论文总字数：22502字

摘 要

磁吸附爬壁机器人是一种可在三维空间中行走的机械装置，如在墙壁，天花板，屋顶，圆柱滚筒以及各种类型的环境。它们不仅可用于危险环境代替人工完成危险和复杂的作业任务，同时也可提高作业效率。本文提出一种可壁面过渡磁吸附爬壁机器人设计方案，具体的方案设计如下：

该磁吸附爬壁机器人机械系统设计结构紧凑(500×250×280)、质量轻(约14 kg)。

本文采用静力学方法计算最小吸附力，并设计了一种吸附机构，它可通过开关控制磁力的接通与断开。

该机器人的行走系统采用链传动，链传动的布置形式为对称的三角形布置，使该爬壁机器人可以实现在水平面、铅垂面以及倒立平面行驶，并且根据运动学的分析，合理设计了能实现不同壁面平滑过渡的机械系统。

完成磁吸附爬壁机器人的负载能力分析、转向灵活性分析和壁面过渡行驶过程分析。

本文所设计的磁吸附爬壁机器人可以最终实现在水平、铅垂、倒立的钢板平面上行驶，灵活的转向，并且可以实现壁面的过渡运动。通过手柄开关控制可以实现吸附机构的通断，从而方便从工作状态到非工作状态的切换。本课题完成吸附系统、驱动系统、以及行走系统的设计，并对其关键零件都进行了分析计算。

关键词：爬壁机器人；链传动；磁吸附；机械系统设计

Magnetic System Design of Crossing-Corner Magnetic Adhesion Wall-Climbing Robot

Abstract

Magnetic Adhesion Wall-Climbing Robot can move freely in 3D complex environment, such as in a wall, ceiling, roof, cylindrical roller and various types of environmental. They not only can be used in dangerous environment to perform dangerous and complicated tasks, but also can improve the work efficiency. The magnetic adhesion wall-climbing robot can cross corner. The completed main work is as follows:

We already designed a wall climbing robot with small size (480×250×260), light weight (about 15 kg).

Also making a calculation to determine the minimum value by static adsorption capacity,and a design of an adsorption device through the on-off switch control magnetic.

By using triangular arrangement of chain drive structure, the wall climbing robot can be achieved in the horizontal plane, vertical plane and inverted plane travel, and according to the analysis of kinematics, the rational design of the mechanical system can realize different wall smooth transition.

Using the analysis of load capacity, to complete the magnetic wall climbing robot analysis of steering flexibility analysis and wall transition driving process.

The magnetic adsorption of the wall climbing robot can realize the running in the plate plane horizontal, vertical, inverted, flexible steering, and can realize the surface transition motion. Through the handle switch control can realize the adsorption mechanism of on-off, thus convenient switching from the state to the non working state. The design of this project is to design, adsorption device driver design of mechanism design and the adsorption device of three parts, each part is combined to achieve the overall function of compact.

Key words: Wall-climbing Robot; Chain Transmission; Magnetic Adhesion; Mechanical System Designs

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题背景 1

1.2 爬壁机器人概况 1

1.2.1国外爬壁机器人发展概况 1

1.2.2国内爬壁机器人发展概况 3

1.2.3爬壁机器人发展趋势 4

1.2.4爬壁机器人发展现状 4

1.3 任务和要求 5

1.3.1任务内容 5

1.3.2原始条件及数据 6

1.3.3技术要求 6

第二章 爬壁机器人总体方案设计 7

2.1 吸附方式的选择 7

2.2 行走方式的选择 7

2.3 驱动方案设计 8

2.4 本章小结 9

第三章 力学特性分析 10

3.1 静态受力分析 10

3.1.1以不下滑为条件的静力分析 10

3.2 运动过程受力分析 11

3.2.1机器人向上移动运动分析 11

3.2.2机器人向下移动运动分析 12

3.2.3机器人转向运动分析 12

3.2.4机器人壁面过渡运动分析 14

3.3 本章小结 17

第四章 爬壁机器人的结构设计 18

4.1 电机和减速器的选择 18

4.1.1电机的型号 18

4.1.2减速器的型号 19

4.1.3编码器的型号 20

4.2 蜗轮蜗杆减速器的设计 21

4.3 链传动的设计 22

4.4 吸附装置的设计 24

4.5 本章小结 24

第五章 总结与期望 25

致 谢 26

参考文献 27

第一章 绪论

1.1 课题背景

爬壁机器人是一种自动化的机器人，它可以在垂直墙壁上移动完成各种不同的工作任务。爬壁机器人能高效完成人类难以完成的任务，并且适用范围广，功能性强。爬壁机器人主要用于对罐类装置质量的检验或涂漆，或者完成对建筑的清洁工作。在工业系统中用来检测厚度，还可以用于军事行业完成拆弹或者爆破任务。中国爬壁机器人的研究正处于起步发展阶段。

在近几十年中，机器人已被广泛应用，并开发到各个行业。其中，爬壁机器人作为一种自动化机械系统可以完成极限任务，给人类日常生活和产业发展的自动机制带来便利，爬壁机器人具有以下优点，在检测损坏点、探测高危工作地点、清洁摩天大楼的幕墙、维修机械设备、以生产车间的工件运输方面被广泛应用。

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