2016二级项目爬行机器人
管道攀爬机器人结构设计及行走动力特性分析
管道攀爬机器人结构设计及行走动力特性分析一、结构设计：1.机器人主体结构：管道攀爬机器人的主体结构一般由多个可伸缩的模块组成，每个模块包括一个电机、行走轮和一个伸缩杆。
2.伸缩机构：机器人通过伸缩杆来适应不同管道尺寸。
伸缩杆一般采用多节设计，每个节段之间通过齿轮或链条进行连接，以实现伸缩功能。
3.行走轮和传动机构：机器人采用行走轮来实现在管道内的行走。
行走轮通常由橡胶材料制成，提供良好的摩擦力。
传动机构一般为电机与行走轮的传动装置，通常采用齿轮传动或链条传动。
4.控制系统：机器人的控制系统包括传感器、执行器和控制器。
传感器可以感知机器人的位置、姿态和环境条件等信息，以便进行自主导航和任务执行。
执行器包括电机和伸缩杆等组件，用于控制机器人的运动和伸缩。
控制器负责接收传感器信息，并根据预设的算法控制机器人的运动。
二、行走动力特性分析：1.爬行速度：管道攀爬机器人的爬行速度取决于行走轮的直径、电机的转速和传动机构的设计等因素。
一般来说，机器人爬行速度应该足够快，以提高任务完成效率。
2.负载能力：机器人承载工具和传感器进行任务执行，因此需要具有较大的负载能力。
负载能力的大小与机器人的结构强度和设计参数有关。
3.自稳定性：机器人在管道内行走时需要具备较好的自稳定性，以应对管道内的复杂环境。
自稳定性主要通过控制系统实现，通过传感器检测机器人的姿态和环境条件，并及时做出调整。
4.能耗与动力供应：管道攀爬机器人通常采用电池供电，因此需要考虑能耗和续航时间。
一般通过优化结构设计和控制算法，减小阻力和能耗，延长电池寿命。
5.适应性：管道攀爬机器人需要适应多种管道的尺寸和形状。
因此，其结构设计应具有一定的自适应性，能够根据管道的不同尺寸进行伸缩和调整。
综上所述，管道攀爬机器人的结构设计和行走动力特性是保证机器人能够在管道内进行任务执行的关键要素。
通过合理的结构设计和动力调节，可以使机器人具有较高的工作效率和可靠性，适应不同尺寸和形状的管道。
爬壁机器人研究现状与技术应用分析
爬壁机器人研究现状与技术应用分析目前，爬壁机器人的研究主要集中在以下几个方面：第一，爬壁机器人的结构设计与材料选择。
为了实现在垂直或倾斜表面的爬行，需要设计具备足够吸附力的足部结构。
研究者通过模仿壁虎等动物的足部结构，设计出了各种新型的吸附装置。
同时，选择合适的材料也是关键，常见的材料包括硅胶、微纳米毛发等。
第二，爬壁机器人的运动控制与感知系统。
爬壁机器人需要基于环境信息进行定位和导航，同时需要通过传感器获取周围环境的变化。
研究者发展了多种导航算法和传感器技术，如视觉导航、激光雷达等，以提高爬壁机器人的感知与控制能力。
第三，爬壁机器人的动力系统研究。
爬壁机器人需要具备足够的动力来支撑其在垂直或倾斜表面上的移动。
为此，研究人员开发了各种类型的动力系统，如电池、电机、液压系统等，以满足不同需求的爬壁机器人。
第一，建筑工程领域。
爬壁机器人可以用于高空外墙维护、玻璃清洗等工作。
与传统人工作业相比，爬壁机器人可以提高作业效率，减少人力风险。
第二，军事领域。
爬壁机器人可以用于侦察、侦查、搜救等任务。
通过在垂直或倾斜表面上自由移动，爬壁机器人可以到达人类无法到达的地方，提供重要的信息。
第三，工业生产领域。
爬壁机器人可以在工业设备等狭小和垂直场所进行作业，如管道检测、焊接等。
这可以提高工业生产的效率和安全性。
第四，医疗领域。
爬壁机器人可以用于内窥镜等医疗设备中，实现更准确、精细的操作。
这对于微创手术和诊断具有重要意义。
总之，随着科技的不断进步，爬壁机器人在各个领域的研究与技术应用正在不断发展。
未来，爬壁机器人有望在更多领域发挥其独特优势，为人们的生产和生活带来更多的便利和安全。
爬墙机器人原理
爬墙机器人原理
爬墙机器人的原理基本上是模仿壁虎的爬墙能力。
壁虎是一种能够在垂直平滑表面上行走的爬行动物，它们通过脚部的微小毛发和分子力实现了“吸附”的效果。
