AYSYS永磁攀爬机器人操控系统设计(2)
时间:2017-03-16 20:44 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
1.2 攀爬机器人发展情况 1.2.1 国外发展情况 1.2.2 国内发展情况 1.3 本课题研究内容 本文是针对大同某电厂提出的清洗钢铁墙壁要求而设计的一种新型爬壁机器人本体，一方面由于其工作环境的特殊性，选择永磁吸附方式作为吸附力的提供者；另一方面根据机器人的行走要求，采用非永磁轮式行走结构的永磁爬壁机器人能够更加方便快捷的移动和控制，因此本文将以此为突破点，做以下几点工作： (1)总体方案的选择 通过对比各种方案的优劣性，选择适合的结构、行走、吸附方式，设计并计算机器人本体结构静力学参数，对需要用到的装置进行合理的计算并具体确定。 (2) 永磁吸附装置的设计 针对本设计的非永磁轮式行走机构，采用有限元软件 ANSYS，通过数学建模等方法，设计一种新型的可调磁极永磁吸附装置并用超声电机驱动，该装置中的永磁铁可以调节磁极，在机器人工作时能够在装置与墙壁的间隙间提供足够的磁力，非工作状态时可以方便的从墙壁上取下。 (3)机器人软硬件系统设计 通过超声电机来驱动四个吸盘的磁力转动方向，由此实现吸盘有磁和无磁之间的转换，并通过软件编程来控制攀爬机器人的运动方式，使四个吸盘按顺序的进行攀爬。 2 攀爬机器人总体结构设计 步态规划是足脚式移动机器人研究时必不可少的内容，步态规划对于整体机构的运动特性及动力特性都有直接的影响，同时直接影响到机器人总体几何结构设计、控制器软件设计以及控制方法及实施的难易程度。步态规划的好坏将直接影响到机器人运动的稳定性以及各关节所需驱动转矩的大小等多个方面，因此在研究机器人移动状态之前必须设计好其运动方式。 2.1 攀爬机器人结构设计 运动方式是指在运动过程中，步行者(人、动物或机器)的肢体在时间和空间上的一种协调关系，是移动着的腿的有规律的重复顺序和方式。步行机器人步态与体态的稳定性、周期性和可操作性是其实现稳定行走的基本前提。足脚式移动机器人的运动步态大致分为两大类，周期型步态和智能型步态。其中周期型步态是指机器人的腿的运动是周期的循环，这种步态适合一些结构简单、控制不复杂的壁面攀爬机器人在相对简单的环境中爬行，运动可靠灵活而且效率高[6-8]。 图是目前应用最普遍的四足壁面攀爬机器人的运动步态之一。该类机器人每个腿有一个以上的驱动器作为关节来驱动各个部分的运动。由于每个腿上的独立驱动可是使机器人完成很多复杂的运动，如图2.1所示，仿照动物爬行行方式，运动过程中只有一个腿是离开壁面，剩下的三条腿都是吸附在壁面上的，由于三角形的稳定性，机器人可以非常稳定的爬行。其中足端带圈的腿表示该腿即将移动，足端不带圈的表示身体移动。 图2.1仿照动物爬行机器人爬行方式 智能型步态需要传感器探测环境，然后根据一定的算法计算后确定动作。因此智能步态适合在复杂的环境中爬行，同时需要一些传感器和高性能的控制器。 由于我们设计的壁面攀爬机器人的特殊背景，而且研究环境为简单平整型立面，步态的设计主要是验证机器人腿部平面四连杆机构的可行性，所以这里主要讨论确定周期性步态。 由毕业设计要求可得，将设计一种四脚垂直壁面攀爬机器人。这里的壁面为光滑平整壁面，故设计为周期性步态攀爬机器人。因为机器人并没有具体的设计目的，故采用一块长方形铁板作为机器人主体，再分别用四个只有一个运动副的关节连接机器人的四条腿，四条腿分别垂直于作为机器人主体的铁板，并只能在平行与机器人前进方向并垂直于铁板的平面内做圆周运动。其中每一个关节都有一个电机作为驱动装置。每条腿的末端连接一个可调永磁攀爬器，并且攀爬器可以在机器人腿运动平面做小范围的转动，这样的设计可以有效的防止运动死角的出现。具体结构如图2.2所示: (责任编辑：qin) |