螺旋輪式管道機器人設(shè)計及其制作

1、 大學生創(chuàng)新活動項目結(jié)題論文 項目題目 螺旋輪式管道機器人設(shè)計及其制作 項目編號 學 院 信息與機電工程學院 項目負責人 金露娜 項目成員 聯(lián)系方式 指導教師 完成時間2010年10月螺旋輪式管道機器人設(shè)計及其制作 摘 要 本設(shè)計的主要內(nèi)容是螺旋推進管道機器人的組成及工作原理,對機器人的機械結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計,并且分析了其在彎管內(nèi)的幾何與運動約束條件。新型的旋轉(zhuǎn)體和保持體結(jié)構(gòu)的設(shè)計,使此管道機器人具有較大的牽引力和移動速度。機器人采用節(jié)段式設(shè)計,使得其具有強大的功能擴展性。在制冷、化工、核電站等領(lǐng)域,采用常規(guī)方法對小型管道檢測存在中毒、輻射等危險,且費時費力。因此,小型管道機器人在細小管道檢測方面

2、具有良好的應(yīng)用前景,并且其機械結(jié)構(gòu)具有較高的實用價值和學術(shù)意義。螺旋輪式管道機器人特點：輪式行走具有結(jié)構(gòu)簡單、行走連續(xù)平穩(wěn)的特點。關(guān)鍵字：管道軸 螺旋推進 管道機器人 旋轉(zhuǎn)體管道檢測 機械結(jié)構(gòu) 目錄第一章 緒論 31.1 機器人的定義及其組成 31.2 機器人的發(fā)展歷程 4 1.3 機器人在各大領(lǐng)域的應(yīng)用 5 1.4 螺旋輪式管道機器人 6第二章 機器人總體方案設(shè)計 72.1設(shè)計方案過程及特點 72.2 機械結(jié)構(gòu)7第三章 機器人系統(tǒng)控制14第四章 機器人制作過程16第五章 設(shè)計總結(jié) 18參考文獻 21正文第一章 緒論1.1 機器人的定義及其組成1920年，捷克劇作家卡雷爾卡佩克發(fā)表了科幻劇本羅

3、薩姆的萬能機器人，他在說劇本中首次提出了“機器人（Robot）”這個詞，并且把機器人描繪成像人一樣工作的機器，不知疲倦地工作。自此之后，不僅“機器人（Robot）”這個詞廣泛的流行，而且設(shè)計制造機器人的活動也異常風行?，F(xiàn)在，國際上對機器人的概念已經(jīng)逐漸趨近一致。一般說來，人們都可以接受這種說法，即機器人是靠自身動力和控制能力來實現(xiàn)各種功能的一種機器。聯(lián)合國標準化組織采納了美國機器人協(xié)會給機器人下的定義：“一種可編程和多功能的，用來搬運材料、零件、工具的操作機；或是為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可改變和可編程動作的專門系統(tǒng)。”機器人一般由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動裝置、檢測裝置和控制系統(tǒng)和復雜機械等組成。執(zhí)行機構(gòu)

4、即機器人本體，其臂部一般采用空間開鏈連桿機構(gòu)，其中的運動副（轉(zhuǎn)動副或移動副）常稱為關(guān)節(jié)，關(guān)節(jié)個數(shù)通常即為機器人的自由度數(shù)。根據(jù)關(guān)節(jié)配置型式和運動坐標形式的不同，機器人執(zhí)行機構(gòu)可分為直角坐標式、圓柱坐標式、極坐標式和關(guān)節(jié)坐標式等類型。出于擬人化的考慮，常將機器人本體的有關(guān)部位分別稱為基座、腰部、臂部、腕部、手部（夾持器或末端執(zhí)行器）和行走部（對于移動機器人）等。 驅(qū)動裝置是驅(qū)使執(zhí)行機構(gòu)運動的機構(gòu)，按照控制系統(tǒng)發(fā)出的指令信號，借助于動力元件使機器人進行動作。它輸入的是電信號，輸出的是線、角位移量。機器人使用的驅(qū)動裝置主要是電力驅(qū)動裝置，如步進電機、伺服電機等，此外也有采用液壓、氣動等驅(qū)動裝置。 檢

