设计简介
随着科技的进步，机器人已经日趋广泛应用于工业生产和日常生活中。随着经济的增长，城镇中随之矗立起无数电线杆、路灯杆、大桥斜拉钢索等高层建筑。长期以来怎样绿色环保、高效、低成本的解决这些集实用性与美观性一体的杆状城市建筑的清洗、维护问题，一直是环保工作者们研究的一个课题。
论文针对上述市政工程中需要大量爬杆作业的需求，研制出一种基于气动元件的爬杆机器人，该机器人有一定的载重能力，可广泛替代人工应用到市政爬杆作业中。在比较几类爬行机构的优劣的基础上，确定了机器人本体的大致结构,采用气动元件实现机器人的爬升运动，电机带动双向螺旋机构运动进行机器人手臂的夹紧。随后根据路灯杆的尺寸数据，设计估算出机器人的各零部件的尺寸与质量，据此，确定气缸和电机的型号。最后，对各个元件进行校核验算，设计出爬杆机器人。
关键词 爬杆机器人 气缸 攀爬 仿生学
Abstract
With the development of the science and technology, robotics have become more widely used in industrial production and daily life. With the growth of the economic, there are a lot of high-rise buildings such as the poles，the road poles and cable-stayed bridges appeared in the numerous cities and towns. How to solve the cleaning and maintenance of these sets with green environmental, highly efficient and low-cost method integrating with the aesthetics and practicability, which is subject of study for environ-mental protection workers for a long time.
In this paper, a kind of pneumatic pole-climbing robot was designed for satisfying the great demands on pole-climbing tasks in city planning engineering. The robot has certain load capacity. It can be widely used in city planning pole-climbing tasks instead of manpower. Based on compared the merits and demerits of several kind of crawling mechanism， we determine the general structure of robot body， adopt pneumatic components of climbing robot, motor drive two-way spiral movement mechanism motion for the clamping robot arm. Then according to the size of reading data，design of robot estimate the size of components with quality，accordingly, determine the cylinder and motor model. Finally, the test of each element, climb bare-footed robot is designed.
Keywords pole-climbing robot cylinder speel bionics
目 录
第一章 绪论……………………………………………………………………………………1
1.1 论文研究的目的和意义 ………………………………………………………………1
1.2 国内外研究现状以及存在的问题……………………………………………………2
1.2.1 机器人的分类…………………………………………………………………………2
1.2.2 国内外研究现状………………………………………………………………………3
1.2.3 目前主要存在的问题 ………………………………………………………………4
1.3 本论文的研究工作………………………………………………………………………4
1.4 本章小结 …………………………………………………………………………………7
第二章 爬杆机器人仿生结构分析研究 …………………………………………………6
2.1 仿生机器人概述…………………………………………………………………………6
2.2 整体结构分析……………………………………………………………………………7
2.2.1 贴附功能分析 ………………………………………………………………………7
2.2.2 移动功能分析 ………………………………………………………………………9
2.3 本章小结…………………………………………………………………………………10
第三章 爬杆机器人的结构方案设计……………………………………………………11
3.1 总体结构设计 …………………………………………………………………………11
3.2 夹紧装置分析研究……………………………………………………………………11
3.3 爬升动力系统分析研究………………………………………………………………11
3.4 爬杆机器人运动原理…………………………………………………………………12
3.5 本章小结…………………………………………………………………………………13
第四章 主体尺寸参数的设计校核………………………………………………………14
4.1 爬杆机器人各零部件的尺寸估算设计……………………………………………14
4.2 滑动螺旋丝杠传动的设计计算及校核……………………………………………18
4.2.1 传动螺纹类型的选择………………………………………………………………19
4.2.2 丝杠耐磨性计算及选材……………………………………………………………19
4.2.3 丝杠校核验算 ………………………………………………………………………19
4.3 齿轮传动设计 …………………………………………………………………………21
4.3.1 齿轮类型、精度、材料及齿数的选定…………………………………………21
4.3.2 按齿面接触疲劳强度设计 ………………………………………………………21
4.3.3 按齿根弯曲疲劳强度设计计算 …………………………………………………23
4.3.4 几何尺寸计算 ………………………………………………………………………25
4.4 轴承的选用……………………………………………………………………………25
4.4.1 直线轴承介绍………………………………………………………………………25
4.4.2 直线轴承的选用……………………………………………………………………26
4.5 联轴器的选择…………………………………………………………………………26
4.6 本章小结 ………………………………………………………………………………28
结论………………………………………………………………………………………………29
致谢………………………………………………………………………………………………30
参考文献 ………………………………………………………………………………………31
论文针对上述市政工程中需要大量爬杆作业的需求，研制出一种基于气动元件的爬杆机器人，该机器人有一定的载重能力，可广泛替代人工应用到市政爬杆作业中。在比较几类爬行机构的优劣的基础上，确定了机器人本体的大致结构,采用气动元件实现机器人的爬升运动，电机带动双向螺旋机构运动进行机器人手臂的夹紧。随后根据路灯杆的尺寸数据，设计估算出机器人的各零部件的尺寸与质量，据此，确定气缸和电机的型号。最后，对各个元件进行校核验算，设计出爬杆机器人。
关键词 爬杆机器人 气缸 攀爬 仿生学
Abstract
With the development of the science and technology, robotics have become more widely used in industrial production and daily life. With the growth of the economic, there are a lot of high-rise buildings such as the poles，the road poles and cable-stayed bridges appeared in the numerous cities and towns. How to solve the cleaning and maintenance of these sets with green environmental, highly efficient and low-cost method integrating with the aesthetics and practicability, which is subject of study for environ-mental protection workers for a long time.