爬墙机器人则是通过模仿这种原理来实现类似的功能。
爬墙机器人通常由以下几个部分组成：
1. 结构和材料：爬墙机器人一般采用轻量且具有足够强度的材料来构建主体结构。
类似壁虎脚部的吸盘结构通常使用弹性材料，例如硅胶，以提供足够的“吸附力”。
2. 接触力传感器：为了模拟壁虎爬墙时的“吸附力”，爬墙机器人通常配备了接触力传感器。
这些传感器能够感知机器人脚部与墙面之间的接触情况，以便机器人能够调整吸附力并保持稳定的附着。
3. 运动控制系统：爬墙机器人需要一个精确的运动控制系统来实现在垂直表面上的行走。
这个系统通常由多个电机和传动机构组成，以提供适当的力和运动。
4. 算法和控制器：爬墙机器人的控制器使用算法来计算和控制各个部分的运动和吸附力。
这些算法通常基于壁虎的行为研究和运动特征，以实现相似的爬墙能力。
通过将这些部分组合在一起，爬墙机器人可以模仿壁虎的爬墙能力，实现在垂直表面上的行走。
这种机器人具有潜在的应用
价值，例如在建筑施工、救援任务或工业领域中进行高空作业或其他需要垂直行走的任务。
爬壁机器人的组成结构
爬壁机器人的组成结构一、爬壁机器人的概述爬壁机器人（Climbing Robot）是一种能够在垂直墙面或倾斜表面上爬行的机器人。
它利用各种机械结构和传动系统，实现由地面到垂直墙面的过渡，并能在墙面上自由移动。
爬壁机器人具有重要的应用价值，可以用于建筑物外墙的清洁、检测以及施工等任务。
二、爬壁机器人的主要组成部分爬壁机器人的组成结构可以大致分为以下几个部分：1. 机械结构爬壁机器人的机械结构是实现其爬行功能的重要部分。
机械结构通常包括车身、爬行模块、传动系统等组成部分。
其中，车身是机器人的主体部分，承载其他的组件和模块。
爬行模块是负责机器人在墙面上爬行的关键部分，它通常由爬行轮、爬壁脚和贴附装置组成。
传动系统是将电动机或液压装置的能量传递给爬行轮，使机器人能够在墙面上前进。
2. 传感器系统传感器系统是爬壁机器人必备的部分，它能够感知机器人所处的环境和墙面的状态，为机器人提供必要的信息和反馈。
传感器系统通常包括视觉传感器、触觉传感器、力传感器等组件。
视觉传感器可以通过摄像头或激光雷达等设备获取墙面的图像和距离信息，以辅助机器人的导航和定位。
触觉传感器和力传感器可以检测机器人与墙面的接触力和压力，以确保机器人的贴附效果和安全性。
3. 控制系统控制系统是爬壁机器人的”大脑”，负责对机器人进行控制、导航和路径规划等操作。
控制系统通常由嵌入式计算机、传感器接口、动力系统等组成。
嵌入式计算机能够接收传感器的数据，并根据预设的算法和程序对机器人进行实时控制。
传感器接口则用于与传感器进行数据交互，动力系统则负责为机器人提供能量。
4. 电源系统电源系统是为爬壁机器人提供能量的部分，它通常包括电池、电源管理模块和充电系统等组件。
电池是机器人的动力源，可以为机器人提供持续的电能供应。
电源管理模块可以对电池进行电能的管理和分配，以确保机器人的稳定运行。
充电系统则是为电池提供充电服务，以维持机器人长时间的工作能力。
三、爬壁机器人的实现原理爬壁机器人的实现原理可以概括为以下几个步骤：1. 贴附墙面爬壁机器人利用贴附装置将自身稳固地贴附到墙面上。
管道攀爬机器人结构设计及行走动力特性分析
虽然串联机器人动力学特性及结构优化设计已经取得了许多重要成果，但仍 然存在许多研究方向值得进一步探索。例如，如何建立更加精确、高效的动力学 模型，以满足实时控制的需求；如何将新型优化算法应用于结构优化设计中，以 获得更好的优化效果；如何提高机器人的柔性和自适应性，以适应更加复杂和动 态的环境等。
此外，随着和机器学习技术的快速发展，这些技术也开始被应用于串联机器 人的设计和控制中。例如，通过机器学习方法，可以实现对机器人的自适应控制、 故障诊断和维护等。这为串联机器人的进一步发展提供了新的机遇和挑战。
因此，在未来的研究中，可以综合考虑这两种方法，设计一种混合式的控制 策略，以实现机器人在不同条件下的稳定攀爬。此外，还可以进一步研究机器人 感知和决策等方面的技术，以提高机器人在复杂环境中的自主能力。
