攀爬机器人行走系统设计(附件)【字数：8971】
社会的繁荣发展，促使着科技的飞速提升，机器人在各种领域开始影响着我们的生活。攀爬机器人的出现，可以降低某些特别作业的危险性，又提高了艰难工作环境下作业的效率。本设计的攀爬机器人满足现在攀爬机器人轻量化的发展要求，利用履带和吸盘的组合完成壁面吸附，且攀爬机器人的本体尽可能的减轻了重量，能够在壁面上完成长时间的吸附。履带吸盘式攀爬机器人，主要是由机械部分和控制部分两大部分组成，其中机械结构的设计又分为传动、驱动、吸附机构。其中驱动部分是攀爬机器人的设计重点，进行了着重讲述。而控制部分则采用了应用广泛，成本低廉的单片机作为控制中心。本文的攀爬机器人能够通过红外传感器的检测，在单片机的控制下完成前进和转向之间的自由切换。
目 录
第一章 绪论 1
第二章 总体方案设计 2
第三章 机械结构设计 3
3.1 机械结构概述 3
3.2 传动机构设计 4
3.3 抗倾覆结构设计 5
3.4 驱动系统 5
3.4.1 履带电机选型 6
3.4.2 驱动方式 8
3.5 吸附系统设计 8
3.5.1 吸附吸盘的校核 9
3.5.2 吸附系统简介 10
3.6 电磁铁的选择 11
第四章 控制系统设计 12
4.1 单片机简介 12
4.2 红外传感器 13
4.3 控制系统总电路 14
4.4 供电电路 15
4.5 声音控制电路 16
4.6 红外避障基本原理 16
4.7 电机驱动电路 17
4.8 单片机最小系统 18
第五章 单片机程序 19
5.1 单片机控制流程图 19
5.2 单片机控制程序 20
结束语 27
致 谢 28
参考文献 29
第一章 绪论
伴随着新世纪的到来，科学技术的长足进步使人们的生活水平越来越高，社会逐渐步入智能化、自动化社会。机器人的迅速发展，逐渐渗透进家家户户，各行各业。其中攀爬机器人作为机器人的一个分支，在 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
核工业、高空建筑业、消防、侦查等方面因为其自身的低成本，高效率的优点，得到了越来越多的应用。
利用履带行走，吸盘吸附的履带吸盘式攀爬机器人，具备优秀的吸附性，同时能够很快适应不同壁面，克服了传统攀爬机器人诸如行驶不平稳，容易打滑，抓紧力不够等缺点，取长补短，对传统攀爬机器人的结构缺陷进行优化和改进，使得攀爬机器人的结构更加科学和完善，是以该课题极具科学价值和实用价值。
机器人是一种机械学、机构学和电子学融合的新时代技术产品，是计算机学，控制学，自动化学、传感技术、信息处理技术等高科技技术所结合而成的划时代的高新技术。机器人是一个仿造人类运动、工作的精密、精细的执行重复工作的自动化设备。机器人的诞生和运用，不仅对工业自动化、工业高效化的实现产生了促进作用，并且对人们的周边生活也产生了深远的影响。科学在进步，机器人的研究同样一日千里，机器人不断向着小型化、轻量化、智能化发展。
研发制造出一种轻便的、小巧的攀爬机器人对于民生和军事方面都具有十分重大的意义。在军事上，小型攀爬机器人可以投放到战场上，配备上摄像头，可以饶过军事设施，进行有效的军事侦查。也可以在恶劣的丛林中勘察地形，在救灾中进行搜救。在民用上，攀爬机器人可以用作高空幕墙清洗，也可以进行建筑物内部检测与维护。
在工业方面，攀爬机器人可以在不同的壁面上工作，能在恶劣环境下完成人类所无法完成的任务，如水下作业。同时，攀爬机器人能够用于多种高危行业，如核工业、石油开采、矿产勘察、天然气等。随着攀爬机器人的技术越来越成熟，作用范围越来越高，各国的科研部门对攀爬机器人的发展十分重视。
