管道外爬行機(jī)器人的設(shè)計(jì)與仿真【三維UG模型】【含CAD圖紙】

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指導(dǎo)教師根據(jù)科研項(xiàng)目、工程設(shè)計(jì)任務(wù)或新產(chǎn)品的開發(fā)研制等，從中選出適合學(xué)生情況和教學(xué)要求的部分作為課題。 3)???? 來源于文獻(xiàn)和資料 通過查閱文獻(xiàn)資料，了解國(guó)際國(guó)內(nèi)相關(guān)學(xué)科、工程技術(shù)的理論與實(shí)踐的現(xiàn)狀、成果，以及存在問題和發(fā)展趨勢(shì)，找出需要研究和解決的問題作為課題。 二、???? （10分）課題的目的和意義 課題的意義是指課題的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義和對(duì)單位及自己的意義。課題的意義通?？梢员硎龀桑赫n題研究針對(duì)的主要問題是什么，本課題具有哪些學(xué)術(shù)價(jià)值或?qū)嶋H應(yīng)用價(jià)值（比如說：給企業(yè)的生產(chǎn)帶來多大便利和經(jīng)濟(jì)效益，提高了多少生產(chǎn)效率等），是否具有研究的緊迫性和必要性。 三、???? （20分）研究?jī)?nèi)容 研究?jī)?nèi)容是指課題要研究、設(shè)計(jì)什么，說明研究設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。在此可以對(duì)即將開展的畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容進(jìn)行說明，并突出畢業(yè)設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)。 四、???? （25分）擬采取的技術(shù)方案和可行性分析 擬采取的技術(shù)方法與方案是指如何開展課題的研究設(shè)計(jì)工作。通常研究方法有：理論分析、實(shí)際調(diào)研、測(cè)繪、試驗(yàn)、創(chuàng)新改進(jìn)等，學(xué)生可以根據(jù)課題的實(shí)際情況選用不同的研究方法并確立自己的技術(shù)路線，并說明自己研究方案的有效和可行性。 五、???? （25分）研究計(jì)劃及預(yù)期成果 研究計(jì)劃及預(yù)期成果是指研究的進(jìn)度和預(yù)期完成的成果（做到什么程度）。研究計(jì)劃是學(xué)生根據(jù)自己課題實(shí)際，制定研究的計(jì)劃進(jìn)度表，并明確在那段時(shí)間內(nèi)完成什么樣工作的內(nèi)容。預(yù)期完成的成果形式可以是多種多樣的，包括:論文、產(chǎn)品、軟件、課件、電子制作、設(shè)計(jì)圖紙以及工藝卡片等，學(xué)生根據(jù)課題實(shí)際，說明預(yù)期完成的成果形式。 六、???? （10分）特色或創(chuàng)新之處 特色或創(chuàng)新之處是指本課題的研究設(shè)計(jì)的特色與創(chuàng)新點(diǎn)所在，學(xué)生需要全方面了解自己的設(shè)計(jì)研究在同類課題的研究中所處的水平，清楚知道自己的設(shè)計(jì)研究與他人之間的不同之處，并給予客觀的評(píng)價(jià)。 七、???? （5分）已具備的條件和尚需解決的問題 通常已具備條件可以寫：學(xué)生對(duì)本課題已有深入的認(rèn)識(shí)，準(zhǔn)備充分，已具備開展畢業(yè)設(shè)計(jì)研究的條件。此處主要分析開展研究設(shè)計(jì)尚不具備的條件，并說明如何解決。比如：還存在圖書和相關(guān)技術(shù)資料不足的問題，希望通過圖書館借閱和網(wǎng)上查詢來補(bǔ)充資料等等。 八、???? （5分）參考文獻(xiàn) （要求博覽相關(guān)文獻(xiàn)資料至少5篇以上，應(yīng)有必要的外文文獻(xiàn)）。一、基本情況 學(xué)生姓名 顧文峰 學(xué)號(hào) 200623501510 班級(jí) 機(jī)061-5班 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師 于云霞 學(xué)歷 學(xué)士 職稱 副教授 所學(xué)專業(yè) 機(jī)械制造 題目名稱 管道外爬行機(jī)器人的設(shè)計(jì)與仿真 題目來源 □企業(yè)生產(chǎn) □科研 □社會(huì) □文獻(xiàn)和資料 □其他： 題目類型 □理論研究 □應(yīng)用研發(fā) □開發(fā)研究 □工藝設(shè)計(jì) □工程設(shè)計(jì) □設(shè)備設(shè)計(jì) □軟件設(shè)計(jì) □實(shí)踐研究 □指定問題研究 注：在選中的項(xiàng)目上打√ 二、開題報(bào)告內(nèi)容 1、（10分）課題的目的和意義 （1）、目前國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展及應(yīng)用現(xiàn)狀綜述（或立題依據(jù)），研究的主要問題 早在1923年，捷克作家卡佩克發(fā)表了科幻劇本《洛桑萬(wàn)能機(jī)器人》。卡佩克把捷克語(yǔ)“Robata“寫成Robot”，其意思是農(nóng)奴，預(yù)告了機(jī)器人的發(fā)展對(duì)人類社會(huì)科學(xué)與技術(shù)的悲劇性影響，因而極受關(guān)注，這被當(dāng)做了“機(jī)器人”（Robot）一詞的起源?！皺C(jī)器人”（robot）一詞常常認(rèn)為是人一樣的機(jī)器，其經(jīng)常出現(xiàn)在各種科幻電影和小說中。 與科幻作家所想象的超人機(jī)器人不同的是，更現(xiàn)實(shí)的機(jī)器人只是一類特殊的自動(dòng)機(jī)器，它具有與人的四肢相比擬的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，可接受視覺、聽覺、觸覺等傳感信息，在計(jì)算機(jī)即電腦的指揮下完成各種機(jī)械操作功能，當(dāng)前主要是代替人進(jìn)行比較通用、靈巧、自主的重復(fù)操作。機(jī)器人不僅可以把人類從條件惡劣、繁重單調(diào)的作業(yè)中解放出來，而且在力量、精度和速度以及特殊環(huán)境下的生存和工作能力等方面有人類無(wú)法替代的優(yōu)點(diǎn)。機(jī)器人的應(yīng)用和研究對(duì)提高勞動(dòng)上產(chǎn)率、推動(dòng)科技發(fā)展具有重要意義，同時(shí)也成為衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平和科技水平的一個(gè)重要標(biāo)志。機(jī)器人在工業(yè)、國(guó)防和科學(xué)技術(shù)中日益廣泛的應(yīng)用帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益、也有力的推動(dòng)了有關(guān)學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展，從而使其成為一個(gè)活躍的、富有魅力的研究領(lǐng)域。 