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控制算法
管道攀爬机器人的控制算法包括位姿估计、轨迹跟踪等。位姿估计是指对机 器人在管道中的位置和姿态进行估计，通过对传感器数据的处理和分析来实现。 轨迹跟踪是指根据位姿估计结果，控制机器人按照预设的轨迹行走，通过对电机 进行控制来实现。
在控制算法的设计过程中，需要考虑机器人的作业效率和安全性。为了提高 作业效率，需要缩短位姿估计的时间，提高轨迹跟踪的精度。为了确保安全性， 需要加入防抖动和异常情况处理等功能，以避免机器人在行走过程中出现问题。
爬杆机器人是一种能够在垂直杆上自主攀爬的机器人，这种机器人在电力线 路巡检、救援、建筑等领域有广泛的应用前景。然而，要实现机器人的自主攀爬， 需要解决一系列的关键问题，包括对环境的感知、运动规划、控制策略等方面。 在本次演示中，我们将重点探讨爬杆机器人的攀爬控制。
机器人攀爬控制是实现自主攀爬的关键技术之一。在攀爬过程中，机器人需 要通过对环境的感知，获取关于杆子位置、姿态等信息，再根据这些信息调整自 身的运动状态，实现稳定的攀爬。在这个过程中，控制算法起着至关重要的作用。
爬行乌龟机器人基础教学PPT课件
能够爬行的爪子，用两个马达控制 结构：身体 + 头部 + 爬行的爪子 身体：马达连接、与控制器连接要牢固
头部：主要是超声波传感器，用连杆以及 其他零件将其头伸出身体。
爬行的爪子：能够有阻力使其往前爬行， 可以用小轮胎作为爪子。
程序编写
乌龟能够爬行，两个马达控制爪子。运行 时交替进行，才能像乌龟一样爬行。遇到 “鱼”时，加速前进。没遇到“鱼”时， 缓慢爬行
爬行乌龟
教学目标 1、超声波传感器的编程与使用。 2、声音传感器的编程与编写。 3、多任务程序的编写。 难点 1、设计搭建，使乌龟更形象逼真的爬行。 2、超声波距离探测，避开障碍物。 时间安排 本次项目为两个课时，时长90分钟。
都见过乌龟吧？乌龟是怎样爬行的？
设计搭建一个乌龟机器人，能够像真的乌龟一样爬 行，并且能够避开障碍物。
在程序中添加什么模块可以让乌龟在执 行不同的爬行动作时输出不同的图像
Байду номын сангаас
1.乌龟看到不喜欢吃的鱼会怎样？ 2.乌龟可不可以自己找鱼吃？
向爸爸妈妈做个展示吧！他们或许 有更好的主意喔！
爬墙机器人原理
爬墙机器人原理
爬墙机器人是一种可以在垂直墙面上爬行的智能机器人，它通常被用于特殊环境下的搜救、检测和维护工作。
爬墙机器人的原理主要包括机械结构、运动控制和附着力三个方面。
首先，爬墙机器人的机械结构设计非常重要。
它通常采用轮式或者履带式的结构，配合多关节的机械臂和传感器，以便在垂直墙面上实现稳定的移动和操作。
机械结构的设计需要考虑重量、强度和灵活性的平衡，以及对墙面的适应能力。
其次，爬墙机器人的运动控制是实现其爬墙功能的关键。
通过精确的电机控制和传感器反馈，爬墙机器人可以实现对自身姿态的调整和对墙面的粘附力控制。
这需要复杂的算法和实时的数据处理能力，以确保机器人在爬行过程中保持稳定和安全。
最后，爬墙机器人的附着力是其能够在墙面上爬行的基础。
通常，爬墙机器人会采用吸盘、气压或者粘附材料等方式来实现对墙面的附着。
这些附着装置需要具有足够的抓地力和对墙面的适应性，以确保机器人可以在各种环境下实现稳定的爬行和操作。
综上所述，爬墙机器人的原理是基于其机械结构、运动控制和附着力三个方面的技术实现。
通过合理的设计和精密的控制，爬墙机器人可以在垂直墙面上实现高效的移动和操作，为特殊环境下的工作提供了重要的技术支持。
随着科技的不断进步，相信爬墙机器人在未来会发挥更加重要的作用，为人类创造更多的可能性。
爬行机器人的工作原理
爬行机器人的工作原理
爬行机器人是一种多功能的机械设备，运用它们可以在水下、陆地或空气中搜集信息、完成检查任务和其他少数特殊任务。
