高职学生毕业设计题目：多足机器人行走机构设计
学院: 机械自动化学院
专业:
学号:
学生姓名:
指导教师:
日期:
武汉科技大学高职生毕业设计(论文)
摘要
本文旨在设计一种能够实现灵活、全方位运动的机器人的行走机构。本文设计的多足步行机器人具有冗余驱动、运动拓扑的特点。为实现其步行全方位机动性及作业多功能性，需要解决一系列的技术问题，而结构设计是其中的关键。
首先，对于国内外机器人的发展现状进行阐述和比较，并分析了多足机器人的研究趋势；接着，从机构自由度入手，明确设计思路，确定行走机构结构，对主要零件、构件进行设计，分析机构的受力情况，找出较危险的零件，并对其强度进行校核。最后,初步研究了机器人的行动方式，拟定了简单的步态规划方案，规划了机器人直线行走步态、定点转弯步态。
关键词：多足机器人；机构自由度；行走机构；机构设计
《机器人走图形》教学设计(一等奖) 设计思路：《机器人走图形》这节课我是分以下几步去设想的：机器人走图形这节课以学生的研究活动为主体，以研究机器人走图形为主线，在课上设计个研究任务：机器人走直线，让学生学会用执行器模块库中的直行模块编写程序，通过调整该模块的速度和时间参数值，让机器人走得距离再长一些；机器人转弯，让学生学会用执行器模块库中的转向模块编写程序，通过调整该模块的速度和时间参数值，让机器人转向自如；机器人走正方形。 由出示课件，引导学生分析问题，巩固和提高前面学过的知识，进一步体会调整两个模块的参数的方法，让机器人行走的更自如。 在本节课中，通过让机器人走直线学转弯走正方形等不同层次的任务设计，完成对学生知识能力的教学。 培养学生归纳与总结的能力，培养学生语言表达的能力。 在任务教学环节中，教师在鼓励学生探究的同时比较具体的引导学生学会设置直行模块的参数。 在任务教学环节中，培养学生的知识迁移能力，引导学生利用已有的经验和方法自己进行上机尝试并学会转向模块的参数设置。 通过调试两个模块的参数，让学生体会运用两分法解决问题的好处。 在拓展练习中，给学生留有一些空间，充分发挥其自主性，让学生自己去探究去创新，让机器人走出形状不同的图形，让不同层次的
学生都能体验成功的快乐。 在编写和调试程序的过程中，让学生充分体验编写程序的目的是要让机器人听人的指挥，能够控制机器人，以进一步激发学生的学习兴趣，提高学生分析问题解决问题的能力，培养学生的创新意识。 《机器人走图形》课后反思《机器人走图形》这节课较好地完成了教学目标。 机器人走图形这节课以学生的研究活动为主体，以研究机器人走图形为主线，在课上设计个研究任务。 机器人走直线，让学生学会用执行器模块库中的直行模块编写程序，通过调整该模块的速度和时间参数值，让机器人走得距离再长一些；机器人转弯，让学生学会用执行器模块库中的转向模块编写程序，通过调整该模块的速度和时间参数值，让机器人转向自如；机器人走正方形。 由出示课件，引导学生分析问题，巩固和提高前面学过的知识，进一步体会调整两个模块的参数的方法，让机器人行走的更自如。 从整个完成的教学效果看，这节课改变了课堂的一惯模式，充分体现了学生的主体性和创新精神，鼓励学生自己去尝试。 我通过任务驱动探究式学习的教学方法，达到了这一目的，完成了预定的教学目标。 在学习过程中引导学生注意观察发现问题，分析和讨论问题，使学生在知识技能和情感等方面得到全面的发展。
学士学位论 文 论文题目：履带吸盘式爬壁机器人结构原理的 研究与开发
学院：专业：机械设计制造及其自动化年级：
注：设计（论文）成绩=指导教师评定成绩（30%）＋评阅人评定成绩（30%）＋答辩成绩（40%）
目录 摘要...................................................................................................... I Abstract ............................................................................................. III 第1章绪论 (1) 1.1 爬壁机器人结构原理研究与开发的价值 (1) 1.2 爬壁机器人结构原理研究与开发的现状及趋势 (2) 1.2.1 爬壁机器人结构原理研究的现状 (2) 1.2.2 爬壁机器人结构原理研究的发展趋势 (4) 1.3 几种爬壁机器人结构原理分析与对比 (6) 1.3.1 车轮式磁吸附爬壁机器人 (6) 1.3.2 多吸盘单链爬壁机器人Cleanbot – IV (7) 1.3.3 履带式磁吸附爬壁机器人 (8) 1.4 履带吸盘式爬壁机器人结构原理的研究特色与价值 (8) 1.4.1 履带吸盘式爬壁机器人结构原理的研究特色 (9) 1.4.2 履带吸盘式爬壁机器人结构原理的研究价值 (10) 1.5本章小结 (11) 第2章履带吸盘式爬壁机器人结构方案研究 (11) 2.1 履带吸盘式爬壁机器人的功能要求 (11) 2.1.1 爬壁机器人的工作过程 (11) 2.1.2 爬壁机器人的基本功能 (11) 2.1.3 爬壁机器人的主要设计参数 (12)
摘要 在市政工程中，有大量的安装及维修等工作需要爬杆作业。对于较粗的杆件，人工攀爬和工程车作业都比较方便，但是对于一些直径较细，强度较小的杆件比如路灯杆等，人工攀爬较为困难。因此本文设计了一爬杆机器人，可以在没有障碍的光杆上爬行，对人工攀爬较难的作业具有较大的现实意义。 本文设计的爬杆机器人由曲柄滑块机构、并联盘形凸轮机构、移动凸轮机构以及上下机械手爪等组成，通过弹簧的预紧力来实现机器人手爪对杆的抱紧，通过曲柄滑块机构、凸轮机构等实现攀爬动作，同时机器人只需一个驱动源就能带动整个机器人的运动，能攀爬变直径的杆，工作简单可靠，运动灵活，可以广泛应用于各种高空作业。 关键字：爬杆机器人，变直径杆，夹紧，攀爬
