可变磁力永磁轮式爬壁机器人的研究

摘要

爬壁机器人是机器人家族的一个重要分支，在石油化工、建筑清洁、船舶修造、消防灭火等领域有着广泛的应用前景，长期以来受到国内外学者的广泛关注。爬壁机器人作为一种极限机作业机器人，可以攀爬垂直墙壁，替代人到一些比较危险的场合完成作业。其中爬壁机器人的吸附装置和控制系统是机器人的两个核心部件，是保证机器人安全有效地吸附在墙壁上并正确完成指令动作的关键，也是研究重点所在。
　　 可变磁力永磁轮式爬壁机器人采用三个可变磁力永磁车轮提供吸附力，永磁车轮由内轮和外轮两部分构成，通过内轮和外轮相对旋转来改变永磁铁磁路，进而改变磁力大小。通过Pro-E软件对磁轮三维建模，分析了车轮结构，然后在ANSYS有限元分析软件中对车轮进行建模和有限元分析，计算得到一组最优的车轮结构数据，最后根据得到的车轮结构数据画出了可变磁力永磁车轮的工程图纸。
　　 机器人控制系统采用以89C52单片机为核心的上下双层无线遥控控制系统，上、下位机之间通过PT2262/2272无线收发模块传递信息，上位机通过矩阵键盘、12864液晶显示屏来输入指令和显示机器人运行信息，下位机接受指令并通过FBL-4D400型无刷直流电机驱动器来驱动两个直流伺服电机。该控制系统使机器人具有自动规划路径、无线遥控、位置调整、直角转向、直线跑偏纠正、测量墙壁尺寸等功能。使用C语言对控制系统编写了控制系统软件。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 选题的背景及意义

1．2 爬壁机器人发展概述

1．2．1 国内外研究现状

1．2．2 爬壁机器人的主要类型

1．3 论文研究主要内容

第二章 可变磁力永磁轮式爬壁机器人总体方案

2．1 引言

2．2 爬壁器人的总体结构方案

2．2．1 吸附方式的确定

2．2．2 行走方式的确定

2．2．3 驱动方式的确定

2．3 机器人受力分析

2．3．1 机器人静力学计算

2．3．2 机器人本体结构参数确定

2．4 小结

第三章 可变磁力永磁车轮设计

3．1 前言

3．2 可变磁力永磁车轮本体设计

3．2．1 可变磁力永磁车轮工作原理

3．2．2 可变磁力永磁车轮的结构设计

3．2．3 永磁材料选择

3．2．4 模型方程的建立

3．3 可变磁力永磁车轮有限元分析

3．3．1 有限元分析模型的设定

3．3．2 可变磁力永磁车轮有限元分析

3．4 小节

第四章 可变磁力永磁爬壁机器人控制系统的硬件设计

4．1 引言

4．2 控制系统功能说明

4．3 控制系统总体方案

4．4 控制系统主要功能部件简介

4．5 上位机和下位机硬件结构

4．6 小结

第五章 可变磁力永磁轮式爬壁机器人控制系统软件设计

5．1 引言

5．2 控制系统软件方案

5．2．1 控制系统软件总体方案

5．2．2 控制系统上位机软件设计

5．2．3 下位机系统软件设计

5．3 软件子程序设计

5．3．1 调速转向子程序设计

5．3．2 直线行走纠正子程序设计

5．3．3 机器人姿态调整子程序设计

5．3．4 路径规划子程序设计

5．4 小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

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