爬墻機器人氣壓傳動系統(tǒng)及控制硬件設(shè)計說明書.doc

南昌航空大學學士論文1目錄1緒論.11.1引言.11.2國外爬壁機器人研究現(xiàn)狀.11.3國內(nèi)爬壁機器人研究現(xiàn)狀.21.4爬壁機器人的發(fā)展趨勢.31.5課題的目的及意義.31.6課題內(nèi)容及工作思路.42機器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計.52.1機構(gòu)設(shè)計.52.2動作原理.63爬壁機器人的氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計.73.1氣壓控制回路設(shè)計.73.2選擇執(zhí)行元件.83.3真空發(fā)生器、過濾器、吸盤的選擇.83.4選擇控制元件.93.4.1選擇類型.93.4.2選擇主控閥.93.4.3選擇減壓閥.93.5選擇氣動輔件.103.6確定管道直徑、驗算壓力損失.103.6.1確定管徑.103.6.2驗算壓力損失.113.7選擇空壓機.163.7.1自由空氣量的計算.163.7.2氣缸的理論用氣量.163.7.3選擇空壓機.174單片機控制設(shè)計.184.1AT89C2051單片機簡介.184.2單片機的接線.195無線遙控電路設(shè)計.20南昌航空大學學士論文25.1TX2/RX-2遙控集成電路簡介.205.1.1TX-2RX-2遙控集成電路的特點.205.1.2TX-2RX-2電參數(shù)引腳功能.205.1.3TX-2RX-2引腳功能.215.2遙控發(fā)射、接收電路.236軟件設(shè)計.25參考文獻.31致謝.32摘要：目前應(yīng)用于實際的或文獻報道的爬壁機器人的步行機構(gòu)通常采用基于仿真原理的六足或四足等多足步行機構(gòu)。本文根據(jù)具體要求采用了八足步進機構(gòu)，設(shè)計了一種爬壁機器人的氣壓傳動系統(tǒng)及控制硬件。本機器人的結(jié)構(gòu)簡單，由橫縱兩個垂直的機械結(jié)構(gòu)組成，橫向結(jié)構(gòu)實現(xiàn)向左、向右的動作，縱向結(jié)構(gòu)實現(xiàn)向上、向下的動作。該機器人機身采用有機玻璃制造，重量輕、易加工。系統(tǒng)是根據(jù)真空吸附原理設(shè)計的一個能在垂直墻面上通過腳步行進方式，在4個方向垂直移動的爬壁機器人及其控制系統(tǒng)。由氣缸驅(qū)動機器人腳步的交替移動以實現(xiàn)在垂直表面的自由移動?？刂葡到y(tǒng)采用單片機控制，通過接收無線遙控信號來實現(xiàn)上升、下降、向左、向右及停止五個基本動作的有序控制，為進一步實現(xiàn)復(fù)雜動作及實際應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。整個設(shè)計從機器人的本體結(jié)構(gòu)開始，然后根據(jù)機器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計相應(yīng)的氣動回路，計算所需參數(shù)，選擇氣動氣動系統(tǒng)的各執(zhí)行元件、控制元件及輔件。再由機器人的動作原理選擇單片機型，確定各引腳的接線。無線遙控系統(tǒng)選用了現(xiàn)在普遍使用的TX-2/RX-2，接收電路的引腳與單片機的引腳相連，接收電路接收發(fā)射電路發(fā)出的信號，通過單片機產(chǎn)生相應(yīng)輸出使機器人完成相應(yīng)的動作。關(guān)鍵詞：爬壁機器人氣壓傳動無線遙控單片機控制南昌航空大學學士論文3Wall-climbingrobotandcontrolofairpressuredrivesystemandhardwaredesignAbstract：Currentlyappliestoactualorreportedintheliteratureofthefootwall-climbingrobotusuallybasedonsimulationPrincipleorthesix-leggedquadrupedwalkingandotheragencies.Inthispaper,accordingtothespecificrequirementsoftheuseofsteppingfooteightinstitutions,locatedOfawall-climbingrobotspneumaticdrivesystemandcontrolhardware.TherobothasSimplestructure,thehorizontalandverticalcomponentsofthemechanicalstructure,horizontalstructuretotheleft,rightaction,verticalstructureupwardanddownwardmovements.Therobotusedplexiglassmanufacturingbody,lightweight,easyprocessing.Thesystemisbasedontheprincipleofthedesignofthevacuumadsorption.Itisaverticalwallintheroadonthewaythroughthestepsinthedirectionofverticalmovement4wall-climbingrobotanditscontrolsystem.Controlsystemusesasingle-chipcontrol,wirelessremotecontrolsignalthroughthereceivertoachieveanincrease,decrease,left,rightandstopofthefivebasicmovesinanorderlycontrol.Itcanfurthertherealizationofthecomplexityofactionandisatimewhentheapplicationhaslaidagoodfoundation.Thewholedesignofthebodystructurefromthebeginningoftherobot,andtheninaccordancewiththestructuraldesignoftherobotcorrespondingpneumaticcircuittocalculatetherequiredparameters,selectpneumaticpneumaticsystemoftheimplementationofcomponents,controlcomponentsandaccessories.Robotmovesfromtheprincipleofchoice-basedsingle-chip,toestablishtheconnectionpin.OptionalwirelessremotecontrolsystemisnowwidelyusedTX-2/RX-2,thereceivingcircuitandMCUpinconnectedtothepin,receivingcircuittoreceivesignalsfromtransmitter,throughthesingle-chipoutputtoenabletherobottoproducecompletethecorrespondingaction.Keywords:wall-climbingrobotpneumatictransmissionwirelessremotecontrolsingle-chipcontrol1緒論1.1引言南昌航空大學學士論文4隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的飛速發(fā)展，機器人已越來越多地進入我們的生活領(lǐng)域，以機器人代替人類從事各種單調(diào)、重復(fù)、繁重、危險以及有毒有害的工作是社會發(fā)展的一個趨勢?，F(xiàn)代機器人一般分為兩大類：一類是工業(yè)機器人，主要指裝配、搬運、焊接、噴漆等機器人。另一類是極限工作機器人，主要指在人難以到達的惡劣環(huán)境下代替人工作業(yè)的機器人。如：海底資源的勘測開發(fā)、空間人造衛(wèi)星的收發(fā)、戰(zhàn)場上的偵察和排險、核放射場所的維護、高層建筑的壁面清洗、滅火救助等。作為極限作業(yè)機器人重要開發(fā)項目之一的壁面爬行機器人近些年來得到了蓬勃的發(fā)展，受到了人們越來越多的重視，目前，國內(nèi)外已經(jīng)有了相當數(shù)量的爬壁機器人投入現(xiàn)場作業(yè)。主要應(yīng)用如下：(1)核工業(yè)：對核廢液儲罐進行視覺檢查、測厚及焊縫探傷等；(2)石化企業(yè)：對立式金屬罐或球形罐的內(nèi)外壁面進行檢查或噴砂除銹、噴漆防腐；(3)建筑行業(yè)：噴涂巨型墻面、安裝瓷磚、壁面清洗、擦玻璃等；(4)消防部門：用于傳遞救援物資，進行救援工作；(5)造船業(yè)：用于噴涂船體的內(nèi)外壁等。1.2國外爬壁機器人研究現(xiàn)狀1966年日本大阪府立大學工學部的西亮教授成功研制出第一個垂直壁面移動機器人樣機，該機器人利用電風扇進氣側(cè)的低壓作用作為吸附力，使機器人貼附在垂直壁面上。1975年他又采用單吸盤結(jié)構(gòu)制作出以實用化為目標的第二代爬壁機器人樣機。1997年俄羅斯莫斯科機械力學研究所研制出的用于大型壁面和窗戶清洗作業(yè)的爬壁機器人也采用單吸盤結(jié)構(gòu)。，該機器人利用風機產(chǎn)生真空負壓來提供吸附力，吸盤腹部裝有4個驅(qū)動輪，機器人可在壁面全方位移動。美國西雅圖的HenryRSeemann在波音公司的資助下研制出一種真空吸附履帶式爬壁機器人“AutoCrawler”。其兩條履帶上各裝有數(shù)個小吸附室，隨著履帶的移動，吸附室連續(xù)的形成真空腔而使得履帶貼緊壁面行走。日本光榮公司研制了一