ABSTRACT In the municipal engineering, there are a large number of installation and repair work needed to climb rod operation, For the coarse bar,artificial climbing and vehicle operation is convenient, artificial climbing is difficultfor for some small diameter low strength member such as a road lamp pole,so this paper designs a pole climbing robot,which can crawl on no obstacle bar,it has great practical significance for artificial climbing The pole climbing robot consist of songCrank slider mechanism, parallel plate cam mechanism.moving cam mechanism, the robot tight the wallHold by the spring pretightening force.so as to realize Climbing action. at the same time the robot can drive by a robot motion and at the same time all devices were designed perfectl. In this text.its mechanism electric control principle and various features .it can be widely applied to various kinds of high-altitude operation. Key words：pole-climbing robot，variable-diameter pole sepal，pole-climbing
小学六年级下册信息技术教案：机器人行走教学目标 知识与技能 1．学会画流程图来实现机器人的运动。 2．理解流程图中各模块的作用。 过程与方法 1．掌握添加、删除模块和调整各模块属性的方法。 2．学会在仿真环境中测试程序的方法。 情感态度和价值观 通过编程实现机器人的运动来激发学习兴趣、感受自我价值。 教学重、难点 重点： 学会画流程图来实现机器人的运动。 难点： 理解流程图各模块的作用及其参数的意义。 教学准备 1．VJC仿真软件。 2．多媒体计算机教室。 教学过程 一、引入 上节课，我们观察了机器人的各种运动。今天，我们就一起来动手编程，让机器人动起来吧！
二、课堂学习 （一）机器人的前进 单击“执行器模块库”中的“直行”模块，移动鼠标到流程图生成区，在“主程序”模块下方单击鼠标左键，“前进”模块与“主程序”模块间便被箭头连接起来，最后添加“结束”模块。 教师演示设置“直行模块”参数的方法，并测试仿真机器人的运动。（二）机器人转弯 展开“执行器模块库”，单击“转向”模块，将其拖动到“直行”模块的下方，单击鼠标，“转向”模块便与“直行”模块连接起来了，最后添加“结束”模块。在“转向”模块上单击鼠标右键，同样可对运动的方向、速度和时间进行设置。 教师演示删除模块的方法。 三、课堂活动 1．将全班同学随机分为两大组，选定组长。各组成员准备好课堂上已经完成的具有“直行”和“转向”两个模块的流程图。 2．通过设置不同的参数值，观察机器人在仿真环境中运动情况的变化，探究“直行”和“转向”模块中的参数值与机器人运动的关系。（若在活动过程中遇到困难可借助“学乐园”中的“课堂讲解”释疑。）3.组长收集本组成员的探究结果并进行综合，上台向全班同学展示本组的探究成果，教师做相应的点评和总结。 （具体活动计划可参考“活动室”中的内容。） 四、课外探究
1 绪论 1.1 背景 “机器人学的进步和应用是本世纪自动控制最有说服力的成就，是当代最高意义的自动化”。这是宋健院士对机器人在上个世纪所取得的成就的精辟概括。同时机器人技术也是20世纪人类最伟大的发明之一，自60年代初问世以来，经历40余年的发展已取得长足的进步。走向成熟的工业机器人，各种用途的特种机器人的实用化，昭示着机器人技术灿烂的明天。 所以我们必须走进它，了解它。近年来，在我国大学，机器人作为机械电子学、计算机技术、人工智能等的典型载体被广泛地用来作为工科本科生的讲授课程之一；在中学，模型机器人则逐渐成为素质教育，技能实践的选题之一，各种机器人比赛正方兴未艾。进入21世纪，人们也愈来愈亲身感受到机器人深入产业、深入生活、深入社会的坚实步伐。这些都说明了机器人技术离我们越来越近了。 但大家是否可以给耳熟能详的机器人一个准确的定义呢？有人认为机器人无所不能，有人认为机器人必须像人。那么，何为机器人？