5、測裝置的作用是實時檢測機器人的運動及工作情況，根據(jù)需要反饋給控制系統(tǒng)，與設(shè)定信息進行比較后，對執(zhí)行機構(gòu)進行調(diào)整，以保證機器人的動作符合預(yù)定的要求。作為檢測裝置的傳感器大致可以分為兩類：一類是內(nèi)部信息傳感器，用于檢測機器人各部分的內(nèi)部狀況，如各關(guān)節(jié)的位置、速度、加速度等，并將所測得的信息作為反饋信號送至控制器，形成閉環(huán)控制。另一類是外部信息傳感器，用于獲取有關(guān)機器人的作業(yè)對象及外界環(huán)境等方面的信息，以使機器人的動作能適應(yīng)外界情況的變化，使之達到更高層次的自動化，甚至使機器人具有某種“感覺”，向智能化發(fā)展，例如視覺、聲覺等外部傳感器給出工作對象、工作環(huán)境的有關(guān)信息，利用這些信息構(gòu)成一個大的反饋回路

6、，從而將大大提高機器人的工作精度。 控制系統(tǒng)有兩種方式。一種是集中式控制，即機器人的全部控制由一臺微型計算機完成。另一種是分散（級）式控制，即采用多臺微機來分擔機器人的控制，如當采用上、下兩級微機共同完成機器人的控制時，主機常用于負責系統(tǒng)的管理、通訊、運動學和動力學計算，并向下級微機發(fā)送指令信息；作為下級從機，各關(guān)節(jié)分別對應(yīng)一個CPU，進行插補運算和伺服控制處理，實現(xiàn)給定的運動，并向主機反饋信息。根據(jù)作業(yè)任務(wù)要求的不同，機器人的控制方式又可分為點位控制、連續(xù)軌跡控制和力（力矩）控制。1.2 機器人的發(fā)展歷程從我國古代的用木頭制成的能歌善舞的伶人，到1961年第一臺工業(yè)機器人在美國問世，再到機器

7、人蓬勃發(fā)展的今天，機器人主要經(jīng)歷了三個發(fā)展階段?？萍冀绨言缙诘臋C器人稱作第一代機器人，它們按人編寫的程序工作。這些機器人從嚴格意義上來說不屬于機器人，因為它們只能重復一種動作，以一種固定的模式工作。第二代機器人由電腦控制，可根據(jù)需要按不同的程序完成不同的動作，這就使得機器人在很多人類所不能完成的工作上大展拳腳，解決了很多工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中的難題。第三代機器人也稱為智能機器人。隨著科學技術(shù)的不斷進步，機器人逐漸向智能化發(fā)展，智能機器人也應(yīng)運而生。智能機器人具有人的智慧，可以認識周圍的環(huán)境和自身的狀態(tài)，并能進行分析和判斷，然后采取相應(yīng)的策略完成任務(wù)。早期的智能機器人主要用于工業(yè)和軍事領(lǐng)域，我們看

8、到的大多是機械手和機械臂。隨著時間的推移，非工業(yè)領(lǐng)域的自動化程度越來越高，智能機器人的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛?？傮w趨勢是，從狹義的機器人概念向廣義的機器人技術(shù)概念轉(zhuǎn)移，從工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)向解決方案業(yè)務(wù)的機器人技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。機器人技術(shù)的內(nèi)涵已變?yōu)殪`活應(yīng)用機器人技術(shù)的、具有實際動作功能的智能化系統(tǒng)。機器人結(jié)構(gòu)越來越靈巧，控制系統(tǒng)愈來愈小，其智能也越來越高，并正朝著一體化方向發(fā)展。1.3 機器人在各大領(lǐng)域的應(yīng)用工業(yè)機器人的應(yīng)用領(lǐng)域日漸廣泛,經(jīng)過四十多年的發(fā)展，工業(yè)機器人已在越來越多的領(lǐng)域得到了應(yīng)用。在制造業(yè)中，尤其是在汽車產(chǎn)業(yè)中，工業(yè)機器人得到了廣泛的應(yīng)用。如在毛坯制造(沖壓、壓鑄、鍛造等)、機械加工、焊

