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摘 要

磁吸附爬壁机器人采用的是永磁吸附结构。例如在履带一周上安装有数十个永磁吸附块,其中的一部分紧紧地吸附在壁面上，并形成一定的吸附力，通过履带(由链条和永磁块组成)使机器人贴附在壁面上。机器人在壁面上的移动靠履带来完成。永磁吸附一般都是固定式的结构，怎样能使机器人利用这样的结构在进行稳定吸附的同时又能够进行较为灵活的移动就自然成为了研究的重点，如果能够很好地解决这个问题，配以一个行之有效的机械移动系统就能够进一步提高机器人的行动效率，降低能耗。

本文从改变永磁体安装可控性和吸附稳定性两个基本点出发，从机械的角度对机器人的运动机构近进行了总体上的方案设计。本文中采用的方案使用特别设计的履带作为永磁体的承载部分，永磁体能够随履带运动，利用ANSYS软件对永磁体进行了磁场分析，确定其磁性大小。这样的设计使永磁体和吸附壁面之间的距离大大减小，提高了机器人的吸附稳定性。同时，分别用两个交流电机带动机器人的两个后轮运动，采用普通的履带转向控制，前轮则作为从动轮，这样能够解决履带应力集中的问题。同时，为了解决履带张紧问题，我设计了一个梯形丝杆螺旋移动机构对履带的上述问题进行控制，这样机器人可以根据吸附要求决定使用履带的数量，进一步增加了机器人控制的灵活性。对于机器人解除吸附的问题，设计中是通过改变永磁体的磁路来实现的，在履带中采用软磁材料作为磁路的开关，形成可控磁路，便于机器人在作业完成之后的卸出工作。

本文将从运动机构设计的各个方面详细说明机器人运动机构的设计过程和装配方法，并使用 AutoCAD 软件实现了机器人的全程设计装配任务。

关键词：磁吸附；移动机器人；实现方案；机械系统设计

The realization scheme and mechanical system design of magnetic adsorption omni-directional mobile robot.

ABSTRACT:

Magnetic wall-climbing robot uses a permanent magnet adsorption structure. Simply, we can just install dozens of Permanent Magnetic blocks around the caterpillars. using the caterpillars (by the chain and the permanent magnet blocks), the robot can be affixed on the wall. For the magnetic absorption robot itself, just because of the permanent magnet adsorption structure, our robot usually cannot move very fast or change the statue smoothly. On the other hand, such a fixed structure can cause some problems for power transmission design of the robot . If the designing problem can be solved, together with the mechanical movement of a well-established system can further improve the operational efficiency of the robot, reduce energy consumption, these have very important significance. From this perspective, magnetic adsorption robot mechanical system design for the robot technology to provide effective assistance.

In this paper, I redesigned the permanent magnetic unit. In this new design, the magnetism field can be changed when we need it to be changed, so that we can get the robot off the wall more easily than before. For that the permanent magnetic unit is fixed on the caterpillars, permanent magnet can be tracked with the movement, this design is to enhance the flexibility of the robot, and it is designed to provide the distance between the permanent magnet unit and adsorption

surface is small enough and improve the stability of the robot adsorption. At the same time, the robot was driven by two high-power AC motors, two back wheels are driving wheels, and the front wheel as the driven wheel. Meanwhile, in order to solve the installation of demolition and grow tracked the problem, the program specially designed with a trapezoidal screw spiral track of the moving body on the issue of control, this way, the robot can decide to use the track adsorption amount required to further increase the flexibility of the robot control. Adsorption for the robot to

lift the problem, the design of permanent magnet by changing the magnetic circuit to achieve, soft magnetic materials used in the track as the magnetic circuit of the switch, the formation of controllable magnetic circuit, easy to robot unload after the job is complete out of work.

Design of the motion this paper will detail all aspects of the design process of robot body and the assembly method, and using AutoCAD software design of robot assembly tasks the whole process.

Key words: magnetic adsorption；mobile robot; implementation scheme；Mechanical system design; tracked driving.

目录

第一章 绪论 1

1.1 磁吸附机器人的应用背景 1

1.2 爬壁机器人的分类 1

1.3 磁吸附机器人当前研究概况 1

1.4 永磁吸附履带式爬壁机器人的特点 3

1.5 论文研究内容 3

第二章 永磁吸附履带式爬壁机器人永磁体单位设计与分析 4

2.1 永磁材料吸附单元结构及工作原理 4

2.2 磁吸附单元吸附能力分析 4

2.3 本章小结 5

第三章 永磁吸附履带式爬壁机器人动力学机构设计与分析 6

3.1 机器人运动机构设计 6

3.1.1 履带平面力学分析 6

3.1.2 带轮传动布置设计 7

3.1.3 驱动电机的选择 7

3.1.4 电机驱动力分析 7

3.1.5 减速器的选择 9

3.2 机器人其他机构设计 9

3.2.1 履带机构的设计 9

3.2.2 履带张紧机构设计 11

3.3 本章小结 12

第四章 永磁吸附履带式爬壁机器人控制系统简要介绍 14

4.1 交流伺服系统简介 14

4.2 单片机控制系统简介 14

4.3 本章小结 15

第五章 结束语 16

致 谢 17

参考文献 18

第一章 绪论

1.1 磁吸附机器人的应用背景

机器人学是由计算机学、机构学、控制论和信息科学等学科组成。机器人技术得到了高速发展，做出的机器人可以代替人从事环境恶劣、具有危险性的工作。现在的石化、企业、建筑行业等部门都已经应用了许多多功能的机器人。论文中的爬壁机器人是代替人在垂直壁面上完成艰苦危险的工作的一种机械运动设备。

磁吸附机器人的一个重要的应用领域就是在造船业。在大多数情况下，大型货轮为了安全的需要，大多采用双层壳船体，这种船体虽然使船舶的安全性得到很大的提高，但是却造成了船体建造的困难。因为这种双层壳船体属于一种密闭的结构，在完全封闭的情况下，人工焊接船体的加强筋变得十分的困难，这个也就是采用机器人的原因。因为机器人的体积很小且行动灵活，可以通过船体的检查孔进入船壳内部进行焊接，这样就大大地减少了船体的建造成本，提高了工作效率和可靠性。再有，在航空航天，天然气金属罐槽焊接等领域，磁吸附机器人能够在此类导磁性金属材料表面自由移动作业，有效地降低了人工作业的风险，提高了作业效率，是一个十分可行的方法。

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