虽然很难给机器人下准确的定义，但是通常的理解就是：机器人是一种在计算机控制下的可编程的自动机器，根据所处的环境和作业的需要，它具有至少一项或多项拟人功能，如抓取功能或移动功能，或两者兼而有之，另外还可能程度不等地具有某些环境感知功能（如视觉、力觉、触觉、接近觉等）以及语音功能乃至逻辑思维、判断决策功能等，从而使它能在要求的环境中代替人进行作业。 如今进入二十一世纪，随着科技的迅速发展，现代化进程的日益加快，机器人的创新与研究越来越成为一个国家科技力量的具体体现，越来越多的机器人已成为各个领域重要的组成部分，因此机器人的发展也日益成熟，为人们的生活提供了更多的方便与快捷。在世界经济快速发展的前提下，我国国民经济也有着飞速的增长，人民生活水平日益提高，伴随着城市和乡村矗立起无数的高层建筑和无数的高高的杆类，如电线杆、路灯杆等等。这些杆类长年累月的暴露在空气中，很容易受到腐蚀和污染，不仅影响着城市的美观，而且缩短了它们的寿命，也大大提高的它的危险性，对人们造成诸多不便与危险。 然而，如果人工的对这些杆类进行清洗与保养，由于其条件所致，势必需要清洗工人高空作业完成，这样不仅工作效率低下，耗资巨大，而且安全系数低，很容易造成危险。如果采取高压水枪清洗，则太浪费人力物力，得不偿失了。这时，人们通过设想，能不能设计一种机器人，使得它能够代替人类进行对杆类的清洗或进行相关工作，用这些机器人代替人工进行高空危险作业，从而把工人从危险、恶劣、繁重的劳动环境中解脱出来，不仅提高的工作效率，同时也保护了工人的生命安全。
科技活动教课教案 项目：机器人主讲教师：** 授课时间：11月7日学时数：1学时 教学目标1．使学生初步了解机器人概念、特征； 2．使学生了解中鸣、乐高机器人工作原理。 教学重点机器人原理的介绍 教学步骤1．导入 机器人诞生、机器人的发展 2．概念讲解 智能机器人的构成 3．基本工具初识 马达、机械部件 组织形式小组为单位活动 教学内容机器人发展历史及简单结构拼装 1、机器人诞生 教师：用幻灯片展示自己的总结 中国的科学家们把机器人定义为“机器人是一种自动化的机器， 而且其具备一些人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划 能力、动作能力、协同能力等，是一种具有高度灵活性的自动 化机器。” 2、机器人的发展 教师：用幻灯片展示自己的总结 第一代机器人属于示教再现型 第二代则具备了感觉能力 第三代机器人是智能机器人 3、智能机器人的构成 它不仅具有感觉能力，而且还具有独立判断和行动的能力，并 具有记忆、推理和决策的能力，因而能够完成更加复杂的动作。 中央电脑控制手臂和行走装置，使机器人的手完成作业，脚完 成移动，机器人能够用自然语言与人对话。 具有机械部件 （例如：木板、金属板、塑料板、有机玻璃板，还有螺丝、螺帽等各种五金紧固件。） 具有感应和动作电子部件 （光源传感器、声音传感器、气体传感器、温度传感器等。） 具有机器人的大脑（RCU） 具有机器人的思想（编程实现） 教师：对学生的回答进行补充。 学生活动： 熟悉乐高机器人的零件结构，拼插简单的机器人 积木块垂直结构的搭建，马达能量分为1——5级，按照马达的功率，
进行速度的调整。 本课小结通过本节课的学习，学生对智能机器人有一定的了解。
四足行走机构说明书Revised on November 25, 2020
机械创新设计课程设计 2014-2015第 2 学期 姓名：何燕飞、郑义、陈斌、周鹏、陈海云 班级：机越一班 指导教师：李军方轶琉 成绩： 日期：2015 年 6 月 4 日 仿生四足行走机器人行走机构的研究 摘要 马相对于其它四足哺乳动物来说，躯体较大，四肢骨骼坚实有力，其运行步态稳健轻快，能在地面、坡地和凸凹不平的地表上自由灵活的快速行走，且可远距离行走。因此，本课题研究了马在平地的步态运动方式，根据马步态设计的仿马四足行走机构为解决：在凹凸不平的路况上抢险救灾物资和装备的运输问题上将产生深远的影响。 本课题以马为研究对象，对其有障碍路况行走步态方式进行了研究。马型四足行走机器人的运动学方程是一组非线性方程,没有通用的解法,通常很难求得运动学方程解的解析表达式。采用几何解法,把空间几何问题分解成若干个平面几何问题,这样,不用建立运动学方程,而直接应用平面几何的方法进行运动轨迹规划,给出各个关节角给定量的计算方法。本课题在分析总结了马的生理特性、运动步法和步态特点的基础上，从结构仿生角度出发，研究了行走机构的设计方案、运动原理、运动特点，确定了仿马四足行走机构，并应用 CATIA 软件建立了单腿和整机的三维模型。 关键词:马型四足行走机构、腿部结构、运动轨迹规划、三维建模
The bionic quadruped walking robot mechanism research ABSTRACT Comparing with other four feet mammals, Horses have many advantages including the bigger body, the stronger and the vibranter limb bones, long distance walking, so the horses can walk flexibly on the bumpy ground, the sloping fields, the mountains and the steep cliffs. Therefore, the motion pattern of goats gait on