远程控制的爬墙机器人设计
摘 要现如今，高层建筑日益增多，高空作业需求也越来越大，随之安全问题也备受关注，爬墙机器人的出现就可以代替人们在恶劣的高空环境中工作。本文首先根据课题要求，提出以负压吸附技术为核心的总体设计方案，并对其进行了性能分析，选择了合适的元件且完成了机械机构的设计。本设计以51单片机为控制单元，利用遥控装置对机器人进行远程控制。为了保证机器人既能可靠地吸附在墙面上又能灵活运动，本文采用摇杆电位器控制风扇的转速来调节壳体内气压的方法，从而实现爬墙机器人的运动控制。结果表明，设计的爬墙机器人能可靠地吸附在墙面上，能在墙面上运动自如，具有一定的应用价值与发展前景。
目录
1.绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.1.1 机器人概述 1
1.1.2 爬墙机器人 1
1.2 课题的研究现状及发展趋势 2
1.2.1 研究现状 2
1.2.2 发展趋势 3
1.3 课题研究的主要内容 4
1.4课题设计的关键技术 5
1.4.1 吸附装置 5
1.4.2 密封机构 5
1.4.3 移动方式 5
1.4.4通信系统 6
1.5小结 6
2.爬墙机器人的总体设计和性能分析 7
2.1需求分析 7
2.2总体设计 7
2.2.1 吸附方式和密封机构的选择 7
2.2.2 移动方式选择 7
2.2.3 移动机构分布选择 8
2.2.4电源选择 8
2.2.5总体结构 8
2.3性能分析 9
2.3.1 吸附性能分析 9
2.3.2 运动性能分析 9
2.3.3 遥控性能分析 9
2.4 小结 10
3.爬墙机器人的机械机构设计 11
3.1外观设计 11
3.1.1壳体材料 11
3.1.2 外壳定型 11
3.2 吸附机构与密封机构设计 11
3.2.1 吸附机构设计 11
3.2.2 密封机构设计 12
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
/> 3.3 运动机构设计 12
3.3.1 移动方式设计 12
3.3.2 驱动装置选择 13
3.4 总体设计 13
3.4.1支架材料 13
3.4.2 机器人整体结构 14
3.5 小结 15
4.爬墙机器人控制系统的硬件设计 16
4.1 总体设计方案 16
4.2 遥控器和接收板的设计 16
4.2.1 遥控装置的选择 16
4.2.2主控单元的设计 17
4.2.3电源电路设计 18
4.2.4时钟电路设计 19
4.2.5 通信电路设计 20
4.3驱动电路设计 22
4.4 小结 22
5.爬墙机器人控制系统的软件设计 23
5.1软件设计的总体方案 23
5.2遥控器的软件设计 24
5.2.1初始化程序和主程序 24
5.2.2 SPI模拟控制程序 24
5.3 接收板的软件设计 25
5.3.1 初始化程序和主程序 25
5.3.2 定时器中断程序 26
5.4 小结 27
6.系统调试 28
6.1课题设计实物图 28
6.2 硬件调试 29
6.3 软件调试 29
6.4 调试过程 29
6.5 小结 31
7.总结与展望 32
7.1 总结 32
7.2 展望 32
参考文献 34
附录 35
附录一 系统原理图 35
附录二 单片机程序 37
致谢 42
1.绪论
1.1 课题研究背景
1.1.1 机器人概述
人类对机器人的追求已经有了几千年的历史，一直希望有一台机器能代替人类做任何事情，而“机器人”一词的出现也是近几十年的事。古代很多杰出的发明家发明了很多类似机器人的东西，比如偃师的“伶人”，张衡的“计里鼓车”，诸葛亮的“木牛流马”等等一系列的发明。在十八九世纪期间，很多外国人也在不断地研究机器人，也发明了很多机械实物。
