一種攀爬機器機械部分的設(shè)計-爬桿機器人含SW三維及16張CAD圖

一種攀爬機器機械部分的設(shè)計-爬桿機器人含SW三維及16張CAD圖,一種,攀爬,機器,機械,部分,部份,設(shè)計,機器人,sw,三維,16,cad 繩爬壁機器人與監(jiān)視能力 摘 要 在過去不同的工程師和研究人員開發(fā)出能攀爬各種用途的機器人。在本文中，我們已經(jīng)開發(fā)了在水平和垂直方向能夠爬繩的機器人。此外，該機器人具有使用安裝在機器人的頂部的相機來執(zhí)行監(jiān)視的能力。從相機到計算機的傳輸?shù)囊曨l的質(zhì)量清晰和穩(wěn)定的。因此，開發(fā)機器人用于監(jiān)視用途不錯的選擇。此外，它可以被用于遍歷建筑物的樓層。它使用一個紅外線傳感器來感測安裝在各樓層的條。一旦條帶被感測，滴機構(gòu)被啟動，其中一個特定的對象被丟棄到針對性的地板或位置。機器人可以在自動模式或手動通過RF信號從RF發(fā)送器工作。最后，機器人相比，許多其他發(fā)達國家的機器人的爬繩成本效益。 關(guān)鍵詞 ：機器人；爬繩；監(jiān)測；微控制器；投遞箱 1.機器人現(xiàn)狀介紹 現(xiàn)代機器人技術(shù)正朝著多方面的變化，他們與權(quán)力的計算整合移動;這種機器人的元素成為解決其中許多人未能做到[1]實時問題的有效工具。機器人的形象與研究人員，工程師，和機器人制造商大相徑庭。然而，它已被廣泛接受，在工業(yè)中使用的今天的機器人起源編程物料搬運設(shè)備的發(fā)明中。 機器人領(lǐng)域在各個領(lǐng)域，包括醫(yī)療，工程，檢測，自動化和軍事許多無限的應(yīng)用?；谟虻臋C器人有多種不同的任務(wù)和目標來執(zhí)行。例如基于軍事機器人必須要打開或關(guān)閉戰(zhàn)場執(zhí)行關(guān)鍵任務(wù)。炸彈擴散的責(zé)任就是這樣一個例子[2]。另一方面醫(yī)用機器人用于外科演習(xí)并根據(jù)操作任務(wù)。用于外科手術(shù)遠程機器人是機器人等[3]的典范。這種機器人需要準確度和精密度在執(zhí)行所需的任務(wù)。同樣有能夠執(zhí)行從簡單到非常復(fù)雜的任務(wù)范圍廣義或?qū)ｉT任務(wù)的許多基于域的機器人。監(jiān)控和救援都可以通過各種各樣的機器人，并在不同的領(lǐng)域進行兩種復(fù)雜的任務(wù)。這兩個任務(wù)都可以在軍事，工程，安全等諸多機器人可以看出。監(jiān)督是極大的興趣已被許多研究人員和工程師有針對性的研究領(lǐng)域的一個領(lǐng)域。許多算法，技術(shù)，系統(tǒng)，部署和基礎(chǔ)設(shè)施已被開發(fā)，并在過去提出的[4,5]。新興領(lǐng)域，如圖像處理，計算機視覺，智能動脈和更多發(fā)揮在處理與安全監(jiān)控相關(guān)的問題具有重要作用[6,7]。 大多數(shù)監(jiān)視機器人具有視覺能力，以監(jiān)測狩獵周邊只是的特定區(qū)域的一般監(jiān)測所需的對象或。出于這個原因，當(dāng)我們談?wù)摫O(jiān)控機器人，這是與這種機器人相關(guān)的一個重要組成部分是一個攝像頭，它作為監(jiān)視跟蹤目標對象的檢測和識別的主要手段。相機的定位，穩(wěn)定性，質(zhì)量和覆蓋距離都是需要由作家所指示的在監(jiān)視機器人安裝的攝像機前，認為是非常重要的參數(shù)[8]。 類似相機要求是必要的用于基于救援機器人。安裝在機器人動員搜救工作帶有攝像頭的幫助下再次被各種研究人員和工程師探討另一個活躍的研究領(lǐng)域[9]。機器人的定位和結(jié)構(gòu)起到基于救援行動中起重要作用。機器人具有以這樣的方式來處理它們被部署在前期狀況和條件進行設(shè)計。一般救援行動發(fā)生困難的環(huán)境和地形條件。朦朧，海拔高度，面等具有挑戰(zhàn)性的困難是救援行動的常見問題。