the upslope and downslope were researched. According to the horse gait, the bionic horse sloping walking mechanism was designed in order to solve the sloping walking problems of the agricultural machinery, which will have far-reaching effects on the design of the bionic mechanism. Horses were used as research object in the topic, and the sloping walking gait style was kinematics equations with nonlinear characteristic of horse type four legs walking robot have not been universal solutions. It is difficult to resolving express of robot kinematics geometrical method which space geometry problem is turned to some plane geometry problem is trajectory plan of motion can be made directly by plane geometrical method and kinematics equations need not set more method of calculation For Each Join Tangle Is simulation is researched for robot kinematics solutions and inverse of the design method is verified by virtue of experiment. KEY WORDS:Horse quadruped walking mechanism, the structure of the legs, trajectory planning, three-dimensional modeling 目录
爬壁检测移动机器人研究现状调查一．研究的背景及其意义 随着社会不断进步和科技不断发展，摩天大楼已成为现代都市不可缺少的重要组成部分。人们在享受高楼大厦带来的好处的同时也不得不面临由此而带来的诸多难题，如高层建筑物立面的施工建设质量，维护以及安全监测等问题。 传统方法只有通过靠搭脚手架或采用吊篮等人工目测方法进行检测，检测精度低，检测过程十分危险，效率不高且成本较高，因此越来越多的研究人员将研究重点集中到建筑爬壁检测机器人的研究开发上。 爬壁机器人作为一种能够用于极限作业的特种机器人，可以替代人类在高空垂直立面位置作业。现在爬壁机器人已经在多个行业尤其是建筑行业，消防，核工业，石油化工业和制造业等得到了极为广泛的应用。爬壁检测机器人是在爬壁机器人的基础上进行研究开发的，是爬壁机器人在实际应用中的主演衍生产物之一。 爬壁检测机器人将极大提高建筑物检测水平，提高工人在危险环境下作业的安全性，降低高空作业的风险，提高劳动工作的效率并带来一定的社会及经济效益。 二．爬壁机器人的分类 现有的爬壁机器人主要根据吸附功能和移动功能进行分类：
（1）.根据吸附方式进行分类 爬壁机器人主要可以分为真空吸附式，磁吸附式和推力吸附式三种。 真空吸附是通过真空泵使吸盘内腔产生负压，通过负压使机器人紧紧贴在立面上，优点是不受壁面材料限制，容易控制，适应范围广；缺点是如果建筑立面不够光滑或存在凹凸时，容易使吸盘漏气造成机器人吸附能力降低。 磁吸附式首先要保证建筑立面是导磁材料，优点是结构简单吸附能力强，能够适应比较粗糙的建筑立面，而且不会出现真空漏气现象；缺点是只能用于导磁壁面而且断电失稳。 推力吸附采用螺旋桨或涵道风扇产生的推力使机器人贴附在立面上。优点是吸附力大小容易控制，越过障碍物的能力比较强；缺点是稳定性较差不易保持精度。 （2）根据移动结构进行分类 爬壁机器人主要可以分为车轮式，脚足式，履带式，轨道式等类型。 车轮式机器人通过电机驱动车轮移动，优点是控制简单灵活，速度较快，但要求壁面必须平坦，而且车轮式机器人的避障能力差。 履带式机器人优点是接触面积大，对各种建筑立面的适应能力强；缺点是灵活性较差不易转弯。
机器人足部构型研究报告 姓名：学号： 联系电话： 电子邮箱： 院系及专业： 指导老师：
一．足式机器人的优点 足式运动在不平地面和松散地面上的运动速度较高，而能耗较少。对环境具有很强的适应性，既可以进入相对狭窄的空间，也可以跨越障碍，与其它各种移动方式相比，具有更广阔的应用前景。 1.足式机器人对步行环境要求很低，能适应各种地面且具有较高的逾越障碍的能力，不仅能够在平面行走，而且能够方便的上下台阶及通过不平整、不规则或较窄的路面，它的移动“盲区”很小。 2足式机器人具有广阔的工作空间，由于行走系统占地面积小，活动范围很大，其上配置的机械手具有更大的活动空间，也可使机械手臂设计得较为短小紧凑。 二．几种足部设计与构型 1.足一地接触力 行走时，足部所受到的地面的反作用力分为垂直、前后和左右方向。由于在 垂直方向上的反作用力的分力最大，在每个步态的周期转折点处出现极值，在脚 跟着地时出现一极大值，随着脚部逐渐放平，受力面积也逐渐增大，受力则减小， 当脚部完全放平时，受力最小，到脚跟离地，脚趾登地时出现另一个极大值，在 整个步行周期中，在垂直方向上受力曲线呈现对称双峰性质，如图1所示。 图1：脚部受力双峰曲线 2.平行四边形脚部机构