虽然攀爬机器人已经得到了广泛的使用，但是，不可否认，机器人行业还处于研究和实验阶段，至今仍然还存在着不少问题。面对这些问题，国内外的机器人方面的专家和科研人员提出来各种各样的方案，各个方案的结构和原理都存在着极大的差异。下面介绍的三种结构是最常见的攀爬机器人的结构模型，通过对比这三种结构的优缺点，从而选择本次设计所要设计的攀爬机器人的结构。
攀爬机器人主要分为足式、轮式、履带式这三种基本结构。其中足式攀爬机器人越障能力一般，但是移动速度慢；轮式攀爬机器人，移动速度快，但是对其吸附力系统要求极高；履带式机器人，速度较快，运行平稳，但其转向能力较差。
这三种机器人的越障能力都不足以支持频繁的越障。除此之外，诸如驱动能源问题，也同样是现如今困扰着我们的问题，亟需科研人员的解决。
第二章 总体方案设计
本次设计的攀爬机器人需要完成壁面攀爬、检测障碍物、转向、后退等工作，其总体方案设计框图如图21
/
图21总体方案设计框图
本次设计的履带吸盘攀爬机器人拟采用负压吸盘吸附，单片机作为控制器，电池作为电源对控制器和机械本体进行供电，驱动直流减速电机，经过齿轮传动带动履带轮和履带链转动，驱动攀爬机器人攀爬。通过传感器检测到前方障碍物后，将信号传递给控制系统，控制机器人转向。
电源
通过直流电给整个攀爬机器人系统进行供电，直流电相比于交流电更容易进行控制，且直流电电源体积小，重量轻，符合攀爬机器人轻便的特点。
驱动系统
通过直流减速电机驱动攀爬机器人的运行是出于简化电路的考虑和选择，减速电机具有自减速效果，体积小，方便控制，使得电路的结构变得更为简单。从而降少了攀爬机器人的复杂程度和生产成本。
传动系统
通过齿轮传动带动连轴转动，从而带动了履带轮的转动，完成了攀爬机器人的前进，这样设计的好处在于，结构简单，装配方便，且生产成本低。
位置检测（传感系统）
传感器复杂攀爬机器人位置的检测，需要确保攀爬机器人的运行方向和运行状态保持安全，不会发生撞击等意外。
控制器
攀爬机器人的前进与转向的切换，由于控制动作都比较简单，所以选择单片机作为攀爬机器人的核心，连接着电机驱动系统、位置检测系统和电源。单片机作为最经济和经典的控制器，使用十分广泛。
目 录
第一章 绪论 1
第二章 总体方案设计 2
第三章 机械结构设计 3
3.1 机械结构概述 3
3.2 传动机构设计 4
3.3 抗倾覆结构设计 5
3.4 驱动系统 5
3.4.1 履带电机选型 6
3.4.2 驱动方式 8
3.5 吸附系统设计 8
3.5.1 吸附吸盘的校核 9
3.5.2 吸附系统简介 10
3.6 电磁铁的选择 11
第四章 控制系统设计 12
4.1 单片机简介 12
4.2 红外传感器 13
4.3 控制系统总电路 14
4.4 供电电路 15
4.5 声音控制电路 16
4.6 红外避障基本原理 16
4.7 电机驱动电路 17
4.8 单片机最小系统 18
第五章 单片机程序 19
5.1 单片机控制流程图 19
5.2 单片机控制程序 20
结束语 27
致 谢 28
参考文献 29
第一章 绪论
伴随着新世纪的到来，科学技术的长足进步使人们的生活水平越来越高，社会逐渐步入智能化、自动化社会。机器人的迅速发展，逐渐渗透进家家户户，各行各业。其中攀爬机器人作为机器人的一个分支，在 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
核工业、高空建筑业、消防、侦查等方面因为其自身的低成本，高效率的优点，得到了越来越多的应用。
利用履带行走，吸盘吸附的履带吸盘式攀爬机器人，具备优秀的吸附性，同时能够很快适应不同壁面，克服了传统攀爬机器人诸如行驶不平稳，容易打滑，抓紧力不够等缺点，取长补短，对传统攀爬机器人的结构缺陷进行优化和改进，使得攀爬机器人的结构更加科学和完善，是以该课题极具科学价值和实用价值。
