爬墻機(jī)器人氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)及控制硬件設(shè)計(jì)說(shuō)明書.doc

南昌航空大學(xué)學(xué)士論文1目錄1緒論.11.1引言.11.2國(guó)外爬壁機(jī)器人研究現(xiàn)狀.11.3國(guó)內(nèi)爬壁機(jī)器人研究現(xiàn)狀.21.4爬壁機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì).31.5課題的目的及意義.31.6課題內(nèi)容及工作思路.42機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).52.1機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì).52.2動(dòng)作原理.63爬壁機(jī)器人的氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì).73.1氣壓控制回路設(shè)計(jì).73.2選擇執(zhí)行元件.83.3真空發(fā)生器、過(guò)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(dòng)輔件.103.6確定管道直徑、驗(yàn)算壓力損失.103.6.1確定管徑.103.6.2驗(yàn)算壓力損失.113.7選擇空壓機(jī).163.7.1自由空氣量的計(jì)算.163.7.2氣缸的理論用氣量.163.7.3選擇空壓機(jī).174單片機(jī)控制設(shè)計(jì).184.1AT89C2051單片機(jī)簡(jiǎn)介.184.2單片機(jī)的接線.195無(wú)線遙控電路設(shè)計(jì).20南昌航空大學(xué)學(xué)士論文25.1TX2/RX-2遙控集成電路簡(jiǎn)介.205.1.1TX-2RX-2遙控集成電路的特點(diǎn).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(jì).25參考文獻(xiàn).31致謝.32摘要：目前應(yīng)用于實(shí)際的或文獻(xiàn)報(bào)道的爬壁機(jī)器人的步行機(jī)構(gòu)通常采用基于仿真原理的六足或四足等多足步行機(jī)構(gòu)。本文根據(jù)具體要求采用了八足步進(jìn)機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一種爬壁機(jī)器人的氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)及控制硬件。本機(jī)器人的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由橫縱兩個(gè)垂直的機(jī)械結(jié)構(gòu)組成，橫向結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)向左、向右的動(dòng)作，縱向結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)向上、向下的動(dòng)作。該機(jī)器人機(jī)身采用有機(jī)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(jì)的一個(gè)能在垂直墻面上通過(guò)腳步行進(jìn)方式，在4個(gè)方向垂直移動(dòng)的爬壁機(jī)器人及其控制系統(tǒng)。由氣缸驅(qū)動(dòng)機(jī)器人腳步的交替移動(dòng)以實(shí)現(xiàn)在垂直表面的自由移動(dòng)?？刂葡到y(tǒng)采用單片機(jī)控制，通過(guò)接收無(wú)線遙控信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)上升、下降、向左、向右及停止五個(gè)基本動(dòng)作的有序控制，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)復(fù)雜動(dòng)作及實(shí)際應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。整個(gè)設(shè)計(jì)從機(jī)器人的本體結(jié)構(gòu)開始，然后根據(jù)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相應(yīng)的氣動(dòng)回路，計(jì)算所需參數(shù)，選擇氣動(dòng)氣動(dòng)系統(tǒng)的各執(zhí)行元件、控制元件及輔件。再由機(jī)器人的動(dòng)作原理選擇單片機(jī)型，確定各引腳的接線。無(wú)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(jī)的引腳相連，接收電路接收發(fā)射電路發(fā)出的信號(hào)，通過(guò)單片機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)輸出使機(jī)器人完成相應(yīng)的動(dòng)作。關(guān)鍵詞：爬壁機(jī)器人氣壓傳動(dòng)無(wú)線遙控單片機(jī)控制南昌航空大學(xué)學(xué)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(xué)學(xué)士論文4隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)器人已越來(lái)越多地進(jìn)入我們的生活領(lǐng)域，以機(jī)器人代替人類從事各種單調(diào)、重復(fù)、繁重、危險(xiǎn)以及有毒有害的工作是社會(huì)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)?，F(xiàn)代機(jī)器人一般分為兩大類：一類是工業(yè)機(jī)器人，主要指裝配、搬運(yùn)、焊接、噴漆等機(jī)器人。另一類是極限工作機(jī)器人，主要指在人難以到達(dá)的惡劣環(huán)境下代替人工作業(yè)的機(jī)器人。如：海底資源的勘測(cè)開發(fā)、空間人造衛(wèi)星的收發(fā)、戰(zhàn)場(chǎng)上的偵察和排險(xiǎn)、核放射場(chǎng)所的維護(hù)、高層建筑的壁面清洗、滅火救助等。作為極限作業(yè)機(jī)器人重要開發(fā)項(xiàng)目之一的壁面爬行機(jī)器人近些年來(lái)得到了蓬勃的發(fā)展，受到了人們?cè)絹?lái)越多的重視，目前，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有了相當(dāng)數(shù)量的爬壁機(jī)器人投入現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)。主要應(yīng)用如下：(1)核工業(yè)：對(duì)核廢液儲(chǔ)罐進(jìn)行視覺(jué)檢查、測(cè)厚及焊縫探傷等；(2)石化企業(yè)：對(duì)立式金屬罐或球形罐的內(nèi)外壁面進(jìn)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(jìn)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(guó)外爬壁機(jī)器人研究現(xiàn)狀1966年日本大阪府立大學(xué)工學(xué)部的西亮教授成功研制出第一個(gè)垂直壁面移動(dòng)機(jī)器人樣機(jī)，該機(jī)器人利用電風(fēng)扇進(jìn)氣側(cè)的低壓作用作為吸附力，使機(jī)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(shí)用化為目標(biāo)的第二代爬壁機(jī)器人樣機(jī)。1997年俄羅斯莫斯科機(jī)械力學(xué)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(jī)器人也采用單吸盤結(jié)構(gòu)。，該機(jī)器人利用風(fēng)機(jī)產(chǎn)生真空負(fù)壓來(lái)提供吸附力，吸盤腹部裝有4個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，機(jī)器人可在壁面全方位移動(dòng)。美國(guó)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(jī)器人“AutoCrawler”。其兩條履帶上各裝有數(shù)個(gè)小吸附室，隨著履帶的移動(dòng)，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