烟气管道清洁机器人行走系统设计(附件)【字数：9222】
摘 要烟气管道清洁机器人目前是对管道进行检测维修的主要方法，而良好稳定的行走系统是实现所有要求的基础。管道工作环境复杂多变，许多管道人类不方便进入，且具有一定的危险程度，所以对管道机器人的研究具有十分重要的意义。本课题便是对管道机器人的行走系统进行设计，主要分为三部分机械结构、控制系统和检测系统。首先确定了驱动方式，采用直流伺服电机驱动，并对选择了相对应的电机型号。其次，选择链传动作为传动机构，确定减速比，通过链轮与电机相连。同时，选择履带作为移动方式，以便增强行走时的稳定性。然后选择单片机作为控制器，在将蓝牙与单片机串接，来实现远程调速控制。最后，选择红外传感器来检测前方障碍物的距离，而编码器使用增量式。整个系统以控制器为核心，采取PWM驱动俩个电机，便可以单独控制俩个履带轮速度，通过轮速转差便可以实现转弯。而通过脉冲信号方向便可以控制电机转向。电机和大链轮相连，履带驱动轮和小链轮相连，链条传递转矩，使机器人可以行走。红外传感器检测与检测与前方障碍物距离，并将这个信号转化为数字信号传递给单片机，单片机通过蓝牙串接口发送给人，使人根据信号来判断是否前进或者转弯。光电编码器与电机相连，通过接口与单片机相连，便可以测出电机转速和方向。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究的背景 1
第二章 总体方案设计 4
2.1总体方案设计 4
2.2机械结构设计 4
2.2.1驱动装置选择 4
2.2.2执行机构设计 5
2.3控制系统选择 5
2.4检测系统选择 5
第三章 机械结构设计 7
3.1驱动装置选择 7
3.2传动机构设计 7
3.2.1链传动的设计 7
3.2.2低速轴的设计 11
3.3移动机构选择 11
3.4 箱体结构选择 11
第四章 控制系统设计 13
4.1控制系统设计 13
4.2驱动模块设计 13
4.3传感器选择 14
4.4码盘计数模块 15
4.5单片机选择 15
第五章 程序设计 16
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
5.1程序流程图设计 16
5.2系统电路图设计 16
5.3系统程序设计 17
结束语 20
致 谢 21
参考文献 22
第一章 绪论
1.1课题研究的背景
现代自动化行业内包含了多种多样的领域。而在其中，机器人就是当中一个重要的行业。目前研发机器人目的是为了让机器人取代人类在危险恶劣的环境下工作。最早的机器人是“主从”机械手，机器人技术就是主要由它形成的。当时这个机械手是二战期时候为应付放射性材料而出现的。为此美国在50年代后正式开始研发遥控型机械手，用来运送放射性材料。此系统可称为“主从”型，能够精确模仿工作人员手部动作。在工作时，操作人员操控主机械手，主机械手依照命令工作，而从机械手只需要模拟它的行为就可以。1948年诞生了第一台“主从”系统。这意味着管道机器人这个领域正式进入人们视线。
1949年，出现了一种新的技术，这种技术被称之为微电子新技术，它解决了多数电子元件不能集中在狭隘空间的难题，世界各国的相关的顶尖科学家都开始尝试把各种传感元件、执行元件和控制元件在微小的空间内进行组合集中，想制作出微型机器人。随着各国科学家长时间的努力研究，使得机器人的技术一致的在进步革新，这也就意味着管道机器人这个领域开始正式形成和壮大。