图2所示是一个用平行四边形机构作为脚趾的脚部机构，此种机构保 证了着地时脚部与地面的多点接触，类似人类行走时脚部着地的情况。平行四边 形依靠弹簧C施加作用于地面的扭力矩从而保证A、B两点同时触地，并帮助行 走时弹性起步，减少行走中能量得到消耗。 图2：平行四边形脚部机构 图3：典型的足部机构 3. LOLA脚部结构 几乎所有机器人的脚部都是一个整体，所以很难保证行走时的稳定性。不易实现行走过程中脚跟着地脚尖离地的行走方式，并且即使行走地面，只是稍微不平，就可能造成脚掌与地面接触不规律，影响仿人机器人的稳定性。 为了缓解上述问题，由德国慕尼黑工业大学研制的仿人机器人LOLA增加了一个脚趾自由度，行走速度有了很大的提高。 LOLA仿人机器人的脚部结构如图所示，由图可以看出，LOLA机器人的脚部增加了主动趾关节，通过控制脚趾转动的角度，来完成类人的行走方式“脚跟着地一脚尖离地”，并且能更好的适应地面。
第2节《听话的机器人》 第二课时 《让机器人走正多边形路线》教学设计 一、教材分析： 本课是教材第2节第4课中的内容。首先，依据教材，考虑学生年龄特点，我将教材中一课时的内容分解成两课时进行讲授，第一课时侧重讲授“转向”模块的使用方法；第二课时，侧重“转向”模块的应用，最后，让学生举一反三，灵活运用学过的知识，让机器人画出比较复杂的图形。这样做的目的主要有以下考虑： 新课标中，三维目标的“过程与方法”中指出：要培养学生解决学习和生活中实际问题的能力，具体要求是能从日常生活、学习中发现或归纳需要利用信息技术解决问题的能力。第二，帮助学生设计恰当的学习任务和形成有效的学习方式；帮助学生发现他们所学知识的社会价值；帮助学生营造和维持学习的过程中的积极的心理氛围。第三，本课教学在建构主义教学理论指导下，使用任务驱动的方法，教师在教学过程中通过“帮助”和“引导”发挥作用，激发学生学习动机，重在教会学生学会学习方法，达成多方面的教学目标。最后，考虑学习者的学习特点，按照建构主义学习理论思想，在学生已经具备了编写机器人程序的基础上，让学生运用已有的数学知识，结合机器人课上所讲授的新知识，控制机器人完成新的任务。 二、教学思路： 机器人绘图这节课是以学生的研究活动为主体，以研究机器人绘图为主线，在课上设计3个研究任务。 1、复习引入（画正方形）。让学生回忆机器人编写程序中的两种结构。顺序结构和循环结构。知道机器人绘图要根据图形的特点。例如：正方形4条边相等、4个角都是直角。 2、画正三角形。在画正方形的基础上，学习画正三角形。根据三角形的特点3条边相等，3个角相等都是60度来编程。机器人转向的角度是难点，采用课件展示的方式让学生理解机器人转向的角度是120度不是60度。为了减低难道可以把120度看成90度加30度，这样让学生更容易的编写程序。 3、机器人画正六边形。出示课件，引导学生通过表格的分析正六边形、正八边形角度转向，引导学生体会正多边形转向角度和边数的关系。让学生自己选择是画正六边形还是正八边形。最后让学生画正多边形的图形。为总结画正多边形的规律做准备。 4、通过机器人绘图让学生总结出画正多边形的规律。机器人循环的次数和正多边形的边数相同，机器人转向的角度等于360度除以正多边形的边数。 本课，在任务1教学环节中，教师引导学生复习回忆画正方形的知识，引导学生体会画正方形要根据正方形的特点来设置程序模块的参数。在任务2教学环节中，培养学生的知识迁移能力，引导学生利用已有的经验和方法自己进行上机尝试画正三角形。通过画正三角、正六边形、正八边形到自己设计一个喜欢的正多边形的设计，给学生留有一些空间，充分发挥其自主性，让学生自己去探究，让不同层次的学生都能体验成功的快乐。让学生体会运用两种程序结构的优势。最后，和同学们一起进行归纳总结并找出规律来。从中让学生体会在编程控制机器人的过程中运用到了数学知识。各个学科的知识之间都存在某种联系，我们要注意知识的积累开阔视野，这样才能增强我们的解决实际问题的能力。 三、教学目标： 知识与技能：1、了解能力风暴VJC1.5仿真系统及其运行环境。 2、学会用直行、转向
Ξ №.4 西北轻工业学院学报 D ec.1997?18? JOU RNAL O F NOR THW EST I N ST ITU T E O F L IGH T I NDU STR Y V o l .15 真空吸附式爬壁机器人设计 何雪明1 丁毅 朱明波2 (机械工程系) 摘 要 运用壁虎爬行原理,设计构思了真空吸附式爬壁机器人.采用多组橡胶吸 盘将机器人吸附在墙面上,配以简单四杆机构完成其行走功能,从而达到擦洗整个 墙面的目的.该机器人可用于建筑行业和洁净业. 关键词:壁面机器人,真空吸附,蠕行运动 中图法分类号:TQ 242.1(TH 122) 1 引言 目前,瓷砖、玻璃装璜的墙壁均采用人工直接擦洗.因高空擦洗作业具有很大的危险性,因此,研制一种适用于高楼墙壁擦洗的墙壁机器人有着重要的意义. 壁面机器人是集机构学、传感技术、控制和信息技术等科学为一体的高技术产品,自80年代以来在国内外取得了迅速的发展,有的已开始进入实用试验阶段.到1992年底,国外已有不同类型的爬壁机器人研制成功,其中以日本发展最快.