一种多姿态爬杆机器人无线控制系统设计.pdf

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1、机器人现代制造工程(ModernManufacturingEngineering)2012年第10期一种多姿态爬杆机器人无线控制系统设计4李楠，徐凯，单晖，纪小刚，崔爱强，朱生茂，田少杰，刘智慧，李丹，菅宗昌，曲迪(江南大学机械工程学院，无锡214122)摘要：基于一种多姿态爬杆机器人，设计了相应的无线控制系统。该系统由手持式控制器模块、多功能控制器模块以及直流电动机驱动模块等组成，可以通过无线方式控制机器人的七个直流电动机，实现机器人的直行、旋转和换向等动作。关键词：爬杆；机器人；无线；控制系统；模块中图分类号：THl22文献标志码：A文章编号：1671m3133

2、(2012)10珈028珈6Thedesignofwirelesscontrolsystemforamulti--posepole--climbingrobotLiNan，XuKai，ShanHui，JiXiaogang，CuiAiqiang，ZhuShengmao，TianShaojie，LiuZhihui，LiDan，JianZongchang，QuDi(SchoolofMechanicalEngineering，JiangnanUniversity，Wuxi214122，Jiangsu，China)Abstract：Thecorrespondingwirele

3、sscontrolsystemforamuhi—posepole—climbingrobotwasdesigned．Thiscontrolsystemismadeupofhandheldcontrollermodule，muhifunctionalcontrollermoduleandDCmotordrivermodules．Bythiscontrolsystem，sevenDCmotorscouldbecontrolledrespectivelyinawirelessway．Accordingly，therobotcanmovealongthepole，rotat

4、earoundthepoleandexchangeeachotherbymeansofchangement．Keywords：pole—climbing；robot；wireless；controlsystem；module0引言在现代生活中，高空作业不断增加，如高楼清洗、油漆、喷涂、救护、大桥缆绳的检查和维护、电力系统架设电缆等等。这些工作给高空作业的工作人员带来了很大的不安全因素。爬杆机器人是解决这一状况的有效方法之一，为此，国内外很多学者针对各种特定的行业，展开了大量的研究。沈孝芹等人¨1针对市政工程中需要大量爬杆作业的需求，研制了一种基于气动元件的爬杆机器人

5、，该机器人应用四只两种类型的气缸实现了机器人的爬杆作业，机器人本体应用红外遥控驱动的单片机控制。该机器人载重可达lOkg，广泛替代了人工在市政爬杆作业中的工作。徐生等人。2o提出了一一种以气压驱动的蠕动爬杆机器人设计方案，该方案以气缸活塞的运动带动连杆机构运动，实现了机器人对圆柱杆的夹紧；用橡胶驱动器连接上、下两个夹紧机构，利用橡胶管在气压作用下的伸缩性，配合夹紧机构，实现了机器人以蠕动方式爬升圆柱杆。宋岩等人口1研制了+2009年江苏省高等学校大学生实践创新训练计划项目28一种尺蠖式爬行机器人，该机器人在结构上采用两段主体与伸缩腰配合，主体周向120。等角度布置三

6、个接触脚夹紧机构，分别由电动机控制，进行尺蠖式前进。该机器人运行可靠、平稳，控制方便，适应管径范围大、作业距离长的环境，具有较大的负载能力，更适合在垂直方向上工作，有良好的应用价值。陈俊龙等人M1设计了一种继电器控制的爬杆机器人，该机器人通过继电器和棘轮机构进行控制，设计独特，在实际运行中具有动作可靠、投球准确、结构紧凑和投资低的特点。杨存智"j设计了一种爬杆(绳)机器人，该机器人模仿人的爬树动作而设计，结构灵巧，安装容易，控制方便，应用前景广阔。本文将针对具有多种工作姿态的爬杆机器人设计相应的无线控制模块。1爬杆机器人的具体动作流程爬杆机器人的结构如图1所示。该机

7、器人的各种运动分别由七个直流电动机进行控制。简述爬杆机器人的控制过程如下。李楠，等：一种多姿态爬杆机器人无线控制系统设计2012年第10期图l爬杆机器人的结构l导杆2．直行橡胶轮3．同步齿形带4．直行电动机5．张紧弹簧6．直行手臂7．换向楔块8．换向齿条9．换向电动机10．换向齿轮11．八角支架12．旋转手臂13．张紧弹簧14．旋转电动机15．同步齿形带16．旋转橡胶轮17．弹簧18．T型导轨1213141516该机器人共有停止、直行和旋转三种运动状态。在不同运动状态下，对应的机器人各部件工作状态如表1所示。表1不同运动状态下爬杆机器人的各部件工作状态机器人换向