9、接、熱處理、表面涂覆、上下料、裝配、檢測及倉庫堆垛等作業(yè)中，機器人都已逐步取代了人工作業(yè)。隨著工業(yè)機器人向更深更廣方向的發(fā)展以及機器人智能化水平的提高，機器人的應(yīng)用范周還在不斷地擴大，已從汽車制造業(yè)推廣到其他制造業(yè)，進而推廣到諸如采礦機器人、建筑業(yè)機器人以及水電系統(tǒng)維護維修機器人等各種非制造行業(yè)。此外，在國防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、生活服務(wù)等領(lǐng)域機器人的應(yīng)用也越來越多，如無人偵察機(飛行器)、警備機器人、醫(yī)療機器人、家政服務(wù)機器人等均有應(yīng)用實例。機器人正在為提高人類的生活質(zhì)量發(fā)揮著重要的作用。隨著科技不斷進步，機器人的功能也越來越先進。最近，日本下結(jié)科研機構(gòu)相繼推出了最新研制的機器人：索尼公司的人形機

10、器人于3月9日在東京市舉行的節(jié)目彩排中登臺亮相，擔任指揮。身高只有58厘米的機器人，登上特制的指揮臺，面對約70人的樂隊它說心里感到緊張，然后用可愛的動作揮動指揮棒，指揮樂隊演奏貝多芬第五交響曲命運的第一樂章。3月21日，日本經(jīng)濟新聞報道，日本京都大學信息學研究專業(yè)奧乃博教授領(lǐng)導的研究小組開發(fā)出一種會分辨親疏的機器人。對它好，它會做出可愛的動作，對它不好，它會生氣扭頭。去年圓形自動真空吸塵器在市場上大出風頭。有誰會想到，在21世紀初，飛碟形狀的吸塵器的技術(shù)水平竟然代表了當前家用機器人技術(shù)的最高水平。去年，iRobot公司生產(chǎn)的圓形自動真空吸塵器魯姆巴在市場上大出風頭，一年內(nèi)超過20萬的消費者購

11、買了魯姆巴，銷售額達數(shù)百萬美元現(xiàn)在看來，機器人真空吸塵器正在受到消費者的廣泛歡迎。家用機器人、工業(yè)機器人的市場前景看好，它有著56億美元的巨大市場，而且還以每年7%的速度增長。但據(jù)聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會(UNECE)的報告預(yù)測，未來3年內(nèi)需求增長速度最快的將會是家用機器人。從如此多的機器人用途中我們看到，機器人現(xiàn)在在我們的生活中扮演著越來越重要的作用。所以，在大學教育中，同學們能夠積極參加科研，對提高自己的能力以及對社會的發(fā)展都將是很重要的。1.4 螺旋式管道機器人螺旋管道機器人在生活中有著極為廣泛的應(yīng)用。煙道清洗機器人是專門針對酒店、賓館、學校、企事業(yè)單位等的油煙管道清晰的專用清洗機器人。它操

12、作簡單、清洗效率高、清洗錄象可一次完成，它將徹底解決現(xiàn)有清洗方式中普遍存在的問題；對工作中的在線石油輸油管道進行全線檢測,可以細化了解全線管道內(nèi)外壁受腐蝕損傷狀態(tài)分布,最終了解和預(yù)測管道的可持續(xù)使用壽命的在役輸油管道檢測機器人；還有用于窖井等搜尋的窖井機器人，取代了人工操作，避免了一些工作的危險性，同時也減少了由于環(huán)境而帶來的阻礙，提高了窖井工作的可操作性。這些都是螺旋式管道機器人對人們的生產(chǎn)生活帶來的方便。第二章 機器人總體方案設(shè)計2.1 設(shè)計方案過程及特點 圖4 整體設(shè)計流程圖 按照上述的過程方案，由三維建模可以進一步確定機器人的可靠外形結(jié)構(gòu)。安裝加工出的理想外形經(jīng)過安裝調(diào)試環(huán)節(jié)成為完整的