機器人應(yīng)該能夠處理這樣的困難，并為這些機器人照相機的定位和質(zhì)量方面發(fā)揮用于實現(xiàn)期望的目標的一個重要的角色。 值得一提的是，預(yù)先監(jiān)控或救援機器人結(jié)合的智能和決策能力一定量如目標探測和識別。這種機器人的目的是不僅在周圍而是分析和可視化的場景，使決策在物體檢測，分類，場景分析的形式和對象跟蹤[10]的視頻和生活流傳輸。 所有功能特定的救援或監(jiān)視機器人可以有，這個類別的機器人應(yīng)表現(xiàn)出一個主要的和強制性的要求是穩(wěn)定和清晰的愿景穩(wěn)定的攝像機位置。照相機（即，視覺）的穩(wěn)定性取決于攝像機的位置安裝在機器人和機器人自身的運動。例如，沒有運動的靜態(tài)機器人周圍穩(wěn)定的現(xiàn)場查看。相比靜態(tài)機器人的移動機器人具有穩(wěn)定性較差。場景的穩(wěn)定性和質(zhì)量是非常加上量和機器人的動作的方式。它公知的是機器人可以具有不同的運動，但主要是這些運動可分為五大類：垂直/水平（即行），旋轉(zhuǎn)，曲線，振動和自由運動。自由運動是最復(fù)雜的，因為這里的運動沒有具體的方向。另一方面，行運動是最簡單的很多，但仍然照相機穩(wěn)定性是重要的，需要進行機器人的運動過程中有效的控制。許多研究者線機器人和提出的技術(shù)工作與監(jiān)視相機[11]的穩(wěn)定性一起。 在本文中，我們設(shè)計并實現(xiàn)具有穩(wěn)定視力的垂直和水平移動，并可以用于監(jiān)視和救援基于應(yīng)用程序的簡單和成本有效的機器人。具體地，本機器人具有繩的垂直和水平爬坡能力。此外，該機器人能夠發(fā)送活飼料的通過無線發(fā)射器到服務(wù)器以進行進一步處理或決策。請注意，本文不討論由機器人傳輸?shù)膱鼍疤幚矸矫妗? 在第2各種爬繩的機器人正在與我們提出了爬繩機器人系統(tǒng)一起討論：紙張的其余部分安排如下。硬件和軟件的描述在第3與互連和各個部件的功能呈現(xiàn)。結(jié)果與性能分析部分給出4.最后結(jié)論和未來的工作是在第5節(jié)給出。 2.介紹爬繩機器人設(shè)計 在過去的工程師們開發(fā)能夠爬繩，其可以被用于各種目的的各種機器人。在[12]爬繩任務(wù)由在水平和垂直的情況下實施為一個繩子遍歷一個步態(tài)和方法來實現(xiàn)。提出了不同數(shù)量的模塊和夾持在每種情況下繩索的不同方法。在另一篇文章中研究人員開發(fā)了一種自動爬壁機器人清洗玻璃幕墻，復(fù)雜的曲面和專門針對中國的國家大劇院。機器人自主可以爬上和清潔成形在半橢球[13]的外壁。一些時候，一個機器人被設(shè)計，一些條件不考慮上和功能，例如機器人成為在這些條件低效的。在[14]的研究人員線上提出了一種基于一個方法靜態(tài)平衡分析來控制特別是在復(fù)雜的條件下的多條腿爬繩機器人的運動。 在所有的爬繩機器人兩個方面都很重要，繩子和平滑的運動時的抓地力。這兩個特性是攜帶重量使用機械手，容易保持機器人的整體穩(wěn)定性是重要的。我們設(shè)計的機器人計劃垂直和水平爬繩索和可通過無線收發(fā)器通過手動控制而不管繩或特性的性質(zhì)，如繩索的大小，無論是繩垂直或水平定向，以及是否繩索具有一些像障礙在繩子某些點結(jié)或彎曲。機器人計劃有，盡可能和總成本被最小化以用于實際情況的機器人的設(shè)計是簡單的。 機器人可以用于救援行動，軍事行動，科學(xué)研究上對人類，并且可以通過所提出的機器人來實現(xiàn)特定爬繩操作危險區(qū)域進行操作。它還可以提供輕松的構(gòu)造函數(shù);使他們能夠在監(jiān)視固定位置的整個環(huán)境。與監(jiān)視能力繩子爬壁機器人基本上提供豪華的高在建樓房的建設(shè)者，并提供了其周圍的每一層樓到輸出設(shè)備的流媒體直播（視頻）。最好是適合每當(dāng)任務(wù)是有風(fēng)險的，枯燥，危險，臟，不易被人體更高效地完成這些領(lǐng)域。這個機器人，在另一方面總會讓他們清楚地知道整個環(huán)境的。 