爬桿機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計

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1、 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開 題 報 告 書 題 目： 爬桿機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計 指導(dǎo)教師 ： 專業(yè)班級： 學(xué) 號： 姓 名： 日 期： 2009年 11 / 13文檔

2、可自由編輯打印 一、選題的目的、意義 1.1、 課題研究背景 機(jī)器人（Robot）是自動執(zhí)行工作的機(jī)器裝置。它既可以接受人類指揮，又可以運(yùn)行預(yù)先編排的程序，也可以根據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動。國際上對機(jī)器人的概念已經(jīng)逐漸趨近一致。一般說來，人們都可以接受這種說法，即機(jī)器人是靠自身動力和控制能力來實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。聯(lián)合國標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國機(jī)器人協(xié)會給機(jī)器人下的定義：“一種可編程和多功能的，用來搬運(yùn)材料、零件、工具的操作機(jī)；或是為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可改變和可編程動作的專門系統(tǒng)。” 而機(jī)器人學(xué)是一門高度交叉的前沿學(xué)科，是典型的的機(jī)電一體化技術(shù)系統(tǒng)。它涉及機(jī)械學(xué)﹑電子工程學(xué)

3、﹑計算機(jī)科學(xué)與工程﹑人工智能﹑生物學(xué)﹑人類學(xué)﹑社會等眾多領(lǐng)域。 在機(jī)器人技術(shù)快速發(fā)展的今天，不管是作為一名現(xiàn)代工程師，還是理工科大學(xué)學(xué)生，都有必要學(xué)習(xí)，掌握一些機(jī)器人學(xué)方面的知識，特別是機(jī)械專業(yè)的學(xué)生，機(jī)器人技術(shù)可以說是一門必修課。 而現(xiàn)在，機(jī)器人在人們生活的各個領(lǐng)域都起著舉足輕重的作用，在工業(yè)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)甚至軍事等領(lǐng)域中均有它們的身影，并且起著重要用途。總的來說它把人從大量的煩瑣的重復(fù)的危險的勞動中解放出來 節(jié)省出人的腦力 物力 人力干別的創(chuàng)新之類的事情 。繁瑣的，精密的，重復(fù)的甚至是危險的工作則都可以交給機(jī)器人來完成。 在機(jī)器人用眾多的種類中，爬桿機(jī)器人（Pole-Climb

4、ing Robot）是一類應(yīng)用幾率較高的機(jī)器人，隨著人們生活水平的升高與科技的發(fā)展，需要進(jìn)行高空作業(yè)的工程逐漸增多，如高樓建筑，清洗，救護(hù)亦或是高空電力系統(tǒng)的電纜架設(shè)及維修等，都需要爬桿機(jī)器人來代替人來完成。因?yàn)檫@些高空作業(yè)不僅給工人們帶來很大工作上的不便與困難，更重要的是也有很大的安全隱患，尤其是對于一些直徑較細(xì)，強(qiáng)度較小的桿件比如路燈桿等，人工攀爬較為困難。應(yīng)用帶升降機(jī)的工程車進(jìn)行作業(yè)，作業(yè)成本較高，而且對于狹窄的胡同，工程車難以進(jìn)入，造成作業(yè)困難，為了改善工作人員的工作條件，我們設(shè)計出一種能爬桿(繩)的機(jī)器人。該裝置能按照人們預(yù)設(shè)的動作，代替人完成各種高空作業(yè)。因此，爬桿機(jī)器人的研制一直

5、是研究的熱點(diǎn)。 爬竿機(jī)器人的出現(xiàn)將為高空作業(yè)提供了方便。并且使工人們工作時的危險系數(shù)降到最低，只需觀察并操作爬桿機(jī)器人工作過程即可，通常該種機(jī)器人的爬行方式有直線連續(xù)爬升、夾緊蠕動爬升、螺旋攀援爬升和吸附爬升等。而本文中就將設(shè)計一種直線連續(xù)爬升的爬桿機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計。 1.2、爬竿機(jī)器人發(fā)展?fàn)顩r 2004年年底蘇州大學(xué)學(xué)生成功研制出能模仿人爬行動作的機(jī)器人。這種機(jī)器人在研制上涉及的領(lǐng)域包括計算機(jī)、通信、自動控制、機(jī)械、氣動等，具有很強(qiáng)的使用價值。 2006年6月哈爾濱工程大學(xué)設(shè)計了一種爬樹機(jī)器人該機(jī)器人，該爬樹機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的爬樹程[9] 。