国内较早的是哈尔滨工业大学,他们已研制成功壁面爬行遥控检测机器人,采用真空吸附式,通过运载小车使机器人在壁面上下左右自由行走.另外, 上海大学研制了用于高层建筑窗户擦洗的真空吸附足式爬行机器 图1 爬壁机器人总体框架图人.上海交通大学亦于1995年研制了磁吸 附爬壁机器人用于油罐检测. 2 真空吸附式爬壁机器人总体设计 要实现机器人在普通壁面上的自由移 动,必须具备粘着功能与移动功能.常见粘 着功能主要靠吸附即负压吸附实现.根据吸 附力量产生装置不同,又可分为真空泵式、 喷射器式.移动方式一般有轮式、履带式及 足式三种.针对壁面移动机器人的工作条件以及壁面非金属性、金属性等其它原因,经过比较选择了多子真空吸附、足式移动的方案.其吸附性好,结构简单,由于吸盘采用列吸盘组, Ξ收稿日期:1997-05-10 第一作者:男,32岁,硕士 1、2作者单位:无锡江南大学机电系,邮编:214063
认识机器人 ■教材分析 《认识机器人》是机器人相关课程的引入课，也是学生的学习机器人的第一课。本课主要安排了机器人的概念，分类，及发展历史。通过“认识机器人”让学生初步了解机器人，并激发学习兴趣，为今后的课程打下基础。 ■学情分析 本节课通过学习“认识机器人”让学生初步了解机器人。由于这是学生学习机器人的第一课，学生对此的学习热情非常高涨。考虑这是学生第一次机器人课，所以教学内容选择了最简单的机器人概念，分离和发展历史，旨在激发学生们的学习兴趣。。 ■教学目标 1.知识与技能 （1）首次了解机器人的概念及特点。 （2）了解机器人的发展历史。 （3）学会根据机器人的特点对其分类，激发学习兴趣，并对未来机器人的发展趋势有一定设想。 2.过程与方法 让学生在讨论中理解机器人的概念，学会根据机器人的特点对其分类。 3.情感态度与价值观 通过讨论认识机器人，感受机器人学习的快乐，进一步激发信息学习兴趣。 4.行为与创新 通过自主探究的学习方式，在固有知识学习的基础上对机器人进行分类，并对未来机器人的发展进行猜想。 ■课时安排 安排1课时。 ■教学重点与难点 教学重点：了解机器人的概念，分类和发展历史。 教学难点：根据机器人的特点对其进行分类。 ■教学方法与手段 演示法、讲授法、自主探究。
■课前准备 教学演示文稿、学件。 ■教学过程 教学环节教师与学生活动设计意图 一、导入师：同学们开始新课“认识机器人”之前，我们先来看一 段有趣的视频（播放超能陆战队片段） 师：同学们大白可不可爱呀？ 生：可爱！ 师：好的，我们今天的课程就是“认识机器人”（板书）， 同学们有没有人看过其他机器人的动画呢？ 生：（积极回答…）。 师：同学们说的真好！既然大家看了那么多机器人，那么 大家认为机器人应该是什么样的？ 生：像人一样/可爱的/笨笨的…. …. 通过动画视频， 活跃课堂气氛， 激发学生学习兴 趣，将学生引入 “认识机器人” 的主题 1.机器人概念师：（展示一些机器人与其他物品的图片）那么同学们来 看一下，这里面有哪些是机器人，哪些不是呢？ 生：指出机器人 师：好的，从这里面可以看出，机器人并不一定要像人， 机器人呢，是靠自身动力和控制能力实现各种功能的机器， 它是一种机器，大家明白了嘛？ 生：明白了 师：那么大家再根据这个定义想一下生活中有哪些机器人 呢？(适时展示一些图片，引导学生思维) 生：研究、讨论，回答 师：好的，大家回答的都很好 通过图片的展示， 并通过讨论让学 生们理解什么是 机器人 2.机器人发展历史师：那么这么多的机器人是怎么发展来的呢？大家有没 有看过三国演义呀？来看这张图片是什么？木马流牛对吗？ 生：对！ 师：这就是我国最早的机器人，诸葛亮用它来运送军粮。 外国的古希腊也曾经出现过“自动机”（放图片）。这些呢 都属于古代机器人 老师通过讲解让 学生们了解机器 人的发展史 二、认识机器人 3.机器人分师：我们来看看这位同学编写的程序，他是让机器人按照 图3的路线行走的，你发现程序有什么规律吗？如果在 logo中我画正方形也这么画吗？能不能精简一下？ 生：用重复命令。 师：对了，在机器人编程中不叫重复，叫循环。循环模块 老师先讲解机器 人的分类，再让 学生们根据学到 的知识对机器人 进行分类，加深
机器人行走结构的类型及特点 一、移动机器人行走机构概述 机器人行走机构按照其运动轨迹可分为固定式轨迹和无固定式轨迹两种。固定式轨迹主要用于工业机器人，它是对人类手臂动作和功能的模拟和扩展；无固定轨迹就是指具有移动功能的移动机器人，它是对人类行走功能的模拟和扩展。 移动机器人的行走结构形式主要有：车轮式移动结构；履带式移动结构；步行式移动结构。此外，还有步进式移动结构、蠕动式移动结构、混合式移动结构和蛇行式移动结构等，适合于各种特别的场合。 从移动机器人所处环境看，可以分为结构环境和非结构环境两类。 结构环境：移动环境是在轨道上（一维）和铺好的道路（二维）。在这种场合，就能利用车轮移动结构。 非结构环境：陆上二维、三维环境；海上、海中环境；空中宇宙环境等原有的自然环境。陆上建筑物的阶梯、电梯、间隙沟等。在这样的非结构环境领域，可参考自然界动物的移动机构，也可以利用人们开发履带，驱动器。例如：2足、4足、6足及多足等步行结构。 行走结构的设计对于移动机器人的工作效率有着至关重要的作用，选择适当、精巧的行走结构往往可以大大提高机器人的动作效率。这就需要我们熟悉和了解不同机器人行走结构的类型及特点。 二、三种常见的行走结构 1)车轮式移动结构 两车轮：像自行车只有两个车轮的结构。两车轮的速度、倾斜等物理量精度不高，因此进行机器人化，所需便宜、简单、可靠性高的传感器难以获得。此外，两轮车制动时以及低速运行时也极不稳定。 三轮车：三轮移动结构是车轮式机器人的基本移动结构，其结构是后轮用两轮独立驱动，前轮用小脚轮构成组合。这种结构的特点是结构组成简单，而且旋转半径可以从0到无限大，任意设定。但是他的旋转中心是在连接两驱动轴的连线上，所以旋转半径即使是0，旋转中心也与车体的中心不一致。 四轮车：四轮车的驱动结构和 运动基本上和三轮车相同。和 汽车一样，适合于高速行走， 稳定性也好。 一般情况下，车轮式行走结构 最适合平地行走，不能跨越高 度，不能爬楼梯。但现今也出 现特殊的轮式结构。 全方位移动车：在平面上移动的物 体可以实现前后、左右和自转3 个 自由度的运动.但如汽车等,可以前进、拐弯而不能横向移动就不是. 若具有完全的3 个自由