进入20世纪后，人类研究机器人的热情越来越高，到了中期，现代机器人的研究也因第一台数字电子计算机的问世而开展起来；另一个方面是原子能实验室有很多放射性物质，对人体有伤害，所以急需操作机械代替人类处理这些有害物质。在这种环境下，机械手也在研究者的手中诞生了。真正让机器人的发展迈进一大步的是第一台工业机器人的出现，这也是第一代机器人。
而第二代机器人较第一代机器人的优势是它们有像人类大脑一样的感知装置，并有感觉器官来识别各种事物。机器人工作的时候，所获得信息来自于传感器，接收到信息后，机器人会完成相应的动作。
第三代机器人比上两代机器人又迈了一个台阶，它是既有感应能力又有思考和判断能力的智能机器人，操作者发出控制指令，它是先感应然后产生信息，最后再交给电脑进行处理。电脑对收到的信息进行分析，然后做出判断和指示，机器人的手脚将根据电脑给出的指令完成相应的动作，因此智能机器人的出现将会对社会的发展作出贡献。
1.1.2 爬墙机器人
机器人的快速发展使人类更是渴望什么工作都可以由机器人来代替自己完成。现如今，高楼大厦鳞次栉比，对高空作业的需求也显而易见，比如说清洁大厦的幕墙，船舶检测，航天舱外维修等，这些作业都具有一定的危险性和困难性。经过多年不懈努力，爬墙机器人正在智慧的科学家和研究者手中逐步成真，不断地走进我们的生活，可以代替人类在危险的高空环境中完成任务。现在将爬墙机器人在原有的技术上作进一步改进，将改进以后的爬墙机器人成为小型的服务类机器人，可以减少能耗，也可以更好地为人类服务。我国在该领域的发展还处于研究的初级阶段，以后将不断改进技术，弥补这方面的不足。
而本课题设计主要是针对平整墙面，只能完成上下爬行动作。首先，机器人要能像壁虎一样在墙壁上爬行，需要有合适的吸附机构和良好的密封装置；要实现机器人能在壁面上运动，运动机构也必不可少，同时采用轮式的移动方式，选择这种移动方式的好处是机械结构比较简单，移动速度也相对比较快。机器人的运动轨迹是通过人为操控遥控器来控制的，遥控器上装有无线发射模块，也就是用来发送控制信号给机器人自身带有的接收模块，机器人接收到控制信号后就可以按照控制信号的指示向左、向右、向前、向后爬行。
1.2 课题的研究现状及发展趋势
目录
1.绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.1.1 机器人概述 1
1.1.2 爬墙机器人 1
1.2 课题的研究现状及发展趋势 2
1.2.1 研究现状 2
1.2.2 发展趋势 3
1.3 课题研究的主要内容 4
1.4课题设计的关键技术 5
1.4.1 吸附装置 5
1.4.2 密封机构 5
1.4.3 移动方式 5
1.4.4通信系统 6
1.5小结 6
2.爬墙机器人的总体设计和性能分析 7
2.1需求分析 7
2.2总体设计 7
2.2.1 吸附方式和密封机构的选择 7
2.2.2 移动方式选择 7
2.2.3 移动机构分布选择 8
2.2.4电源选择 8
2.2.5总体结构 8
2.3性能分析 9
2.3.1 吸附性能分析 9
2.3.2 运动性能分析 9
2.3.3 遥控性能分析 9
2.4 小结 10
3.爬墙机器人的机械机构设计 11
3.1外观设计 11
3.1.1壳体材料 11
3.1.2 外壳定型 11
3.2 吸附机构与密封机构设计 11
3.2.1 吸附机构设计 11
3.2.2 密封机构设计 12
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
/> 3.3 运动机构设计 12
3.3.1 移动方式设计 12
3.3.2 驱动装置选择 13
3.4 总体设计 13
3.4.1支架材料 13
3.4.2 机器人整体结构 14
3.5 小结 15
4.爬墙机器人控制系统的硬件设计 16
4.1 总体设计方案 16