使用照相機，隨身攜帶重量，體重下降，暫停樓層之間的機制，通過遠程控制和自動控制控制爬繩，監(jiān)視能力：我們提出的機器人的主要特點可以概括如下。此外，在構(gòu)成機器人使用的關(guān)鍵部件是微控制器，馬達，照相機，傳感器，RF發(fā)射器，繼電器和供電。 各種機器人卡扣都示于圖1，而示于圖的整體系統(tǒng)的設(shè)計和工作。 2和工作原理如下：機械機器人本身通過夾子固定在繩和含有各種機器人控制硬件組件，包括一個無線收發(fā)信機，用于從攝像機發(fā)送的視頻流安裝在機器人和用于手動控制的情況下，從用戶接收信號。因此，這種機器人有兩種工作模式，手動和自動。在自動模式下運動預(yù)先校準并預(yù)先計算。例如，在操作自動模式下，微控制器的編程中，一個恒定的預(yù)定義定時器被設(shè)置為機器人暫停這樣的方式完成的。這是為樓層自動監(jiān)控有效途徑。如果通過已知的樓層之間的機器人移動的距離，則有可能在機器人以這樣的方式進行編程以在各樓層為特定持續(xù)時間自動暫停。這是自動地板監(jiān)視或檢查非常有用。如果機器人在自動模式下工作，要監(jiān)視那么只有一個在該地區(qū)或地板的視頻饋送的形式方式信號被發(fā)送到服務(wù)器站。此外，還有能夠在需要放棄一個項目的對象投遞箱。一個項目可能是一個特定樓層或人被困著火大樓樓層內(nèi)口罩工作的工人的工具。沒有與我們提出的機器人相關(guān)的下拉框的各種有用的應(yīng)用程序。再次這種下降框可以被控制并且使得自動對象降發(fā)生在這樣的方式編程。 與此相反的自動方法，手動方法使靈活性用戶手動控制機器人和下拉框。當(dāng)機器人的氣候動態(tài)結(jié)構(gòu)建筑物或地方，這非常有用。另外請注意，我們提出機器人不僅垂直，而且水平移動。那里有兩個車輪它們到繩索的對要爬上它平行于長袍移動。沒有，而運動的機器人結(jié)構(gòu)misbalance的機會。還注意到，在水平運動，只使用單個繩索和兩個輪被定位在這樣的方式整體機器人結(jié)構(gòu)處于懸掛位置。考慮在一個深區(qū)域落下的物體之間以高的結(jié)構(gòu)如圖當(dāng)這種機制是有用的。 3.在我們的設(shè)計機器人可以向上移動到任何高度，但繩索的直徑是固定的。其結(jié)構(gòu)被設(shè)計以這樣的方式，在可攜帶大約半的載荷 - 1公斤在我們的期望的位置丟棄負載。此外，該電路以這樣的方式來提供最高的效率最快的反應(yīng)制成。 圖1：根據(jù)垂直和水平運動的設(shè)計機器人 圖2：所提出的機器人監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖 圖3：機器人在深海領(lǐng)域的定位水平移動應(yīng)用 如在前面的段落所指出的，一個攝像機被安裝在機器人的頂端這使得它穿過樓層生活串流。視頻傳輸是連續(xù)的，無論是在自動或手動模式操作。從由機器人發(fā)送的流視頻的各種圖像示于圖4。由于這是顯而易見的，從那個流視頻是相當(dāng)清晰，穩(wěn)定的圖像。抖動的視頻是最小的，并且主要是由于之間的無線信道發(fā)射器和接收器。系統(tǒng)和狀態(tài)圖的總體流程圖顯示在圖5。使用硬件和軟件的詳細說明與它們的互連在下一節(jié)介紹。 圖4：從機器人由RF發(fā)射機傳送到他下垂直和水平運動設(shè)計機器人PC終端穩(wěn)定的視頻流 圖5：（a）擬議系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流圖（b）建議系統(tǒng)的狀態(tài)圖 3.軟件和硬件組件說明和互連 基本上大多數(shù)所使用的部件是硬件部件。它們或者是機械或電氣部件。與機器人本身的主體開始時，機器人的形狀為長方形。在機器人兩個主要領(lǐng)域的前面可以看到。第一個是在包含操作的手動和自動模式的一些開關(guān)，如圖6的（a）底部的藍色條面板。這些開關(guān)被連接到機器人的實際電路和位于后面的透明區(qū)域。