随着70年代各种领域内机器人的技术不断创新改革进步，在国外管道机器人的技术在90年代中期就开始了迅猛开展，在某些领域甚至投入实际生活的应用科研成果吓人。在1987年日本科学家山下智久等科研团队成功创造出一种可以在管道内部以震动的方式行走的管道机器人，这种机器人能够在管道上行走的原因是机器人的外表面装有许多个和机器人成某种角度的针，这种针具有一定的弹性，所以机器人可以通过弹性针所发出的形变，从而让机器人能够紧靠在管道内壁上行走。这就导致了全世界各国都开始积极主动的对小型机器人进行研究。1983年美国就拨发100万美元给八所大学进行此这个领域的研发。跟甚至在1985年再次拨发到200美元的项目经费，1988年更是一次性拨款8000万给哈佛大学来开展管道机器人的研究。在1991年，日本政府大力开展科研计划“八年计划”，并且专门为小型工厂和民用医疗机械的发展方向制订了详细目标和规划，让它们主要去研究那种能进入窄小地方工作的机器人。尤其是对能进入人体的微型机器人和小型工厂进行大力支持。日本政府一共花了超过800亿日元来进行相关项目研发。有超过30家日本企业、俩大日本著名国内基金以及四个国家实验室共同参与了这个计划。整个欧洲拥有超过50个微型机电领域的实验室。从1991年后，我国也正式开始重视微型机电领域，并把它列入资助范围。之后每年投入资金超过200W美金，并且我国在96年后就开始把这种技术的研究正式列入“863”计划。我国到目前为止对管道机器人的研究已经超过了二十年。其中以邓棕权为主要代表的哈尔滨工业大学的团队最为突出，他们早就在1998年前便提前开始着手对管道内行走机构进行了深程度的研究。相比较于其他国家，我国小型机器人研发时间有点晚，但自从‘863’方案施行后，很快就得到了高度重视，863国家计划和国家科学基金会资助了很多高等院校进行相关项目的研究，这些以上海大学为代表的院校做出一系列卓有成效的工作，取得了丰富的科研成果。
1970年后，全世界各国各地石油产业和新兴能源行业也开始飞速发展，在运输时最通用的就是各种样式的管道。也正是由于运输的物品的多样性，大部分管道不可避免的在酸化、重压作用下出现了裂缝、漏孔等状况。并且因为管道的大小和安装环境等因素，致使人们不能够直接进入管道内部进行质量测试和故障检测。以往人们通常使用的方法是挖掘或者随机抽取某段管道进行检测，这种方法十分浪费时间，而且往往不能有效的解决问题，为了解决如何检测修理管道这问题，管道机器人新型机器人应运而生。它是一种携带有多种传感器和操作装置的可沿着管道内部或外部自动行走的机器。机器人在管道里的工作环境不可准确测量而且变化太多。像U型管、“+”管、深入地下的管道都是人类不能轻易进入的。所以需要工作人员遥控操作和监测来完成工作任务要求。
管道机器人可以说是机器人的最新拓展出来的一个特殊分支，从它出现开始人们对它的研究也已经具有很长的年代了。它是一种自带多种传感器和操作器可沿各种管道内部或者外部进行作业的机电一体化系统。因为在管道里面工作，体积质量不能太大，当机器人使用常规驱动方式的时候容易出现各种问题。当前，对于管道机器人的研究目前都是为了对管道进行维修和检测而进行的。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究的背景 1
第二章 总体方案设计 4
2.1总体方案设计 4
2.2机械结构设计 4
2.2.1驱动装置选择 4
2.2.2执行机构设计 5
2.3控制系统选择 5
2.4检测系统选择 5
第三章 机械结构设计 7
3.1驱动装置选择 7
3.2传动机构设计 7
3.2.1链传动的设计 7
3.2.2低速轴的设计 11
3.3移动机构选择 11
3.4 箱体结构选择 11
第四章 控制系统设计 13
4.1控制系统设计 13
4.2驱动模块设计 13
4.3传感器选择 14
4.4码盘计数模块 15
4.5单片机选择 15
第五章 程序设计 16
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
5.1程序流程图设计 16
5.2系统电路图设计 16
5.3系统程序设计 17
结束语 20
致 谢 21
参考文献 22
第一章 绪论
1.1课题研究的背景