6、 2009年1月國防科技大學(xué)設(shè)計了一種全方位爬纜機(jī)器人該機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)在纜索上的全方位運(yùn)動,可適用于不同粗細(xì)的纜線,適合完成一系列纜索自動維護(hù)工作[10]。 2009年1月由山東建筑大學(xué)和山東萊鋼股份公司煉鋼廠共同研制出一種基于氣動元件的爬桿機(jī)器人。該機(jī)器人應(yīng)用四只兩種類型的氣缸實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的爬桿作業(yè)， 機(jī)器人本體應(yīng)用紅外遙控驅(qū)動的單片機(jī)控制。該機(jī)器人載重可達(dá)10kg， 可廣泛替代人工應(yīng)用到市政爬桿作業(yè)中。 1.3、本課題研究目的及意義 目的：完成一種爬竿機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計 意義：1、本課題擬將設(shè)計一種爬竿機(jī)器人機(jī)械機(jī)構(gòu)，該機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)基本上全部由齒輪齒條機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，其結(jié)構(gòu)相對簡單；

7、 2、利用相關(guān)課程，機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計等，對此機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計及計算。 3、此次的畢業(yè)設(shè)計，是對我四年所學(xué)知識的一個認(rèn)證與考查，此外對所學(xué)知識將有進(jìn)一步加深理解。 二、本題的基本內(nèi)容 1、方案的總體設(shè)計 2、模塊化機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算 ① 卡爪的設(shè)計與計算 ② 減速器的設(shè)計與計算 ③ 齒輪齒條的設(shè)計計算 3、爬竿機(jī)器人三維建模 三、完成期限和主要措施 第1—2周（3月2日—3月16日） 查找中文及外文文獻(xiàn)，完成開題報告并翻譯外文文獻(xiàn)。 第3—4周（3月17日—3月30日） 仔細(xì)閱讀主要參考文獻(xiàn)，形成自己對方案的全面認(rèn)識。 第5—8周（3月

8、31日—4月27日） 整理文獻(xiàn)的重點(diǎn)，確定公式。 第9—11周（4月28日—5月18日） 繪制工程圖及相關(guān)簡圖。 第12—14周（5月19日—6月8日） 完成畢業(yè)設(shè)計初稿。 第15—16周（6月9日—6月22日） 修改，定稿并最終通過審核。 四、預(yù)期達(dá)到的目標(biāo) 1、各機(jī)械的機(jī)構(gòu)簡圖 2、畢業(yè)論文及英文翻譯 3、機(jī)構(gòu)的裝配圖 五、主要參考文獻(xiàn) [1] 芮延年.機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用[J].化學(xué)工業(yè).2008.5 [2] 蒲良貴.紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計[J].高等教育.2006.5 [3] 孫恒.陳作模.葛文杰.機(jī)械原理[J].2006.5 [4] 大連理工大學(xué)工程畫教研室.

9、機(jī)械制圖[J]高等教育2003.8 [5]BAGHANIA, AHMADABAD M N. Kinematics Modeling of a Wheel Based Pole Climbing Robot(UT–PCR)[C]//Proceeding of the IEEE International Conference on Robotics and Automation, 2005: 2009 - 2014. [6]TAVAKOL IM, ZAKERZADEHM R, VOSSOUGHIGR. A hybrid pole climbing and manipulating robot

10、 with minimum DOFs for construction and service applications[J]. An International Journal, 2005, 32 (2) : 171-178. [7] 楊存智. 爬桿(繩)機(jī)器人的研制[ J ]. 機(jī)電一體化, 2003,9 (4) : 59 - 61. [8]HAYASHI I, IWATSUKIN, IWASH INA S Development of In-pipe Operation Robots[C]//Proceeding of 5 th International Symposium on

11、Micro Machine and Human Science,1994: 35 - 39 [9] 劉桂珍. 爬樹機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計及運(yùn)動分析[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)，2006 [10] 海丹,張輝,韓大鵬,鄭志強(qiáng). 一種全方位爬纜機(jī)器人的設(shè)計與分析[J].機(jī)電工程，2009，26（1）：8-11 [11] 沈孝芹，張蔚波，張鳳琴，于復(fù)生，宿孝慶.氣動爬桿機(jī)器人的研制[J]. 機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2009，22（1）：23-24 六、指導(dǎo)教師意見（包括畢業(yè)實(shí)習(xí)） 指導(dǎo)教師簽字： 七、系審查意見 系主任簽章： 八、學(xué)院審查意見 院長簽章：