另外在頂部，兩個車輪可以看出這是用于垂直攀爬。這些車輪的詳細說明將在后面給出。現(xiàn)在從側(cè)面看，所述內(nèi)組件可以被看作是顯示在圖圖6（b）。顯然，第三輪可以在其用于機器人的垂直運動的機器人的中間看到。此外，請注意，中間輪實際上是兩個磁盤的復(fù)合物。這兩個磁盤互連用白色圓柱形材料。兩個磁盤附著到正面和背面板，它是窗玻璃材料制成。窗玻璃材料重量輕，有許多功能，特別是在構(gòu)造性用于攀爬目的機器人的身體有利。另外，在看的正面和背面板之間的間隙，該電子電路是顯而易見的。在底部，我們可以看到的每6伏兩個DC電池來提供電力的電路和馬達連接到車輪。還可以看出兩組鏈的，它們分別連接到每個車輪。 圖 6：機器人從正面，側(cè)面圖和背面與主要的部件被使用 現(xiàn)在要朝背面板如圖無線相機監(jiān)控可以看出。圖6（c）而且能夠保持對象一個巨大的下拉框直到1kg的重物可以看出這是由它下面的一個電機滑動下拉框的上下控制。在機器人的右下方，紅外傳感器用于感測帶。注意，在每一個樓層，在圖中所示的感測帶。圖7（a）是用來使得IR傳感器能夠感測它并根據(jù)刪除對象。這是在這里使用的紅外線傳感器的方法是在光澤識別其中檢測不受目標顏色并且可以檢測透明的目標。在此模式下，當(dāng)光束擊中一個目標，光束根據(jù)目標的光澤反映不同。傳感器檢測的基礎(chǔ)上，如圖光束如何反射光在光澤的差異。圖7（b）。在此值得一提的是，感測是通過一個紅外傳感器進行只以檢測，當(dāng)使用操作自動模式在達到一個特定的樓層。雖然這樣的地板檢測可以通過攝像機本身通過計算機視覺和圖像處理技術(shù)，但由于我們的目的只是使能爬繩，其他方面如處理監(jiān)控圖像的樓層自動檢測機器人可以做的是不是我們的預(yù)定目標。圖8和9示出了上述一些部件，包括在開關(guān)面板，無線相機，所述三個輪子（2水平，一個用于垂直移動），IR傳感器，電機負責(zé)控制的下拉框的特寫外表和下拉框本身。 圖7：（a）在由紅外線傳感器檢測出的各樓層所用的帶狀傳感器（b）由紅外傳感器中使用的操作的區(qū)別光澤模式 圖8：機器人，其包括（一）。IR傳感器的各種部件 （二）前切換控制面板（C）無線攝像機（D）為電機下拉框，開閉機構(gòu) 圖 9：機器人，其包括（a）由窗玻璃材料中間輪來控制機器人的上下移動（二）上的車輪，以控制機器人的水平運動（三）下拉框的各種組件 我們在機器人的設(shè)計中使用的另一特征是在頂部，底部和整個使用限制傳感器。如在圖中所示的限制傳感器。 10用于感測地板的端部。當(dāng)?shù)竭_頂樓，極限傳感器接觸，我們需要有在地板上的最后一個平臺。在接觸地面的電動機的反轉(zhuǎn)機構(gòu)將被激活，并且機器人將在相反方向移動。同樣，當(dāng)機器人到達底部，在底部的限位傳感器觸摸地球或一個平臺移動機構(gòu)停止。與限位傳感器碰撞之后沿相反方向運動和運動停止在底部示于圖。圖10（b-c）。以類似的方式水平極限傳感器以相同的方式工作。 圖10：（一）限位開關(guān)為水平和垂直移動終端（b）由該縱上限開關(guān)（c）該機器人停止的由垂直下限開關(guān)快照機器人停止的快照。 現(xiàn)在討論的車輪的運動，重要的是澄清，有正在使用的兩種類型的繩索。如示于圖11，并在上面的段落表明我們是否正在談?wù)摰拇怪被蛩竭\動，它負責(zé)繩索在車輪轉(zhuǎn)動的裝置是一個電機。這種電機被稱為保時捷汽車。保時捷馬達如圖所示。圖11（a）是兩節(jié)電池的上方。與此馬達有兩條鏈連接到它，一個用于水平移動，而另一個為垂直運動。當(dāng)機器人在垂直方向上移動，如圖所示。圖11（b），在遠端的兩個平行的繩索被簡單地用于支持和附著在上面的兩個輪子后面。主繩索是黑色的，并打算通過機器人的中間是負責(zé)向上拉動機器人或帶來將其向下。正在使用的繩索的前視圖，如圖所示。圖11（c）具有這反過來被連接到安裝在圖中所示的中間輪另一鉤的鉤型。 11（d）所示。附著點示于圖。 11（E）。繩索向上拉并在機器人上的支撐件的頂部上的金屬棒被休息如圖。 