它们也可以被用作人员或物品携带机器人。
爬行机器人由底部移动系统、控制系统和传感器系统组成，其中连接的各个零件之间通过电缆链接。
通过机器人的底部移动装置，它可以以多种不同的形式运动，包括弹性轮、有限状态机、滚筒和其他类型的运动装置。
爬行机器人的控制系统可以使机器人实现有效的运动运行，并控制它的传感器系统来收集信息和检查环境。
传感器系统是爬行机器人能够完成任务的关键部分，它包括视觉传感器、距离传感器、温度传感器和湿度传感器等，允许机器人获取它所需要的信息，并根据获取的信息做出及时的反应。
在特殊情况下，在爬行机器人的模型中，还会安装有针对性的传感器，例如气体传感器、汽水分析仪等，用于特定的任务。
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气动机器人
赵苓 机电控制工程系
项目要求
自行设计气动搬运、爬行、爬杆、爬楼梯机器人， 机构形态自拟。
轮式搬运
足式
爬杆
项目1-爬杆机器人技术要求(机控1)
1
机器人驱动系统为气动控制系统，将采用气源、电源拖 线运行方式。气源压力5bar，电源电压24V。
电气设计上要求机器人能够利用手持有线控制器实现前 进、后退、启停、爬杆的控制。电气控制采用继电器控 制方式。禁止翻筋斗。 所爬杆杆直径小于等于35mm，要求机器人能灵活上 下腹杆行走，禁止悬挂行走。 要求机器人整体平面尺寸不超过 200mm*200mm。 自行完成整机设计、选型、加工、集成及调试。
机构设计
气动原理设计
电气原理设计
总装图
X-D图
机控系
答辩
2010级二级项目
总成本：571元
2010级二级项目
逐梦号
开拓者
霸道
机控系
神州号
2011级二级项目
跳跳蛙
2011级二级项目
比赛视频
Thank you !
Yanshan University Sid 28
爬 楼 梯 机 器 人
3-1组
赵静一
3-2组 王子成 赵鹏辉
3-6组
赵劲松
3-7组
刘思远
3-3组
刘思远
郭志成
潘晓晨 李斌 彭亚辉 刘晨晖 闫振洋 3-9组 赵苓
3-8组
张齐生
3-4组
赵 苓
3-5组
陈 刚
每组名字标黄的 学生为组长。
分组安排——卓班（项目3爬楼梯机器人）
需提交材料 以小组形式提交1份，其中 包括： 1. 系统设计计算说明书，不 少于3000字 2. 成本预算表 3.机械结构工程图纸 4.气动及电气原理图纸 5.答辩PPT
Yanshan University
Sid 8
第2阶段-实物制作调试阶段（竞赛制）
1.功能性 15分 2.回答问题 5分 3.项目讲解 5分 4.项目说明书 5分 5.美观性 5分 1.快速性 10分 2.操控性 10分 3.稳定性 10分
10
分组安排——机控1班（项目1爬杆机器人）
姓名 陆佳伟 赵晨烯 马建鲁 马翠娇 刘钰栋 李瑞阳 李作敏 刘思远 陈石 董超奇 李哲 蔡雄 马超 李秋坪 杜泽锋 高正杰 丁一峰 王龙龙 孙家林 鲍志鹏 分组 指导教师 杨涛 李双路 魏雪龙 蔡君辉 邓少南 刘乐强 王亚楠 骆佳鑫 朱文涛 张守鸣 王栋 胡少飞 李盼辉 郭洪吉
2
3
4
项目2-足式行走机器人技术要求(机控2，机控3)
1
机器人驱动系统为气动控制系统，将采用气源、电源拖 线运行方式。气源压力5bar，电源电压24V。
利用手持有线控制器实现机器人的转向、前进、后退控 制、地面步态行走。电气控制采用继电器控制方式。禁 止采用轮式。
2
3
要求机器人能实现3kg负重状态下按预定轨迹行走要求。 注：验收用预定轨迹转弯半径大于等于1m。 要求机器人整体平面尺寸不超过 250mm*250mm。 自行完成整机设计、选型、加工、集成及调试。
机构及气动系统设计时要考虑 提供的材料及加工条件
元件要求
气缸型号
CDJ2D10-15行程15
CDJ2D10-30行程30
CDJ2D10-45行程45 CDJ2D10-60行程60
杠杆前端联接件：
SI正牙内螺纹鱼眼接头 M4
气缸支座
：
LB-10
气动换向阀：