13、機器人，最后完善整個樣機使其在螺旋管道內(nèi)能順利工作，幫助人們順利解決難題。2.2 機械結(jié)構(gòu)一、當前狀況目前國內(nèi)外已研制出的管道機器人類型很多，從機械結(jié)構(gòu)來區(qū)分主要有以下幾種移動方式：（1）活塞移動式，其原理類似于活塞在汽缸內(nèi)的運動，即把管道看作汽缸，把具有一定彈性和硬度的機器人看作活塞。在結(jié)構(gòu)上，機器人其后面的流體壓力大于前面的壓力時，在壓差的作用下，機器人克服了管壁與活塞之間的摩擦阻力而向前運動。機器人可以攜帶各種傳感器，一邊行走一邊用于管道檢測。（2）滾輪移動式，利用滾輪驅(qū)動式的行走結(jié)構(gòu)，以電機作原動機， 為了增加牽引力，一般采用多輪驅(qū)動式，由于輪徑太小，越障能力有限， 而且結(jié)構(gòu)復雜。（3

14、）履帶移動式，仿造履帶式車輛行走原理，采用帶齒輪減速箱的直流伺服電機驅(qū)動。（4）足腿移動式，其基本原理是利用足腿推壓管壁來支撐機體，利用多腿可以方便地在各種形狀的彎管內(nèi)移動。由撐腳機構(gòu)、牽引機構(gòu)和轉(zhuǎn)向機構(gòu)構(gòu)成，可在各種類型的管道里移動。（5）蠕動移動式，模仿昆蟲在地面上爬行時蠕動前進與后退的動作設(shè)計，機構(gòu)由蠕動絲杠、螺母、前后支撐足及前后封閉彈簧構(gòu)成。在行走時，分別使左右支撐足上端與管壁接觸，下端用滾輪與管壁接觸。驅(qū)動蠕動絲杠依次左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)，使螺母在絲杠上左右移動。（6）螺旋移動式，利用螺旋原理使管外電機推動帶有彈性的驅(qū)動部件前進，該驅(qū)動螺旋部件可以自動越過小的臺階。以上移動方式各有所長，我們

15、在第六種螺旋移動的基礎(chǔ)上進行改進，來實現(xiàn)我們設(shè)計目的。螺旋式上升的移動方式有著如下優(yōu)點：1) 移動速度穩(wěn)定，能夠?qū)崿F(xiàn)中途停止，順應(yīng)了多變的情況，便于應(yīng)用于工業(yè)上實際作業(yè)。2) 在整個上升過程中利用了滾動原理，較為穩(wěn)定沒有震動，內(nèi)部能夠安裝一些精密儀器。3) 旋轉(zhuǎn)過程中有著與管道相垂直的徑向轉(zhuǎn)動，接觸面較廣，不存在死角問題，便于實際應(yīng)用中的勘測、清洗等實際工作的具體實施。就螺旋式管道機器人各種設(shè)計也有個各自的優(yōu)點，就我們一些參考文獻中的設(shè)計方案進行對比來具體了解我們的機械結(jié)構(gòu)原理。下圖出自論文URT螺旋輪式管道檢測機器人越障性能研究中，與我們的方案類似的采用了三叉元結(jié)構(gòu)，利用了三角形的穩(wěn)定性。就

16、單單上圖的設(shè)計我們提出了如下幾個沒有克服的問題：1) 驅(qū)動設(shè)計較少，在管道內(nèi)部的環(huán)境中容易產(chǎn)生打滑等抱死的狀況。2) 彎半徑較大，無法適應(yīng)復雜的管道內(nèi)部狀況。3) 上升力矩太小，垂直時無法克服重力以及管道內(nèi)部的一些阻力。我們會在我們的設(shè)計過程中一一克服以上問題。二、實施方案螺旋頭的軸心偏移力學模型1、螺旋頭的軸心偏移在正常管道中, 3個沿管道周向120均布的螺旋輪的初始預(yù)緊力大小關(guān)系為: Fk1 = Fk2 = Fk3。由于螺旋頭的重量與彈簧預(yù)緊力相比較小,故可以忽略其影響。設(shè)3個螺旋輪預(yù)緊彈簧的剛度系數(shù)均為k， 則o1 輪的彈簧預(yù)緊力增量為: F1 = k ( x - oo) ; o2 ,