现代自动化行业内包含了多种多样的领域。而在其中，机器人就是当中一个重要的行业。目前研发机器人目的是为了让机器人取代人类在危险恶劣的环境下工作。最早的机器人是“主从”机械手，机器人技术就是主要由它形成的。当时这个机械手是二战期时候为应付放射性材料而出现的。为此美国在50年代后正式开始研发遥控型机械手，用来运送放射性材料。此系统可称为“主从”型，能够精确模仿工作人员手部动作。在工作时，操作人员操控主机械手，主机械手依照命令工作，而从机械手只需要模拟它的行为就可以。1948年诞生了第一台“主从”系统。这意味着管道机器人这个领域正式进入人们视线。
1949年，出现了一种新的技术，这种技术被称之为微电子新技术，它解决了多数电子元件不能集中在狭隘空间的难题，世界各国的相关的顶尖科学家都开始尝试把各种传感元件、执行元件和控制元件在微小的空间内进行组合集中，想制作出微型机器人。随着各国科学家长时间的努力研究，使得机器人的技术一致的在进步革新，这也就意味着管道机器人这个领域开始正式形成和壮大。
随着70年代各种领域内机器人的技术不断创新改革进步，在国外管道机器人的技术在90年代中期就开始了迅猛开展，在某些领域甚至投入实际生活的应用科研成果吓人。在1987年日本科学家山下智久等科研团队成功创造出一种可以在管道内部以震动的方式行走的管道机器人，这种机器人能够在管道上行走的原因是机器人的外表面装有许多个和机器人成某种角度的针，这种针具有一定的弹性，所以机器人可以通过弹性针所发出的形变，从而让机器人能够紧靠在管道内壁上行走。这就导致了全世界各国都开始积极主动的对小型机器人进行研究。1983年美国就拨发100万美元给八所大学进行此这个领域的研发。跟甚至在1985年再次拨发到200美元的项目经费，1988年更是一次性拨款8000万给哈佛大学来开展管道机器人的研究。在1991年，日本政府大力开展科研计划“八年计划”，并且专门为小型工厂和民用医疗机械的发展方向制订了详细目标和规划，让它们主要去研究那种能进入窄小地方工作的机器人。尤其是对能进入人体的微型机器人和小型工厂进行大力支持。日本政府一共花了超过800亿日元来进行相关项目研发。有超过30家日本企业、俩大日本著名国内基金以及四个国家实验室共同参与了这个计划。整个欧洲拥有超过50个微型机电领域的实验室。从1991年后，我国也正式开始重视微型机电领域，并把它列入资助范围。之后每年投入资金超过200W美金，并且我国在96年后就开始把这种技术的研究正式列入“863”计划。我国到目前为止对管道机器人的研究已经超过了二十年。其中以邓棕权为主要代表的哈尔滨工业大学的团队最为突出，他们早就在1998年前便提前开始着手对管道内行走机构进行了深程度的研究。相比较于其他国家，我国小型机器人研发时间有点晚，但自从‘863’方案施行后，很快就得到了高度重视，863国家计划和国家科学基金会资助了很多高等院校进行相关项目的研究，这些以上海大学为代表的院校做出一系列卓有成效的工作，取得了丰富的科研成果。
1970年后，全世界各国各地石油产业和新兴能源行业也开始飞速发展，在运输时最通用的就是各种样式的管道。也正是由于运输的物品的多样性，大部分管道不可避免的在酸化、重压作用下出现了裂缝、漏孔等状况。并且因为管道的大小和安装环境等因素，致使人们不能够直接进入管道内部进行质量测试和故障检测。以往人们通常使用的方法是挖掘或者随机抽取某段管道进行检测，这种方法十分浪费时间，而且往往不能有效的解决问题，为了解决如何检测修理管道这问题，管道机器人新型机器人应运而生。它是一种携带有多种传感器和操作装置的可沿着管道内部或外部自动行走的机器。机器人在管道里的工作环境不可准确测量而且变化太多。像U型管、“+”管、深入地下的管道都是人类不能轻易进入的。所以需要工作人员遥控操作和监测来完成工作任务要求。
管道机器人可以说是机器人的最新拓展出来的一个特殊分支，从它出现开始人们对它的研究也已经具有很长的年代了。它是一种自带多种传感器和操作器可沿各种管道内部或者外部进行作业的机电一体化系统。因为在管道里面工作，体积质量不能太大，当机器人使用常规驱动方式的时候容易出现各种问题。当前，对于管道机器人的研究目前都是为了对管道进行维修和检测而进行的。
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