学位论文—螺旋轮式管道机器人设计及其制作.doc

PAGE-21-xx大学毕业论文（设计）题目名称：螺旋轮式管道机器人设计及其制作题目类型：学生姓名：院(系）：机械学院专业班级：机械11102班指导老师：时间：2015月25号~5月12号完成时间2015年5月螺旋轮式管道机器人设计及其制作摘要本设计的主要内容是螺旋推进管道机器人的组成及工作原理,对机器人的机械结构进行了设计,并且分析了其在弯管内的几何与运动约束条件。新型的旋转体和保持体结构的设计,使此管道机器人具有较大的牵引力和移动速度。机器人采用节段式设计,使得其具有强大的功能扩展性。在制冷、化工、核电站等领域,采用常规方法对小型管道检测存在中毒、辐射等危险,且费时费力。因此,小型管道机器人在细小管道检测方面具有良好的应用前景,并且其机械结构具有较高的实用价值和学术意义。螺旋轮式管道机器人特点：轮式行走具有结构简单、行走连续平稳的特点。关键字：管道轴螺旋推进管道机器人旋转体管道检测机械结构目录第一章绪论……………………………………………………………3§1.1机器人的定义及其组成………………………………………3§1.2机器人的发展历程……………………………………………4§1.3机器人在各大领域的应用……………………………………5§1.4螺旋轮式管道机器人……………………………………………6第二章机器人总体方案设计…………………………………………7§2.1设计方案过程及特点………………………………………………7§2.2机械结构……………………………………………………………7第三章机器人系统控制…………………………………………………14第四章机器人制作过程…………………………………………………16第五章设计总结………………………………………………………18参考文献…………………………………………………………………21正文绪论§1.1机器人的定义及其组成1920年，捷克剧作家卡雷尔•卡佩克发表了科幻剧本《罗萨姆的万能机器人》，他在说剧本中首次提出了“机器人（Robot）”这个词，并且把机器人描绘成像人一样工作的机器，不知疲倦地工作。自此之后，不仅“机器人（Robot）”这个词广泛的流行，而且设计制造机器人的活动也异常风行。现在，国际上对机器人的概念已经逐渐趋近一致。一般说来，人们都可以接受这种说法，即机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义：“一种可编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机；或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。”机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统和复杂机械等组成。执行机构即机器人本体，其臂部一般采用空间开链连杆机构，其中的运动副（转动副或移动副）常称为关节，关节个数通常即为机器人的自由度数。根据关节配置型式和运动坐标形式的不同，机器人执行机构可分为直角坐标式、圆柱坐标式、极坐标式和关节坐标式等类型。出于拟人化的考虑，常将机器人本体的有关部位分别称为基座、腰部、臂部、腕部、手部（夹持器或末端执行器）和行走部（对于移动机器人）等。驱动装置是驱使执行机构运动的机构，按照控制系统发出的指令信号，借助于动力元件使机器人进行动作。它输入的是电信号，输出的是线、角位移量。机器人使用的驱动装置主要是电力驱动装置，如步进电机、伺服电机等，此外也有采用液压、气动等驱动装置。检测装置的作用是实时检测机器人的运动及工作情况，根据需要反馈给控制系统，与设定信息进行比较后，对执行机构进行调整，以保证机器人的动作符合预定的要求。作为检测装置的传感器大致可以分为两类：一类是内部信息传感器，用于检测机器人各部分的内部状况，如各关节的位置、速度、加速度等，并将所测得的信息作为反馈信号送至控制器，形成闭环控制。另一类是外部信息传感器，用于获取有关机器人的作业对象及外界环境等方面的信息，以使机器人的动作能适应外界情况的变化，使之达到更高层次的自动化，甚至使机器人具有某种“感觉”，向智能化发展，例如视觉、声觉等外部传感器给出工作对象、工作环境的有关信息，利用这些信息构成一个大的反馈回路，从而将大大提高机器人的工作精度。控制系统有两种方式。一种是集中式控制，即机器人的全部控制由一台微型计算机完成。另一种是分散（级）式控制，即采用多台微机来分担机器人的控制，如当采用上、下两级微机共同完成机器人的控制时，主机常用于负责系统的管理、通讯、运动学和动力学计算，并向下级微机发送指令信息；作为下级从机，各关节分别对应一个CPU，进行插补运算和伺服控制处理，实现给定的运动，并向主机反馈信息。根据作业任务要求的不同，机器人的控制方式又可分为点位控制、连续轨迹控制和力（力矩）控制。§1.2机器人的发展历程从我国古代的用木头制成的能歌善舞的伶人，到1961年第一