目录 一．方案构思---------------------------------------------1 二．机械部分---------------------------------------------3 三. 电控部分---------------------------------------------17 四．设计小结---------------------------------------------19
一方案构思 我们通过三个手臂来抓紧杆件再通过手臂上的电机来实现机器人的爬升和下降。原理上两个就能实现,但三个手臂是一作联结,二可起稳定作用。手臂上升下降是通过齿轮齿条来实现的。 二．机械部分 1．机器人的整体装配图如下： 图1 我们是通过三个手臂爬杆的，上手臂装在一个齿条的最上端，并且固
定，在具体设计时我们可以使上手臂有一定的上下和左右转动范围,具体的设计将在下面介绍。下手臂装在下杆C上齿条的下端,中间手臂固定在滑槽上,上手臂的上升和下降是通过装在滑槽上端的电动机带动齿轮啮合齿条来实现的.下手臂的上升和下降是通过装在滑槽下端的电动机带动齿轮啮合齿条来实现的,中间手臂的升降是通过上下两对齿轮齿条反转来实现的。 1 升降设备———液压剪叉升降 剪叉机构由两根中间用枢轴连接，可在平面内相互转动的剪杆组成，每根剪杆又可以认为由两段一端铰接和一端固接的梁单元连接而成。剪杆作为机构折叠变化的对象，铰点约束剪杆的变化，折叠过程既剪杆围绕铰点旋转，最后达到指定位置，从而完成一个折叠过程。剪叉式升降台主要由底座、剪叉机构和工作台三个部分组成，其中剪叉机构是剪叉式升降台的主体，也是主要承力构件。剪叉式升降台按驱动形式主要分为液压式和电机式驱动。其中，液压水平驱动剪叉式升降台具有结构紧凑、设计简单、压缩比大、噪声小、工作平稳可靠等突出优点,作为机器人的升降装置非常合适。 （1）升降装置的运动学分析 以单片剪叉式升降台为研究对象，如图1 所示，分析滑块B水平速度v1与升降平台CD 在垂直速度v 之间的关系。 该运动为平面运动，采用速度瞬心法进行求解。因为D点速度垂直向上，B 点速度水平向左，所以剪杆BD 运动瞬心为点C，令其瞬时角速度为ω，则D、B 点的速度为： V=W*R =W*Lcosα D
第7课机器人沿线行走 【教材分析】 本节课的内容较多，难度较大，是一节综合性很强的课。通过前面的学习，学生已经掌握了机器人的行走、直流电机的设置和测量传感器的光值，综合这些知识点编写学生机器人沿轨迹线行走的程序，关键是让学生明白机器人是怎样沿着一条不规则的轨迹线行走的。 【学情分析】 通过前面的学习中，学生已经能够理解传感器的含义及有效的活动方式，并且能较为熟练地利用机器人平台进行编程操作。 【教学目标和要求】 1. 知识和技能 （1）了解沿线追踪比赛规则。 （2）了解灰度传感器的工作原理。 （3）学会检测学生机器人向左偏、向右偏、完全左偏、完全右偏的四种需纠正方向的情况； （4）学会编写机器人沿轨迹线行走程序。 2. 过程和方法 以自主探究学习、合作学习的方式，掌握编写机器人沿轨迹线行走的程序。 3. 情感、态度和价值观 （1）逐步培养学生的创造性思维能力、探索精神； （2）让学生在解决问题的过程中，体会成功的快乐。 4. 行为和创新 合理规范地使用“学生机器人平台”软件。 【教学重点和难点】 重点： （1）学会在系统设置中添加和设置灰度传感器。 （2）学会检测学生机器人向左偏、向右偏、完全左偏、完全右偏。 （3）学会编写机器人沿轨迹线行走程序。 难点：
（1）学会检测学生机器人向左偏、向右偏、完全左偏、完全右偏。（2）理解max 变量的含义。学会编写机器人沿轨迹线行走程序。【教学方法和手段】 实验法、主题活动。 【课时安排】 安排2课时。 【教学准备】 实验器材和主题活动单。 【教学过程】 第一课时 学习过程教师和学生活动设计意图 激趣导入 师：观看机器人沿线行走视频。 （学生感受什么是机器人沿线行走） 师：机器人最基础的动作就是沿线行走。 今天，就让我们手中的机器人成为一个运动员， 来一场沿线行走比赛吧！ （板书：第7课机器人沿线行走） 积累感性经验，让 学生初步了解具体的活 动过程。 情况1：机器人在黑线上 1．添加两个变量。 black表示传感器在轨迹线上和白色区域 的光值的中间值。一般情况下，我们要测量场 地的光值。今天老师已经测量好了，给出这个 中间值，它为450。 还有一个变量为max，记录机器人在运行中 的状态，max=0表示机器人向左侧偏，max=1表 示机器人向右侧偏，max=2表示机器人在轨迹线 上。下面请同学们完成程序的初始化工作。 2．学生按教材的步骤完成操作。 师：设置系统设置中的“传感器设置”，设 置均为“灰度传感器”。 详细、细致地演示 过程，帮助学生克服知 识难点，在讲解中，注 重语句的介绍，以便让 能力较弱的学生可以理 解。