In this paper, a kind of pneumatic pole-climbing robot was designed for satisfying the great demands on pole-climbing tasks in city planning engineering. The robot has certain load capacity. It can be widely used in city planning pole-climbing tasks instead of manpower. Based on compared the merits and demerits of several kind of crawling mechanism， we determine the general structure of robot body， adopt pneumatic components of climbing robot, motor drive two-way spiral movement mechanism motion for the clamping robot arm. Then according to the size of reading data，design of robot estimate the size of components with quality，accordingly, determine the cylinder and motor model. Finally, the test of each element, climb bare-footed robot is designed.
Keywords pole-climbing robot cylinder speel bionics
目 录
第一章 绪论……………………………………………………………………………………1
1.1 论文研究的目的和意义 ………………………………………………………………1
1.2 国内外研究现状以及存在的问题……………………………………………………2
1.2.1 机器人的分类…………………………………………………………………………2
1.2.2 国内外研究现状………………………………………………………………………3
1.2.3 目前主要存在的问题 ………………………………………………………………4
1.3 本论文的研究工作………………………………………………………………………4
1.4 本章小结 …………………………………………………………………………………7
第二章 爬杆机器人仿生结构分析研究 …………………………………………………6
2.1 仿生机器人概述…………………………………………………………………………6
2.2 整体结构分析……………………………………………………………………………7
2.2.1 贴附功能分析 ………………………………………………………………………7
2.2.2 移动功能分析 ………………………………………………………………………9
2.3 本章小结…………………………………………………………………………………10
第三章 爬杆机器人的结构方案设计……………………………………………………11
3.1 总体结构设计 …………………………………………………………………………11
3.2 夹紧装置分析研究……………………………………………………………………11
3.3 爬升动力系统分析研究………………………………………………………………11
3.4 爬杆机器人运动原理…………………………………………………………………12
3.5 本章小结…………………………………………………………………………………13
第四章 主体尺寸参数的设计校核………………………………………………………14
4.1 爬杆机器人各零部件的尺寸估算设计……………………………………………14
4.2 滑动螺旋丝杠传动的设计计算及校核……………………………………………18
4.2.1 传动螺纹类型的选择………………………………………………………………19
4.2.2 丝杠耐磨性计算及选材……………………………………………………………19
4.2.3 丝杠校核验算 ………………………………………………………………………19
4.3 齿轮传动设计 …………………………………………………………………………21
4.3.1 齿轮类型、精度、材料及齿数的选定…………………………………………21
4.3.2 按齿面接触疲劳强度设计 ………………………………………………………21
4.3.3 按齿根弯曲疲劳强度设计计算 …………………………………………………23
4.3.4 几何尺寸计算 ………………………………………………………………………25
4.4 轴承的选用……………………………………………………………………………25
4.4.1 直线轴承介绍………………………………………………………………………25
4.4.2 直线轴承的选用……………………………………………………………………26
4.5 联轴器的选择…………………………………………………………………………26
4.6 本章小结 ………………………………………………………………………………28
结论………………………………………………………………………………………………29
致谢………………………………………………………………………………………………30
参考文献 ………………………………………………………………………………………31