近幾十年來，機(jī)器人技術(shù)不斷得到發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛，人們 期望機(jī)器人在許多人類不能到達(dá) 的區(qū)域能代替人類完成更復(fù)雜的任務(wù)。隨著應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大，例如在軍事偵察、掃雷排險(xiǎn)、防止核污染等危險(xiǎn)惡劣環(huán)境以及民用中的物料搬運(yùn)上具有廣闊的應(yīng)用前景 ，所以機(jī)器人所面臨的環(huán)境往往是未知的、不可預(yù)測(cè)的、非人為構(gòu)造的環(huán)境，機(jī)器人所要完成的任務(wù)也越來越復(fù)雜 一、國(guó)外的發(fā)展現(xiàn)狀 為了使機(jī)器人能更好的應(yīng)用于工業(yè)，各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)和大工業(yè)企業(yè)對(duì)機(jī)器人系統(tǒng)開發(fā)投入了大量的人力財(cái)力。在美國(guó)和加拿大，各主要大學(xué)都設(shè)有機(jī)器人研究室，麻省理工學(xué)院側(cè)重于制造過程機(jī)器人系統(tǒng)的研究，卡耐基—梅隆機(jī)器人研究所側(cè)重于挖掘機(jī)器人系統(tǒng)的研究，而斯坦福大學(xué)則著重于系統(tǒng)應(yīng)用軟件的開發(fā)。德國(guó)正研究開發(fā)“MOVE AND PLAY”機(jī)器人系統(tǒng)，使機(jī)器人操作就像人們操作錄像機(jī)、開汽車一樣。 除了這些研究單位，各大機(jī)器人企業(yè)也投入大量人力、財(cái)力開發(fā)機(jī)器人系統(tǒng)。國(guó)外機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個(gè)趨勢(shì)：⒈ 工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高，而單機(jī)價(jià)格不斷下降。⒉ 機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)三位一體化，由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī)，國(guó)外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問世。⒊ 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，控制柜日漸小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。⒋ 機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制；多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。⒌ 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制，如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機(jī)器人。⒍ 當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機(jī)器人的人機(jī)交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控、遙控操作系統(tǒng)，使智能機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入使用化階段。美國(guó)發(fā)射到火星上的“索杰納”機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名的實(shí)例。⒎ 機(jī)器人化機(jī)械開始興起。從94年美國(guó)開發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來，這種新型裝置已成為國(guó)際研究的熱點(diǎn)之一，紛紛探索開拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。 二、我國(guó)機(jī)器人從80年代“七五”科技攻關(guān)開始起步，在國(guó)家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關(guān)及“863”計(jì)劃的推動(dòng)下，也取得了很大的進(jìn)展。目前已基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人;其中有150多臺(tái)套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近30條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人已應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離，如:可靠性低于國(guó)外產(chǎn)品;機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國(guó)外比有差距;在應(yīng)用規(guī)模上，我國(guó)已安裝的國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約200臺(tái)，約占全球已安裝臺(tái)數(shù)的萬(wàn)分之四。以上原因主要是沒有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國(guó)的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，進(jìn)行一次性重新設(shè)計(jì)，導(dǎo)致產(chǎn)品規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長(zhǎng)、成本高，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、規(guī)?；O(shè)計(jì)，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。 爬行機(jī)器人的研究雖然取得了很大的進(jìn)展，但是對(duì)于復(fù)雜的應(yīng)用，仍不能令人滿意。隨著系統(tǒng)的日益復(fù)雜和運(yùn)算量的日益增加，對(duì)計(jì)算設(shè)備能力的需求也日益提高，而多數(shù)輕便靈活型的機(jī)器人難以攜帶大量的計(jì)算設(shè)備。因此，將計(jì)算機(jī)和機(jī)器人分開，機(jī)器人把觀察到的視覺信號(hào)和傳感器信號(hào)，按照制定的標(biāo)準(zhǔn)合成，然后傳到遠(yuǎn)方的計(jì)算機(jī)上，由功能強(qiáng)大的遠(yuