毕业论文--螺旋轮式管道机器人设计及其制作.docVIP

摘 要 本设计的主要内容是螺旋推进管道机器人的组成及工作原理,对机器人的机械结构进行了设计,并且分析了其在弯管内的几何与运动约束条件。新型的旋转体和保持体结构的设计,使此管道机器人具有较大的牵引力和移动速度。机器人采用节段式设计,使得其具有强大的功能扩展性。在制冷、化工、核电站等领域,采用常规方法对小型管道检测存在中毒、辐射等危险,且费时费力。因此,小型管道机器人在细小管道检测方面具有良好的应用前景,并且其机械结构具有较高的实用价值和学术意义。螺旋轮式管道机器人特点轮式行走具有结构简单、行走连续平稳 目 录 第一章 绪论 …………………………………………………………… 3 §1.1 机器人的定义及其组成 ……………………………………… 3 §1.2 机器人的发展历程 …………………………………………… 4 §1.3 机器人在各大领域的应用 …………………………………… 5 §1.4 螺旋轮式管道机器人 ……………………………………………6 第二章 机器人总体方案设计 …………………………………………7 §2.1设计方案过程及特点 ………………………………………………7 §2.2 机械结构……………………………………………………………7 第三章 机器人系统控制…………………………………………………14 第四章 机器人制作过程…………………………………………………16 第五章 设计总结 ……………………………………………………… 18 参考文献 ………………………………………………………………… 21 绪论 §1.1 机器人的定义及其组成 1920年，捷克剧作家卡雷尔?卡佩克发表了科幻剧本《罗萨姆的万能机器人》，他在说剧本中首次提出了“机器人（Robot）”这个词，并且把机器人描绘成像人一样工作的机器，不知疲倦地工作。自此之后，不仅“机器人（Robot）”这个词广泛的流行，而且设计制造机器人的活动也异常风行。 现在，国际上对机器人的概念已经逐渐趋近一致。一般说来，人们都可以接受这种说法，即机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义：“一种可编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机；或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。” 　机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统和复杂机械等组成。 执行机构即机器人本体，其臂部一般采用空间开链连杆机构，其中的运动副（转动副或移动副）常称为关节，关节个数通常即为机器人的自由度数。根据关节配置型式和运动坐标形式的不同，机器人执行机构可分为直角坐标式、圆柱坐标式、极坐标式和关节坐标式等类型。出于拟人化的考虑，常将机器人本体的有关部位分别称为基座、腰部、臂部、腕部、手部（夹持器或末端执行器）和行走部（对于移动机器人）等。 　　 驱动装置是驱使执行机构运动的机构，按照控制系统发出的指令信号，借助于动力元件使机器人进行动作。它输入的是电信号，输出的是线、角位移量。机器人使用的驱动装置主要是电力驱动装置，如步进电机、伺服电机等，此外也有采用液压、气动等驱动装置。 　　 检测装置的作用是实时检测机器人的运动及工作情况，根据需要反馈给控制系统，与设定信息进行比较后，对执行机构进行调整，以保证机器人的动作符合预定的要求。作为检测装置的传感器大致可以分为两类：一类是内部信息传感器，用于检测机器人各部分的内部状况，如各关节的位置、速度、加速度等，并将所测得的信息作为反馈信号送至控制器，形成闭环控制。另一类是外部信息传感器，用于获取有关机器人的作业对象及外界环境等方面的信息，以使机器人的动作能适应外界情况的变化，使之达到更高层次的自动化，甚至使机器人具有某种“感觉”，向智能化发展，例如视觉、声觉等外部传感器给出工作对象、工作环境的有关信息，利用这些信息构成一个大的反馈回路，从而将大大提高机器人的工作精度。 　 　控制系统有两种方式。一种是集中式控制，即机器人的全部控制由一台微型计算机完成。另一种是分散（级）式控制，即采用多台微机来分担机器人的控制，如当采用上、下两级微机共同完成机器人的控制时，主机常用于负责系统的管理、通讯、运动学和动力学计算，并向下级微机发送指令信息；作为下级从机，各关节分别对应一个CPU，进行插补运算和伺服控制处理，实现给定的运动，并向主机反馈信息。根据作业任务要求的不同，机器人的控制方式又可分为点位控制、连续轨迹控制和力（力矩）控制。 §1.2 机器人的发展历程 从我国古代的用木头制成的能歌善舞的伶人，到1961年第一台工业机器人在美国问世，再到机器人蓬勃发展的今天，机器人主要经历了三个发展阶段。 科技界把早期的机器人称作第