17、o3 輪的彈簧預(yù)緊力增量為: F2 = koo/sin30。由于3個輪子夾角不變,通過軸心處受力平衡易知: F1 =F2 ,即: x - oo= oo/ sin30,故得軸心的偏移量為: oo= x /3。2、多節(jié)設(shè)計如圖是我們的設(shè)計方案，采用此種多節(jié)設(shè)計有著以下優(yōu)點：1）采用多節(jié)設(shè)計能夠加大前進驅(qū)動力，不會出現(xiàn)卡死的現(xiàn)象。2）各節(jié)之間運用萬向接頭3連接，能夠在較小的半徑下轉(zhuǎn)彎。3）多節(jié)半徑柔韌性好，出現(xiàn)局部受阻現(xiàn)象后其他部位依舊能夠正常工作。3、伸縮裝置為了能夠適應(yīng)更多內(nèi)徑的管道，在每一節(jié)的設(shè)計中還有一個鎖緊裝置。該伸縮裝置一段與電機固定，另一端與一伸縮關(guān)節(jié)相連接。工作時帶有螺紋的主軸會隨著

18、電機進行轉(zhuǎn)動，伸縮關(guān)節(jié)會隨著螺紋進行上下移動。在移動的同時帶動連桿，減少兩個連桿的角度，從而增加了輪子的中心距，達到了增大半徑鎖緊的目的。單節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖伸縮關(guān)節(jié)示意圖伸縮關(guān)節(jié)的細節(jié)圖如上所示，呈現(xiàn)三葉草狀，每一個瓣對應(yīng)相應(yīng)的連桿。關(guān)節(jié)與連桿中間通螺栓進行間隙連接，能夠自由移動。4、舵機變速裝置為了便于控制，我們將控制輪子運動速度的電機設(shè)置為固定的，而輪子的角度則有舵機進行控制，控制范圍為-20+20。如下圖所示，假設(shè)有一個豎直管道，x軸為水平轉(zhuǎn)動速度，y 軸為豎直上升速度。輪子與水平夾角a可以在-20+20之間進行改變，從而造成在y軸上的分速度進行改變，達到了改變上升速度的目的。在更改a角的同

19、時，也能夠增加上升力矩，正如同千斤頂一樣，用較小的力矩去克服較大的阻力，達到克服阻礙，順利上升的目的。如上圖：1,2圓盤式舵機 4腿部支架 3輪子1,2之間可以進行相對的精確轉(zhuǎn)動，從而調(diào)整輪子與水平面的角度。5、多節(jié)結(jié)構(gòu)之間的連接多節(jié)之間要能相對轉(zhuǎn)動，但是卻要保持連接。于是我們采用了三節(jié)萬向接頭的連接方式（如右圖所示）。1-套筒；2-十字軸3-傳動軸叉4-卡環(huán)；6 f# V% k1 $ KD2 n- m5-軸承外圈6-套筒叉工作原理：十字軸式萬向節(jié)由一個十字軸，兩個萬向節(jié)叉和四個滾針軸承等組成。兩萬向節(jié)叉1和3上的孔分別套在十字軸2的兩對軸頸上。這樣當主動軸轉(zhuǎn)動時，從動軸既可隨之轉(zhuǎn)動，又可繞十

20、字軸中心在任意方向擺動，這樣就適應(yīng)了夾角和距離同時變化的需要。在十字軸軸頸和萬向節(jié)叉孔間裝有滾針軸承5，滾針軸承外圈靠卡環(huán)軸向定位。十字軸式剛性萬向節(jié)具有結(jié)構(gòu)簡單，傳動效率高的優(yōu)點，但在兩軸夾角不為零的情況下，不能傳遞等角速轉(zhuǎn)動。6、預(yù)期的一些設(shè)計圖預(yù)期基本參數(shù)凈重：2-5kg行走速度：05m/min無級調(diào)速適應(yīng)圓形管道：直徑范圍120200mm管內(nèi)越障高度：5mm最小轉(zhuǎn)彎半徑:100mm第三章 機器人系統(tǒng)控制 通過上述的機械設(shè)計的構(gòu)思以及機械結(jié)構(gòu)的制作，一個機器人的雛形已經(jīng)形成。但是機器人最重要的就是能使它能動起來，按照指令完成一定的動作，所以我們通過編程及運用單片機來控制機器人的運動，實現(xiàn)

