环境检测爬壁机器人设计研究【字数：11379】
摘 要爬壁机器人是能够代替人在高空洞穴等危险而恶劣的环境中工作的机器人。磁吸附爬壁机器人作为其中的一个重要分支，其对表面环境的适应能力强、运动也平稳可靠。从而被广泛运用于各种行业。这种爬壁机器人有着很大的发展空间，在接下来的研究中，也会有更多的人投入对其的研究中。本文设计了一种环境检测爬壁机器人，其内容包含环境检测爬壁机器人的运动方式，驱动方式与控制系统的设计。本文设计的环境检测爬壁机器人是通过蓝牙连接方式控制的，可以通过手机无线操控爬壁机器人的运动。在爬壁机器人上装载的温湿度传感器可以采集目标的温度湿度，爬壁机器人上装载的红外线传感器也可以使爬壁机器人拥有一定的避障功能。采用ANSYS软件对爬壁机器人与壁面进行仿真分析，得到爬壁机器人稳定吸附在壁面所需要的最小吸附力，为爬壁机器人提供理论的基础。设计了爬壁机器人的整体机构并完成了爬壁机器人模型的搭建。
目录
1.前言 1
1.1课题研究背景及意义 1
1.2环境检测爬壁机器人的现状 1
1.2.1国外现状 1
1.2.2国内现状 1
1.3课题主要研究内容 2
1.4本章小结 3
2.环境检测爬壁机器人的整体方案设计 4
2.1环境检测爬壁机器人的设计目标和要求 4
2.2环境检测爬壁机器人的移动方式 4
2.3环境检测爬壁机器人的驱动方式 4
2.4环境检测爬壁机器人吸附装置设计 4
2.5控制系统的设计 5
2.5.1单片机最小系统 6
2.5.2驱动模块 6
2.5.3电源模块 7
2.6环境检测爬壁机器人的硬件选择 8
2.6.1蓝牙模块 8
2.6.2传感器 8
2.6.3直流减速电机 8
2.6.4爬壁机器人的其他硬件部分 9
2.7环境检测爬壁机器人的结构 9
2.8本章小结 10
3.环境检测爬壁机器人的稳定性和磁吸附装置的分析 11
3.1环境检测爬壁机器人的静态受力分析 11
3.2ANSYS软件对磁吸附装置的分析 13 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
3.2.1ANSYS软件的介绍 13
3.2.2磁吸附装置的有限元分析 13
3.3本章小结 16
4.爬壁机器人程序的设计 18
4.1爬壁机器人整体流程叙述 18
4.2程序的编写与分析 18
4.2.1单片机与串口的初始化 19
4.2.2自动避障 24
4.3本章小结 25
5.调试与运行 26
5.1蓝牙模块的调试 26
5.2驱动模块的调试 27
5.3温湿度传感器的调试 29
5.4红外线传感器地调试 30
5.5吸附装置的调试 32
5.6本章小结 32
6.结论 33
参考文献 34
致谢 35
附录 36
1.前言
1.1课题研究背景及意义
随着科技的发展，智能机器人在社会在工作中的比重逐渐增加，智能机器人拥有着人类所不能比拟的优势，而爬壁机器人作为智能机器人这个大家庭中重要家庭成员,它是一种在原本用有地面工作的能力的智能机器人，通过过各种吸附技术使机器人可以吸附在各种壁面上工作，大大扩展了机器人的工作范围，克服了机器人只能在地面工作的局限性。我们可以在很多行业看到爬壁机器人的身影，例如船舶的锈清理，高空楼房的玻璃清洗以及油气储存罐的外壁清洗及维修，爬壁机器人的应用取得了很大的经济收益。随着科技和经济的发展，爬壁机器人的技术相对多年前有了很大进步，使爬壁机器人得到飞速的发展。当前，对磁吸附爬壁机器人提除出了更高的要求，不仅仅局限于爬壁机器人的灵活，吸附可靠等特点，如何设计出自重轻，运动更灵活，负重大的爬壁机器人是当前所需要克服的难点。
1.2环境检测爬壁机器人的现状
1.2.1国外现状
