气缸驱动爬杆机器人的设计

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1、本科毕业设计说明书（论文）第31页共31页第一章绪论1.1论文研究的目的和意义随着我国国民经济的飞速增长、人民生活水平日益提高，城镇中随之矗立起无数的高层城市建筑，各类集实用性与美观性一体的市政、商业工程诸如电线杆、路灯杆、大桥斜拉钢索、广告牌立柱等(如图1-1)，它们通常5—30米，有的甚至高达百米，壁面多采用油漆、电镀、玻璃钢结构等，由于常年裸露在大气之中，长时间的风吹雨打会影响到它的美观，同时空气中混合的一些污染物质也会对这些城市建筑特别是金属杆件造成损坏，使它们快速生锈，并缩短它们的使用寿命，需

2、要定期对它们进行壁面清洗维护工作。图1-1杆状城市建筑物为保持清洁、美观，每年至少对这些建筑清洗数次。目前传统的清洗技术主要有人工清洗(使用化学药剂清洗)和高压水枪清洗等方法。其中人工清洗是由清洁工人搭乘吊篮进行高空作业来完成，高空作业具有很大程度上的危险性，工作效率也很低，耗资巨大。化学药剂中所用的去污剂具有很强的毒副作用会对人的健康造成危害，并易造成环境的污染。高压水枪清洗耗能比较大、成本高，在利用高压水枪进行清洗时，它的周边不能有车辆、行人通过，会影响交通。其它高空作业诸如:各种杆状城市建筑的油漆

3、、喷涂料、检查、维护，电力系统架设电缆、维修等工作主要要通过人工和大型设备来完成，但它们都有效率低、劳动强度大、耗能高、污染严重等负面问题。随着机器人技术的出现和发展以及人们自我安全保护意识的增强，迫切希望能用机器人代替人工进行这些高空危险作业，从而把人从危险、恶劣、繁重的劳动环境中解脱出来。开发能够实际运用的柱状爬杆清洗机器人，是很有意义的，具有良好的经济效益和社会效益。本科毕业设计说明书（论文）第31页共31页爬杆清洗机器人的使用将大大降低高层杆状建筑的清洗成本，改善工人的劳动环境，提高劳动生产率。

4、本课题旨在开发设计一种新型的、结构简单、经济适用、操作简便的适用于圆柱状城市设施可搭载清洗、维护设备的爬杆机器人，用以解决当前城镇中存在的影响城市美观的公共设施的清洗、维护问题。1.2国内外研究现状以及存在的问题机器人是人类新世纪的伟大发明之一，是传统的机构学与近代电子技术相结合的产物，是计算机科学、控制论、机构学、信息科学和传感技术等多学科综合性高科技产物，它是一种仿人操作、高速运行、重复操作和精度较高的自动化设备，机器人技术的出现和发展，不但使传统的工业生产和科学研究发生根本性的变化，而且将对人类的

5、社会生活产生深远的影响。机器人产业己成为当代应用最广泛、发展迅速的高科技产业之一。机器人作为高技术领域的一个重要分支，将成为21世纪各国争夺的经济技术的制高点。1.2.1机器人的分类机器人的种类多种多样，从应用环境出发，将机器人分为两大类:工业机器人、特种机器人或者分为两类:制造环境下的工业机器人、非制造环境下的服务与仿生机器人。仿生机器人是未来机器人领域的一个发展方向，按仿生学角度来分可分为:蝗螂式爬行机器人、蜘蛛式爬行机器人、蛇形机器人、尺镬式爬行机器人[1]等。按驱动方式来分可分为:气动爬行机器人

6、、电动爬行机器人和液压驱动爬行机器人等。按行走方式可分为:轮式、履带式、蠕动式[2]、多足式等。按工作空间来分可分为:管道爬行机器人、壁面爬行机器人、球面爬行机器人、陆地移动机器人、水下机器人、无人飞机、空间机器人等。按功能用途来分可分为:焊弧爬行机器人、检测爬行机器人、清洗爬行机器人、提升爬行机器人、医疗机器人、军用机器人、助残机器人、巡线爬行机器人、玩具爬行机器人等。根据不同的驱动方式和功能等可以设计多种不同结构和用途的爬行机器人，如气动管内检测爬行机器人，电磁吸附多足式爬行机器人、电驱动壁面焊弧爬

7、行机器人等，每一种形式的爬行机器人都有各自的应用特点。本科毕业设计说明书（论文）第31页共31页1.2.2国内外研究现状爬行机器人[3-5]是机器人大家族中的一员，爬升机器人因为需要克服重力的作用而可靠地依附于爬升表面上并自主移动，完成特定条件下的作业，区别于平面移动机器人，故爬升机器人是机器人领域的一个重要研究分支，从运动方式上来表征的一种机器人，形式是多种多样的。最早开始研究且研究最多的是爬壁机器人[6-7]，适于高层建筑、水力发电大坝等垂直壁面[8-9]和大球形表面上的危险作业。对于管道外壁表面，

8、已有车轮移动形、姿态可变形、尺镬形和多关节形机器人，用于石油、化工企业等多为水平管线上的检查和诊断，且牵引力较小。国内外的学者很早就对爬行机器人进行研究工作，目前，国内外提出的一些依附于杆体表面的自动爬行机构主要有电动机械式爬杆机器人、电动液压式爬杆机器人和气动蠕行式爬杆机器人[9-11]等。电动机械式爬行器是由电动机带动链轮、带轮、齿轮驱动夹紧杆体的前后轮向同一方向转动，依靠行走轮与杆体的摩擦力使爬升器沿杆体上升下降。螺旋运动爬升机器人的