机器人是一种机械学、机构学和电子学融合的新时代技术产品，是计算机学，控制学，自动化学、传感技术、信息处理技术等高科技技术所结合而成的划时代的高新技术。机器人是一个仿造人类运动、工作的精密、精细的执行重复工作的自动化设备。机器人的诞生和运用，不仅对工业自动化、工业高效化的实现产生了促进作用，并且对人们的周边生活也产生了深远的影响。科学在进步，机器人的研究同样一日千里，机器人不断向着小型化、轻量化、智能化发展。
研发制造出一种轻便的、小巧的攀爬机器人对于民生和军事方面都具有十分重大的意义。在军事上，小型攀爬机器人可以投放到战场上，配备上摄像头，可以饶过军事设施，进行有效的军事侦查。也可以在恶劣的丛林中勘察地形，在救灾中进行搜救。在民用上，攀爬机器人可以用作高空幕墙清洗，也可以进行建筑物内部检测与维护。
在工业方面，攀爬机器人可以在不同的壁面上工作，能在恶劣环境下完成人类所无法完成的任务，如水下作业。同时，攀爬机器人能够用于多种高危行业，如核工业、石油开采、矿产勘察、天然气等。随着攀爬机器人的技术越来越成熟，作用范围越来越高，各国的科研部门对攀爬机器人的发展十分重视。
虽然攀爬机器人已经得到了广泛的使用，但是，不可否认，机器人行业还处于研究和实验阶段，至今仍然还存在着不少问题。面对这些问题，国内外的机器人方面的专家和科研人员提出来各种各样的方案，各个方案的结构和原理都存在着极大的差异。下面介绍的三种结构是最常见的攀爬机器人的结构模型，通过对比这三种结构的优缺点，从而选择本次设计所要设计的攀爬机器人的结构。
攀爬机器人主要分为足式、轮式、履带式这三种基本结构。其中足式攀爬机器人越障能力一般，但是移动速度慢；轮式攀爬机器人，移动速度快，但是对其吸附力系统要求极高；履带式机器人，速度较快，运行平稳，但其转向能力较差。
这三种机器人的越障能力都不足以支持频繁的越障。除此之外，诸如驱动能源问题，也同样是现如今困扰着我们的问题，亟需科研人员的解决。
第二章 总体方案设计
本次设计的攀爬机器人需要完成壁面攀爬、检测障碍物、转向、后退等工作，其总体方案设计框图如图21
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图21总体方案设计框图
本次设计的履带吸盘攀爬机器人拟采用负压吸盘吸附，单片机作为控制器，电池作为电源对控制器和机械本体进行供电，驱动直流减速电机，经过齿轮传动带动履带轮和履带链转动，驱动攀爬机器人攀爬。通过传感器检测到前方障碍物后，将信号传递给控制系统，控制机器人转向。
电源
通过直流电给整个攀爬机器人系统进行供电，直流电相比于交流电更容易进行控制，且直流电电源体积小，重量轻，符合攀爬机器人轻便的特点。
驱动系统
通过直流减速电机驱动攀爬机器人的运行是出于简化电路的考虑和选择，减速电机具有自减速效果，体积小，方便控制，使得电路的结构变得更为简单。从而降少了攀爬机器人的复杂程度和生产成本。
传动系统
通过齿轮传动带动连轴转动，从而带动了履带轮的转动，完成了攀爬机器人的前进，这样设计的好处在于，结构简单，装配方便，且生产成本低。
位置检测（传感系统）
传感器复杂攀爬机器人位置的检测，需要确保攀爬机器人的运行方向和运行状态保持安全，不会发生撞击等意外。
控制器
攀爬机器人的前进与转向的切换，由于控制动作都比较简单，所以选择单片机作为攀爬机器人的核心，连接着电机驱动系统、位置检测系统和电源。单片机作为最经济和经典的控制器，使用十分广泛。
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