21、對機器人的系統(tǒng)控制。如下是螺旋管道機器人的程序說明：電機123電機4舵機123按鍵說明 1 復位 電機4正轉(zhuǎn)收縮 2 復位 6舵機初始90度 3 裝機器人 電機反轉(zhuǎn)伸長固定好機器人 4 慢速 舵機正轉(zhuǎn)：（5度）5 中速 舵機正轉(zhuǎn)：（15度）6 快速 舵機反轉(zhuǎn)：（25度）7 上升 電機123正轉(zhuǎn)8 下降 電機123 反轉(zhuǎn)開始If（按鍵1） 電機4正轉(zhuǎn)收縮；（延時） If（按鍵2） 舵機初始0度；（）If（按鍵3）電機反轉(zhuǎn) 伸長固定好機人；Else If（按鍵4）舵機初始0度舵機旋轉(zhuǎn)5度，If（按鍵5）舵機初始0度舵機旋轉(zhuǎn)15度If（按鍵6）舵機初始0度舵機旋轉(zhuǎn)25度ElseIf（按鍵7） 電機正

22、轉(zhuǎn) ；（延時）上升If（按鍵8） 電機反轉(zhuǎn)；（延時）下降Else 電機4正轉(zhuǎn)收縮；（） 舵機初始0度；（）第四章 機器人制作過程在經(jīng)歷了前期的資料準備、實物準備及工具準備等之后，正式開始了機器人的制作過程，制作過程如下：一、 根據(jù)最初的管道機器人構(gòu)思，完成了機器人的設(shè)計，理論性的設(shè)計出了各個結(jié)構(gòu)的機械設(shè)計圖，包括：管道機器人的整體支架結(jié)構(gòu)、移動裝置結(jié)構(gòu)、收縮裝置結(jié)構(gòu)、控制裝置部分等構(gòu)件的設(shè)計圖。再根據(jù)設(shè)計出來的圖紙畫出機器人的Proe圖，通過軟件仿真論證，同時在此基礎(chǔ)上進一步完善設(shè)計圖，知道軟件仿真論證完全通過，設(shè)計圖完成。二、 根據(jù)設(shè)計圖制造出所需的構(gòu)件或結(jié)構(gòu)，包括：移動裝置部分、支架結(jié)構(gòu)部

23、分、控制裝置部分（即安裝單片機的結(jié)構(gòu)）等；通用型構(gòu)件直接通過采購得到，包括：舵機、直流電機、滾輪、緊固螺栓、軸承、支座、萬向接頭、絲桿、連接導線等，所需采購的構(gòu)件必須按照設(shè)計規(guī)格購買。三、 機器人的組裝，在各個構(gòu)件或結(jié)構(gòu)制造和采購齊全后，組裝機器人是根據(jù)設(shè)計裝配圖進行。機器人為多節(jié)機器人，各節(jié)結(jié)構(gòu)相似，組裝過程是按節(jié)為單位，節(jié)和節(jié)組裝到一起就構(gòu)成完整的機器人。絲桿與安裝在制作上的主直流電機連接構(gòu)成中心軸，三個支架結(jié)構(gòu)通過軸承安裝在中心主軸上，各部分相隔120度角圍成一個錐體，在每個支架結(jié)構(gòu)的鉸鏈處安裝舵機和直流電機以及滾輪組成的的成成一個錐體，在每個支架結(jié)構(gòu)的鉸鏈處安裝舵機和直流電機以及輪子-

24、 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 -

25、 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 - 17 -移動裝置，通過導線將舵機、直流電機連接到單片機上。將節(jié)和節(jié)用方向接頭連接就得到機器人，其中有一節(jié)用于安裝單片機。四、 機器人組裝完成后，對機器人進行結(jié)構(gòu)調(diào)試以及各方面的數(shù)據(jù)測量，通過測量其在管道中的摩擦力和其在垂直管道中的最大牽引力一個其他

26、方面的里，論證機器人是否能在管道中正常移動，實現(xiàn)管道機器人的最基礎(chǔ)的功能。對機器人的構(gòu)件的調(diào)試，校正各構(gòu)件的配合偏差，甚至通過修改完善機器人。經(jīng)過多次的反復試驗后，最終的管道機器人制作完成。五、 Avr單片機與PT2262/ PT2272的連接及工作原理 將無線接收模塊的VCC、GND以及各數(shù)據(jù)端分別與avr實驗板上的VCC、GND及實驗板的控制IO口(假設(shè)PB0 PB7)控制引腳相連。當我們按下發(fā)射模塊上的18按鍵, PT2262發(fā)射模塊發(fā)出相應(yīng)的信號, PT2272接收模塊接收信號后控制數(shù)據(jù)端輸出低電平, 從而來達到對小車的控制。第五章 設(shè)計總結(jié)本次實驗經(jīng)歷了管道機器人的構(gòu)思，理性地設(shè)計出