对于爬壁机器人，日本较早投入对其的研究，其研究成果及技术也是走在世界前沿的，1989年日本东京工业大学研究出了一款车轮式爬壁机器人，它可以吸附在各种油罐、球形煤气罐、船舶等壁面，可以实现检查修理等作业，它的原理是通过带有磁性的吸附轮产生的吸附力使其吸附在壁面上，然后在壁面上进行各种运动和作业，运动稳定且快速是其的特点，由于采用车轮式吸附方式，对于面壁的要求与对壁面的磨损都很低。欧美国家的机器人检测技术走在世界的前沿，其中，美国的机器人检测技术覆盖面较为广泛，其检测技术在各类机器人上都有运用，其广泛的运用，也展现着其检测技术的相对成熟；欧洲空间局(ESA)在空间操作型机器人有着一定的成功，其空间操作型机器人也拥有这不错检测能力。
1.2.2国内现状
国内对爬壁机器人的研究相对国外较晚，其技术与国外的技术相比比较落后，随着国内的研究，虽然与国外还存在着一定的差距，但也有着不小的成果。
哈尔滨工业大学研制出一种用于反恐防暴侦察任务的四轮式壁面移动机器人,该种类爬壁机器人由于采用四轮驱动，所以有着较大的驱动力，使爬壁机器人拥有快速移动的能力，又由于该爬壁机器人拥有四个驱动车轮，所以该爬壁机器人能够灵活的实现转向，大大提高了爬壁机器人的机动性能。
北京航空航天大学研制了一种四轮式壁面移动机器人，其爬壁机器人是通过两个受电机驱动的主动轮各自带动同侧的从动轮，来实现爬壁机器人在壁面上的移动和转向。该大学还研究了一种新式的四轮爬壁机器人，该爬壁机器人是将永磁铁安置在车体的中部并且是永磁铁不与壁面直接接触，这样的优点在于不会对壁面造成损坏，并且减少了永磁铁的磨损使其寿命得到延长，该爬壁机器人还拥有着轮式爬壁机器人移动速度快，转向灵活的优点。
国内在移动式环境检测机器人技术的研究还处于一个起步阶段，对其的研究要需要一定的时间。环境检测机器人所需要考虑涉及的问题比较繁琐和困难，并没有一个以统一的方式，对与各种环境和突发情况都需要考虑，并且一个整体服务器的构建所需要需要消耗人力财力都比较具大，但其所收获的成果或者说是效果却并不是很好，其覆盖的范围也是一个难题。扬州大学研制了一种环境检测机器人，他们在该型机器人上安装车载摄像头，他们可以通过车载摄像头实时观察环境检测机器人勘测的目标环境；他们还在机器人上装载了超声波传感器，可以回传超声波雷达图像，可以更好地观察机器人的动态；环境检测机器人装载的环境参数检测设备可以采集目标的温湿度，烟雾等。该环境检测机器人采用无线控制方式，可以对其进行远程控制，让其在危险未知区域进行环境检测工作，环境检测机器人上的摄像头和超声波测障模块，可以精准指控机器人的运动，可以更好采集更精准的环境参数。该环境检测机器人还有着自动循迹功能，可以沿着设定好的路线对目标地点进行信息采集。
目录
1.前言 1
1.1课题研究背景及意义 1
1.2环境检测爬壁机器人的现状 1
1.2.1国外现状 1
1.2.2国内现状 1
1.3课题主要研究内容 2
1.4本章小结 3
2.环境检测爬壁机器人的整体方案设计 4
2.1环境检测爬壁机器人的设计目标和要求 4
2.2环境检测爬壁机器人的移动方式 4
2.3环境检测爬壁机器人的驱动方式 4
2.4环境检测爬壁机器人吸附装置设计 4
2.5控制系统的设计 5
2.5.1单片机最小系统 6
2.5.2驱动模块 6
2.5.3电源模块 7
2.6环境检测爬壁机器人的硬件选择 8
2.6.1蓝牙模块 8
2.6.2传感器 8
2.6.3直流减速电机 8
2.6.4爬壁机器人的其他硬件部分 9
2.7环境检测爬壁机器人的结构 9
2.8本章小结 10
3.环境检测爬壁机器人的稳定性和磁吸附装置的分析 11
3.1环境检测爬壁机器人的静态受力分析 11
3.2ANSYS软件对磁吸附装置的分析 13 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
3.2.1ANSYS软件的介绍 13
3.2.2磁吸附装置的有限元分析 13
3.3本章小结 16
4.爬壁机器人程序的设计 18
4.1爬壁机器人整体流程叙述 18
4.2程序的编写与分析 18
4.2.1单片机与串口的初始化 19
4.2.2自动避障 24
4.3本章小结 25
5.调试与运行 26
5.1蓝牙模块的调试 26
5.2驱动模块的调试 27
