轴-飞轮）同步带 (16)

3.2.2 II号（中间轴-飞轮）同步带 (18)

3.2.2 III号（电机-中间轴）与IV号（电机-卷筒轴）同步带 (20)

第四章电气控制原理图的设计与计算 (22)

4.1电气控制简述 (22)

4.1.1电源类型及选用 (22)

4.2电气控制元件选用 (23)

4.2.1电动推杆 (23)

4.2.2主要传感器 (23)

4.2.3主要芯片 (25)

4.3系统工作代码 (26)

第五章经济性分析 (37)

外文翻译及原文 (39)

参考文献 (48)

致谢 (49)

摘要

RB-D01型双层轨道式移动爬壁机器人，是针对石化企业或油库的立式油罐所设计的多用途机器人，例如大罐的不同体周的精确测量、厚度测量、探伤检查、清洁喷漆处理等。

该机器人主体采用双层轨道式设计，由测量模块、上层模块、下层模块、以及爬升模块组成。为了方便运输、安装以及后续为大型油罐匹配等考虑，我们将轨道设计为分段式，每一段功能完全相同。工作时，主伺服电机驱动爬升架爬升进行工作，带动整机爬升，爬升完一个步距后，通过双轴水平传感器测量反馈和主伺服电机的单个控制进行轨道水平调整。由抱紧机构（电动推杆和闸瓦）将整体固定在罐壁，下层的光电开关给予测量机器人一个工作信号，测量机器人开始执行测量任务，任务完成后，通过光电开关反馈给爬升架一个信号，爬升架开始下一个爬升，如此重复，直至任务完成。在此过程中，控制系统起着至关重要的作用，本设计中，采用了一种基于NRF905芯片的无线通讯系统远程控制，51单片机作为主控芯片方式来实现。测量部分采用网格化全覆盖算法。

关键词：双层轨道、爬升架、抱紧机构、单片机

Abstract

RB-D01 type double track type mobile wall climbing robot is multi-purpose robot based on petrochemical enterprise or depot of vertical oil tank design, accurate measurement such as big pot

of different week, thickness measurement, inspection, cleaning spray paint processing.

The robot body adopts the double track type design, which is composed of a measuring module, an upper module, a lower module and a climbing module. In order to facilitate the transportation, installation and follow-up for large oil tank matching and other considerations, we will track design for the segmented, each section of the same function. When working, the main servo motor driven climb climbing frame work, drive the complete machine to climb, climb after a step away from, through biaxial level sensor feedback and master servo motor of single control track level adjustment. By an enclasping mechanism (electric push rod and the brake shoe) fixing the whole in the wall of the tank, lower layer photoelectric switch give measurement robot a working signal, measuring robot began to perform the measurement task, after the completion of the task, through the photoelectric switch feedback to the climbing frame a signal, climbing frame start a climb, so repeated, until the job is completed. In this process, the control system plays an important role in the design, the use of a wireless communication system based on NRF905 chip remote control, 51 single-chip microcomputer as the main control chip to achieve. In the measurement part, the full coverage algorithm is adopted.

Key words: double track, climbing frame, locking mechanism, SCM