4V110-M5-B 4V120-M5-B 4V130C-M5-B 4V130E-M5-B
2-2组
刘 涛
2-3组
权凌霄
2-4组
郭 锐
李旭军 颜天喜 林银福 刘鹤 成志通 张鹏举 孙浩 李廷伟 梅飞雄 谷岩帅 胡军剑 王明然 孔令雨 刘航
2-6组
刘劲军
2-7组
权凌霄
2-8组
吴晓明
2-9组
刘涛
2-5组
赵建华
每组名字标黄的 学生为组长。
分组安排——机控3班（项目2足式行走机器人）
姓名 王元超 李晨晨 张梦露 杨儒亚 沈力 孙翔 尚可可 刘乐 张旻雯 于拴住 韩宇 王留根 赵海涛 娄佳训 康新伟 刘鑫 王伟特 王郁 周晓宇 黄智鹏 备注 指导教师
节流阀
SL4-5M
多通接头
继电器：
MY4NJ14 DC24（包括底座）
磁性开关
D-A93（SMC）
消音器
BSL-1
按钮
实验室加工条件
本体加工材料：铝板， 规格2x1000x2000mm
联接件：M3、M4、M5螺钉
有限的条件创造无限的可能
气动机器人 二级项目 留影
2010级
2011级
2010级二级项目
2
3
4
Yanshan University
Sid 6
项目实施节点设计要求
机电液一体化课程设计 理论设计阶段
第12周 机构 方案 设计 论证 气动 电气 系统 设计 第13周 第14周 第15周
综合训练 制作实施阶段
第16周
第17周
选型 图纸 报告
机构 加工 制作
元件 组装 答辩
电气 气动 系统 调试
4
项目3-爬楼梯机器人技术要求(卓班)
1
机器人驱动系统为气动控制系统，将采用气源、电源拖 线运行方式。气源压力5bar，电源电压24V。
电气设计上要求机器人能够利用手持有线控制器实现前 进、后退、启停、爬楼梯的控制。电气控制采用继电器 控制方式。 所爬楼梯台阶高为40mm，要求机器人能灵活上下行 走。 要求机器人整体平面尺寸不超过 200mm*200mm。 自行完成整机设计、选型、加工、集成及调试。
姓名 张智 刘景轩 郑奎玉 王景华 奚云鹏 张捷 凌岳 张同禹 王少增 杨帆 蒋东廷 焦乐 常项开 焦润安 郭涛 备注 指导教师
卓-1组
姜万录
卓-2组
张齐生
卓-3组
吴晓明 赵静一
卓-4组
每组名字标黄的 学生为组长。
二级项目阶段要求
1.杜绝蹭车，打酱油 2.课设期间，要求学生应在指定课设教室或 者实验室进行项目设计、讨论及实施。 3.课设开始一周后，如不积极参加课设，指 导教师提出警告，两周后，仍不悔改者， 指导教师有权叫停，课设成绩0分。 4.珍惜实战机会，凝聚团队力量，不当逃兵
功能 轨迹 调试 答辩 比赛
雏形制作 答辩 11.25日前班长联系实验室
项目实施节点成绩评定
第1阶段-理论设计阶段
成绩评定方法
答辩：30分 机械结构可行性、新颖性，气动及 电气原理图可行性，进度安排等； 提交材料： 30分 整体设计水平，图纸质量，说明书 质量等 组内互评分：20分 提交不少于5次组内讨论照片，组内 讨论记录 指导教师：20分 按评标由高到低的顺序依次得分： 20-10分 (卓班平均分到普通班共同考核)
1-1组
姚静
1-6组
袁晓明
1-2组
俞滨
1-7组
郑晓军
1-3组
张 伟
1-8组
姜万录
1-9组
张伟
1-4组
陈东宁
1-5组
艾超
每组名字标黄的 学生为组长。
分组安排——机控2班（项目2足式行走机器人）
姓名 张佳其 李坤坤 曲春晓 骆海明 柴英杰 李沛哲 张庭源 徐伟杰 李余赞 宁强 赵鑫 李友豪 高珊 王晓双 汪锋维 邱小刚 李金沫 宁海宇 张莹 童赛赛 分组 指导教师 2-1组 张晋
答辩 35分
比赛 30分
表演加分 5分
考核项 分类
组内互评 10分
总成本 10分
指导教师 评分10分
第2阶段-需提交的材料
以小组形式提交1份，其中包括： 1.实物制作过程图片 2. 机器人整体介绍、调试及使用说明书 3. 改进的机械结构和气动及电气原理图纸 4. 汇报PPT
第2阶段-比赛
通过答辩及竞赛，评比出轮式机器人、足式机器人 和爬杆机器人每组的前两名，进行表演赛。