5.3温湿度传感器的调试 29
5.4红外线传感器地调试 30
5.5吸附装置的调试 32
5.6本章小结 32
6.结论 33
参考文献 34
致谢 35
附录 36
1.前言
1.1课题研究背景及意义
随着科技的发展，智能机器人在社会在工作中的比重逐渐增加，智能机器人拥有着人类所不能比拟的优势，而爬壁机器人作为智能机器人这个大家庭中重要家庭成员,它是一种在原本用有地面工作的能力的智能机器人，通过过各种吸附技术使机器人可以吸附在各种壁面上工作，大大扩展了机器人的工作范围，克服了机器人只能在地面工作的局限性。我们可以在很多行业看到爬壁机器人的身影，例如船舶的锈清理，高空楼房的玻璃清洗以及油气储存罐的外壁清洗及维修，爬壁机器人的应用取得了很大的经济收益。随着科技和经济的发展，爬壁机器人的技术相对多年前有了很大进步，使爬壁机器人得到飞速的发展。当前，对磁吸附爬壁机器人提除出了更高的要求，不仅仅局限于爬壁机器人的灵活，吸附可靠等特点，如何设计出自重轻，运动更灵活，负重大的爬壁机器人是当前所需要克服的难点。
1.2环境检测爬壁机器人的现状
1.2.1国外现状
对于爬壁机器人，日本较早投入对其的研究，其研究成果及技术也是走在世界前沿的，1989年日本东京工业大学研究出了一款车轮式爬壁机器人，它可以吸附在各种油罐、球形煤气罐、船舶等壁面，可以实现检查修理等作业，它的原理是通过带有磁性的吸附轮产生的吸附力使其吸附在壁面上，然后在壁面上进行各种运动和作业，运动稳定且快速是其的特点，由于采用车轮式吸附方式，对于面壁的要求与对壁面的磨损都很低。欧美国家的机器人检测技术走在世界的前沿，其中，美国的机器人检测技术覆盖面较为广泛，其检测技术在各类机器人上都有运用，其广泛的运用，也展现着其检测技术的相对成熟；欧洲空间局(ESA)在空间操作型机器人有着一定的成功，其空间操作型机器人也拥有这不错检测能力。
1.2.2国内现状
国内对爬壁机器人的研究相对国外较晚，其技术与国外的技术相比比较落后，随着国内的研究，虽然与国外还存在着一定的差距，但也有着不小的成果。
哈尔滨工业大学研制出一种用于反恐防暴侦察任务的四轮式壁面移动机器人,该种类爬壁机器人由于采用四轮驱动，所以有着较大的驱动力，使爬壁机器人拥有快速移动的能力，又由于该爬壁机器人拥有四个驱动车轮，所以该爬壁机器人能够灵活的实现转向，大大提高了爬壁机器人的机动性能。
北京航空航天大学研制了一种四轮式壁面移动机器人，其爬壁机器人是通过两个受电机驱动的主动轮各自带动同侧的从动轮，来实现爬壁机器人在壁面上的移动和转向。该大学还研究了一种新式的四轮爬壁机器人，该爬壁机器人是将永磁铁安置在车体的中部并且是永磁铁不与壁面直接接触，这样的优点在于不会对壁面造成损坏，并且减少了永磁铁的磨损使其寿命得到延长，该爬壁机器人还拥有着轮式爬壁机器人移动速度快，转向灵活的优点。
国内在移动式环境检测机器人技术的研究还处于一个起步阶段，对其的研究要需要一定的时间。环境检测机器人所需要考虑涉及的问题比较繁琐和困难，并没有一个以统一的方式，对与各种环境和突发情况都需要考虑，并且一个整体服务器的构建所需要需要消耗人力财力都比较具大，但其所收获的成果或者说是效果却并不是很好，其覆盖的范围也是一个难题。扬州大学研制了一种环境检测机器人，他们在该型机器人上安装车载摄像头，他们可以通过车载摄像头实时观察环境检测机器人勘测的目标环境；他们还在机器人上装载了超声波传感器，可以回传超声波雷达图像，可以更好地观察机器人的动态；环境检测机器人装载的环境参数检测设备可以采集目标的温湿度，烟雾等。该环境检测机器人采用无线控制方式，可以对其进行远程控制，让其在危险未知区域进行环境检测工作，环境检测机器人上的摄像头和超声波测障模块，可以精准指控机器人的运动，可以更好采集更精准的环境参数。该环境检测机器人还有着自动循迹功能，可以沿着设定好的路线对目标地点进行信息采集。
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