11（F）。另一方面為水平移動，就沒有必要為黑繩。僅一個繩索的使用量和機器人處于如圖掛在兩個輪子的頂部位置。 11（G，H）。 圖 11：各種組件和機器人包括：（a）附著在保時捷馬達水平和垂直輪控制（二）這兩個繩索和中間黑色繩兩種鏈的功能被用于垂直運動（c）中使用的黑色繩用于與扣垂直運動來自（d）關(guān)于中間輪（E）兩者帶扣（f）當(dāng)拉起黑色繩索在機器人的頂部（GF）上的金屬桿休息的連接的第二扣鎖在在懸掛位置，同時水平地移動所述機器人的兩個快照。 現(xiàn)在參照實際的電路的微控制器，用于控制和同步所有操作及電子元件被用來諸如繼電器，開關(guān)，RF模塊，馬達和傳感器。在我們的機器人，我們采用了Microchip的PIC16F87X這是一個功能強大且易于程序[15]。該芯片擁有256字節(jié)EEPROM數(shù)據(jù)存儲器，自編程，一個ICD，2個比較器，8通道10位模數(shù)（A / D）轉(zhuǎn)換器，兩個捕獲/比較/ PWM功能，同步串口的可配置為三線串行外設(shè)接口（SPI?）或2線內(nèi)部集成電路（I2C?）總線和通用異步收發(fā)器（USART）。所有這些特性使其非常適用于汽車，工業(yè)，家電和消費類產(chǎn)品的先進水平，A / D的應(yīng)用程序。 另外4個繼電器被用于控制垂直，水平運動和下拉框機制。繼電器允許一個電路切換可以是彼此完全分開的第二電路。另外一個RF模塊用于在手動控制的情況下，從射頻發(fā)射機接收信號。我們已經(jīng)使用了433MHz的RF發(fā)射模塊。它具有3uV的靈敏度。該RWS-434接收機工作從4.5到5.5伏直流，并具有線性和數(shù)字輸出。 最后，在軟件來說，我們只用Visual Basic的操作的手動和自動模式的編程和下降的機制。我們已經(jīng)實現(xiàn)的代碼附錄中給出。 在設(shè)計機器人IV.Performance分析機器人在各種場所和高度進行測試。這款機器人是垂直和水平測試，截止到7樓，直到300英尺視頻傳輸是整個運動相當(dāng)穩(wěn)定。除了運動本身是光滑的，并以恒定的速度。由傳感器條的識別是完美的，所述機器人暫停約十五秒鐘每層以允許足夠的時間在下拉機制采取地點。當(dāng)然暫停時間可以在代碼被修改。因此，在運動和前面討論的其他功能方面，機器人表現(xiàn)出很不錯的表現(xiàn)。我們在10個不同的地方所測試的機械手。 表1：機器人組件的成本 組件 成本以美元 微控制器 2 直流電機 10下降 直流電機（保時捷） 120 IR傳感器 4 射頻模塊 15 解碼器 2 繼電器 6 電子元件 10 遙控器 20 機械費 30 電池 10 攝像頭 35 其他 20 總計 284 在成本方面，表1示出機器人的一個粗略估計。這種機器人的平均成本低于約300美元這是相對于其他爬繩機器人的合理費用。 5. 結(jié)論 在我們的工作中，我們設(shè)計和開發(fā)能夠垂直和水平移動的爬繩的機器人。主要用它在諸如地板，建筑工地，深洞等。此外，該機器人可用于survillenc目的一個安裝照相機的不同位置，以刪除對象。在運動由機器人發(fā)送視頻到電腦是穩(wěn)定的。此外傳感機制是為了刪除一個對象，該機器人具有暫停一段時間下探至發(fā)生相當(dāng)完美。這是通過感測條帶在每個樓層進行。此外，機器人的設(shè)計是在所使用的組件和機器人的整體性能而言效率。作為比較不同的爬繩機器人也很劃算。最后為今后的工作中，智能顯著量可以在我們的機器人結(jié)合，如不使用傳感器，但使用的眼光在地板暫停。相機可以發(fā)送地面到服務(wù)器的圖像，并基于計算機視覺和圖像處理技術(shù)，該場景可以分析和識別。此外，我們可以在結(jié)合水平和垂直運動同時在操作的手動和自動模式。有可能是在地面以上的公寓。因此初始和主運動可以是垂直，而次級運動可以是水平的。 參考文獻 [1]·坎普C. 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