27、各個結(jié)構(gòu)圖，并用proe畫出各個圖，到根據(jù)圖設(shè)計出所需的構(gòu)件或結(jié)構(gòu)，再到后來大家一起采購相應(yīng)的材料，一起組裝機器人，并且對機器人進行結(jié)構(gòu)調(diào)試以及各方面的數(shù)據(jù)測量，經(jīng)過反復實驗和修正，最終完成了管道機器人的制作。一、此次設(shè)計的創(chuàng)新點是：1.使用螺旋傳動機構(gòu)在設(shè)計中結(jié)合杠桿機構(gòu)，巧妙地利用寫輪達到一定的螺旋角，利用螺旋傳動的方式得到所需的動力。螺旋傳動的優(yōu)點在于直接把電動機的能量轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)前進的能量，能最大限度地實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化，這在小空間中不能從外界得到的能量的獨立環(huán)境中是非常有利的。2.使用杠桿式的半徑機構(gòu)利用變徑結(jié)構(gòu)可調(diào)節(jié)機器人的大小以適應(yīng)管道直徑的大小，使機器人在任何管道中都能行動自如，增加

28、了機器人的使用度。另外，一般的變徑機構(gòu)通過彈性結(jié)構(gòu)直接作用實現(xiàn)變徑，而本設(shè)計創(chuàng)新性地使用杠桿式的變徑機構(gòu)，使得變徑機構(gòu)與斜輪支撐機構(gòu)統(tǒng)一在一體。杠桿式的變徑結(jié)構(gòu)可以通過杠桿的一端的位移調(diào)節(jié)變徑范圍，同時可以用彈性系數(shù)不同的彈簧調(diào)節(jié)杠桿式變徑機構(gòu)輸出力的大小，杠桿設(shè)計為多力臂結(jié)構(gòu)，可以調(diào)節(jié)一端力臂的大小，調(diào)節(jié)輸入輸出地關(guān)系，使得機器人可以方便地適應(yīng)不同的管徑和斜輪壓力要求，大大提高了機構(gòu)的適應(yīng)能力。3.模塊化設(shè)計與分體可重構(gòu)結(jié)構(gòu)本設(shè)計采用模塊化設(shè)計及可重構(gòu)的設(shè)計思想設(shè)計了多種模塊，并在此基礎(chǔ)上可以實現(xiàn)單個電動機驅(qū)動的運動單體，通過模塊化的連接機構(gòu)實現(xiàn)兩個單體結(jié)合為一個復合體，從而得到多個單體連接

29、的復合體機構(gòu)，得到不同的輸出力與力矩，適應(yīng)不同的使用要求。本次組裝的兩組管道機器人結(jié)構(gòu)分別為：機型1：運動模塊動力模塊控制模塊用于功能擴展的動力輸出。機型2：運動模塊動力模塊控制模塊運動模塊連接模塊CCD視覺功能模塊根據(jù)不同的工作需要還可以裝配出其他幾種機型。例如，當管道無小半徑轉(zhuǎn)彎、路徑不復雜且便于引線時，動力源和控制源都可由管道一端牽線引入，可以采用如下組裝方案：運動模塊連接模塊功能模塊當運行時，由于管內(nèi)壁凹凸不平或功能模塊引起的阻力較大，可以加強動力模塊，采用如下組裝方案：運動模塊加強動力模塊運動模塊功能模塊當管內(nèi)操作需要多種功能或功能要分步執(zhí)行時，可以采用如下組裝方案：運動模塊動力模塊連接模塊功能模塊連接模塊功能模塊連接模塊功能模塊二、此次設(shè)計的功能及其特點：1.工作平臺性質(zhì)。變徑機構(gòu)設(shè)計和模塊化的設(shè)計思想，使得本設(shè)計成為出色的管內(nèi)工作平臺和功能載