4.2 遥控器和接收板的设计 16
4.2.1 遥控装置的选择 16
4.2.2主控单元的设计 17
4.2.3电源电路设计 18
4.2.4时钟电路设计 19
4.2.5 通信电路设计 20
4.3驱动电路设计 22
4.4 小结 22
5.爬墙机器人控制系统的软件设计 23
5.1软件设计的总体方案 23
5.2遥控器的软件设计 24
5.2.1初始化程序和主程序 24
5.2.2 SPI模拟控制程序 24
5.3 接收板的软件设计 25
5.3.1 初始化程序和主程序 25
5.3.2 定时器中断程序 26
5.4 小结 27
6.系统调试 28
6.1课题设计实物图 28
6.2 硬件调试 29
6.3 软件调试 29
6.4 调试过程 29
6.5 小结 31
7.总结与展望 32
7.1 总结 32
7.2 展望 32
参考文献 34
附录 35
附录一 系统原理图 35
附录二 单片机程序 37
致谢 42
1.绪论
1.1 课题研究背景
1.1.1 机器人概述
人类对机器人的追求已经有了几千年的历史，一直希望有一台机器能代替人类做任何事情，而“机器人”一词的出现也是近几十年的事。古代很多杰出的发明家发明了很多类似机器人的东西，比如偃师的“伶人”，张衡的“计里鼓车”，诸葛亮的“木牛流马”等等一系列的发明。在十八九世纪期间，很多外国人也在不断地研究机器人，也发明了很多机械实物。
进入20世纪后，人类研究机器人的热情越来越高，到了中期，现代机器人的研究也因第一台数字电子计算机的问世而开展起来；另一个方面是原子能实验室有很多放射性物质，对人体有伤害，所以急需操作机械代替人类处理这些有害物质。在这种环境下，机械手也在研究者的手中诞生了。真正让机器人的发展迈进一大步的是第一台工业机器人的出现，这也是第一代机器人。
而第二代机器人较第一代机器人的优势是它们有像人类大脑一样的感知装置，并有感觉器官来识别各种事物。机器人工作的时候，所获得信息来自于传感器，接收到信息后，机器人会完成相应的动作。
第三代机器人比上两代机器人又迈了一个台阶，它是既有感应能力又有思考和判断能力的智能机器人，操作者发出控制指令，它是先感应然后产生信息，最后再交给电脑进行处理。电脑对收到的信息进行分析，然后做出判断和指示，机器人的手脚将根据电脑给出的指令完成相应的动作，因此智能机器人的出现将会对社会的发展作出贡献。
1.1.2 爬墙机器人
机器人的快速发展使人类更是渴望什么工作都可以由机器人来代替自己完成。现如今，高楼大厦鳞次栉比，对高空作业的需求也显而易见，比如说清洁大厦的幕墙，船舶检测，航天舱外维修等，这些作业都具有一定的危险性和困难性。经过多年不懈努力，爬墙机器人正在智慧的科学家和研究者手中逐步成真，不断地走进我们的生活，可以代替人类在危险的高空环境中完成任务。现在将爬墙机器人在原有的技术上作进一步改进，将改进以后的爬墙机器人成为小型的服务类机器人，可以减少能耗，也可以更好地为人类服务。我国在该领域的发展还处于研究的初级阶段，以后将不断改进技术，弥补这方面的不足。
而本课题设计主要是针对平整墙面，只能完成上下爬行动作。首先，机器人要能像壁虎一样在墙壁上爬行，需要有合适的吸附机构和良好的密封装置；要实现机器人能在壁面上运动，运动机构也必不可少，同时采用轮式的移动方式，选择这种移动方式的好处是机械结构比较简单，移动速度也相对比较快。机器人的运动轨迹是通过人为操控遥控器来控制的，遥控器上装有无线发射模块，也就是用来发送控制信号给机器人自身带有的接收模块，机器人接收到控制信号后就可以按照控制信号的指示向左、向右、向前、向后爬行。
1.2 课题的研究现状及发展趋势
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/zdh/3073.html
