PDF《-—_·l-I·机械研究与应用·一》

设计与制造 -―_・l-I・机械研究与应用・一 双动力臂爬壁机器人吸附系统设计 常迎梅,侯国栋 (安徽国防科技职业学院,安微六安237011) 摘要:设计了一种能够适应多种壁面、安全性高的爬壁机器人吸附系统.

介绍了机器人的机械结构和运动原理,并 详细论述了机器人吸附机理和真空回路.在此基础上,通过计算和比较,设计出一种通用双动力臂爬壁机器 人吸附系统.分析表明,该机器人吸附系统安全可靠,有较强的越障能力,能较好的适应各种材质和倾角壁面 的作业要求. 关键词:爬壁机器人;

动力臂;

吸附系统;

真空系统 中图分类号:TP24 文献标识码:A 文章编号:1006―4414(2010)05―0076―02 Design of adsorption system of wall―climing robot、以th two climbing―arm Chang Ying―mei,Hou Guo―dong (Anhui national defence vocational college,Liu 7∞Anhui 237011,China) Abstract:In this article,a new wall robot adsorption system with high security,which can adapt multi―wall sill-face is de・ signed.Robot'

S mechanism and the movement principle aIe introduced.and the robot adsorption mechanism and the vacuum route are elaborated in detail.Based on this,through the computation and the comparison,a kind of two climbing―arm robot adsorption system is designed.The analysis indicated that this robot adsorption system can work reliability,have strong ability to acre6S the barrier,better meet the operational requirements of kinds of various materials and angle multi―wall. Key words:wall―-eliming robot;

climbing・・arm;

adsorption system;

vacuum system

1 引言爬壁机器人是极限作业机器人的一个分支,能广 泛应用于消防急救、清洗作业、检测工业等行业,大大 减小人的劳动强度和危险性,提高工作效率.笔者设 计了一种可以适合任意倾斜角度壁面的爬壁机器人 通用的爬行运动机构,研究了其运动吸附机理和吸附 方式,完成吸附系统的设计. 2爬壁机器人运动原理 本机器人包括机器人本体、爬行机构、吸附装置、 以及控制系统等.吸附装置的功能是使机器人可靠 地吸附于倾斜或垂直壁面上,并产生足够的压力,使 爬行机构获得足够大的摩擦力以避免机器人晃动和 打滑.它的运动原理为:首先利用前动力臂上两个吸 盘与表面之间存在的内外压差使其稳定地吸附于工 作表面,后爬行臂在电机的作用下带动真空吸盘转 动,当吸盘与工件表面接触后开始工作,利用压力传 感器判断吸盘是否稳定地吸附在表面上,吸附稳定 后,前吸盘停止工作,同时后爬行臂在电机带动下继 续转动:从而实现机器人向前移动.然后爬行真空子 系统停止工作,前动力臂旋转与壁面接触后,真空子 系统开始工作,根据压力传感器判定前吸盘已稳定吸 附于工件表面,这样,机器人完成了一个运动周期;

机 器人通过车载光电编码器和磁航向传感器实时给出 机器人的位置和姿态并反馈到控制系统,通过比较计 算出偏差信号,偏差信号经处理后驱动电机使机器人 继续移动,直到偏差信号为零.前动力臂和后爬行臂 交替工作就实现了机器人的移动.如图1所示. 在机器人运动过程中,吸盘与被测面形成一个密 封腔,通过真空发生装置在该密封腔内形成一定的真 空度,利用吸盘内外的压力差提供对被测面的吸附 力,这样可保证机器人稳定地吸附于工件表面. 裁动如壤岳爬待冀蓠 图1机器人运动原理简图 3吸附机理及吸附方式的选择 机器人要实现垂直壁面作业,关键就是要具备两 种功能:贴附功能和移动功能.吸附方式有真空吸附 和磁吸附之分,其中真空吸附对工作面材料的要求不 十分严格….单吸盘真空吸附技术吸附真空度的保 持主要依赖于密封装置来维持,工作面状况对其真空 度的保持影响较大,且密封装置在机器人移动时一般 与工作面间存在滑动,易磨损,对丁作面适应性差,跨 越沟槽或凹凸面时,若密封装置不可靠,则真空度不 收稿日期:2010―08―17 作者简介:常迎梅(1981一).女,安徽六安人,助教,研究方向:精密测试技术及仪器. ・76・ 万方数据 设计与制造 ・机械研究与应用・一 易保持,安全性能差. 多吸盘真空吸附技术综合了多吸盘脚式和单吸 盘轮式的优点,使机器人不仅移动速度快,而且吸附 可靠,越障能力强,对壁面适应性好….即使部分吸 盘不能吸附时,其它吸盘仍可以正常吸附,保证了机 器人在壁面移动的安全可靠,且行走时,壁面与吸附 带无滑动.因此,机器人采用多吸盘真空吸附方式, 设计了一种结构简单、可行实用的既能满足各种爬壁 要求又具有低廉价格的机器人模型. 4真空系统设计 根据机器人使用要求,前后吸盘交替工作才能实 现机器人的移动,此设计的真空系统如图2所示.虚 线框内的部分为真空线路,真空泵是产生负压的装 置,通过分配器使定位保持吸盘或爬行工作吸盘内形 成负压,负压的控制通过调节真空泵的电机电压来改 变电机的转速,同时采用负压传感器作为检测元件, 实时检测负压变化,当达到一定的真空度后,机器人 就稳定地吸附在工件表面;