管道爬壁机器人设计 作品内容简介 现在的管道机器人在竖直或者是水平方向都很好的实现了检测与清理功能。但至今还没有管道产品在复杂的管道中很好的工作。为此我们设计了这款管道爬壁机器人，它既可以在水平管道中很好的工作还可以在竖直管道中完成工作，能够自如的在水平竖直交叉的复杂管道中完成检测，清理等工作。 该产品的主题结构为车体结构，在水平方向依靠车载力运动，在车体上安装有四个机械手臂，在机械手臂的前端安装有吸盘跟电磁铁，在塑料管道中依靠吸盘在竖直方向上运动，在铁质管道上利用电磁铁的磁力和机械手臂的交叉前进实现竖直方向的运动。该作品灵活多变，不但可以适应复杂的管道还能够进行多样的工作。 我们依靠机械臂的灵活度与吸盘，电磁铁的吸力来实现该产品的爬壁功能，在水平方向上利用最传统的智能车作为动力，这样的设计完全可以满足水平方向与竖直方向的灵活转变，实现复杂管道的自由穿梭，进而可以让该机器人更好的实现其检测与清理功能。该管道爬行机器人实现远程电脑控制，所得数据通过反馈处理使机器人能够完成各项做业。 一、研制背景及意义 1、随着社会的快速发展,国家生产水平不断提高，产品更新也越来越快。管道运输在我国运用比较普遍，但管道长期处在压力大的恶劣环境中，受到水油混合物、硫化氢等有害气体的腐蚀。这些管道受腐后，管壁变薄，容易产生裂缝，造成漏油、漏气的问题，存在重大安全隐患和经济损失。在管道广泛使用的今天，管道的检测、清理、维护成了一个亟待解决的问题。但是管道的封闭性和工作环境决定了这项工作的艰难。时至今日，虽然经过各国学者的努力，已经有各种各样的机器人，但是他们大都存在这样或那样的问题，而且功能不够强大。 2、人民对管道清洁机械的要求是不仅科技含量要高，而且还要绿色、节能、环保。能够满足不同类型管道的检测、维护、清理等要求。 3、管道爬行机器人的研究更好地为管道的检测、维护、清理提供了新的技术手段，这种技术更好的提高了管道监测的准确性和管道清理的安全性，也便于管道工程管理维护人员制定维护方案，清除管道垃圾防止堵塞，事前消除管道的安全隐患，从而节约大量的维修费用，降低管道维护成本，保障工业生产和人民生活及财产安全。 4、近些年来人们对自然环境、工作环境、工作工具及其方式的要求逐步提高。随着中国城市化建设事业的发展推进中国西气东输工程的全面启动 特别是大型化工厂、大型天然气厂、大型地下管道处理系统的建成大型管道或类似管道装置组合处理系统设施以其高质量的工作效率、圆形管道结构占地少、有效工作空间大、美化生活环境等优点得到了广泛的应用。为研究高效的管道机器人提供了良好的市场环境。 5、随着计算机技术的广泛普及和应用国内外检测技术都得到了迅猛发展管道检测技术逐渐形成管道内、外检测技术 涂层检测、智能检测两个分枝。通常情况下涂层破损、失效处下方的管道同样受到腐蚀管道外检测技术的目的是检测涂层及阴极保护有效性的基础上通过挖坑检测达到检测管体腐蚀缺陷的目的对于目前大多数布局内检测条件的管道是十分有效的。 6、管道内检测技术主要用于发现管道内外腐蚀、局部变形以及焊缝裂纹等缺陷也可间接判断涂层的完好性。因此各种大口径天然气管道、大口径石油运
燕山大学 课程设计说明书题目：足式行走机器人课程设计 学院（系）：机械工程学院 年级专业： 2013级机控二班 学生姓名：李旭军、刘鹤、 颜天喜、林银福 指导教师：刘劲军
燕山大学课程设计（论文）任务书
燕山大学课程设计评审意见表
目录 一、项目意义 (6) 二、设计要求 (6) 三、总体方案设计 (6) 四、元件选择与结构设计 (8) 4.1 气缸的选择 (8) 4.2 换向阀的选择 (8) 4.3 机械结构设计 (8) 4.4 传感器的选择 (9) 五、气动系统和电控系统的设计 (9) 5.1 气动回路的设计 (9) 5.2 电控系统的设计 (10) 六、PLC程序与控制 (14) 6.1 I/O地址分配表 (14) 6.2 PLC外部接线图 (15) 6.3 PLC梯形图 (15) 七、实物操作说明 (18) 7.1 实物图片 (18) 7.2 操作说明 (18) 八、总结 (19) 九、心得体会 (19)
一、项目意义 当今随着气动技术及机器人技术的发展，气动机器人的应用领域也越来越广泛。其工作可靠、体积小、动作灵活等优点使其在一些特殊的应用场合，如壁面爬行机器人的研究方面颇受欢迎，壁面爬行机器人要完成在与水平面成一定角度的各种壁面上移动，它主要完成两个任务：一是吸附，二是移动。本文设计的气动爬行机器人主要研究设计机器人的爬行功能，通过对其机械结构及控制系统设计，实现步距式爬行功能，同时可实现前进、倒退和转向等功能。 二、设计要求 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。 2、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。 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。 4、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。 三、总体方案设计 根据设计要求，我们设计的方案是六足气动机器人，每一个足用两个缸控制，水平杆实现移动，垂直缸实现对身体的支撑，每三个缸一组，分别用一个阀控制，示意图如图1所示。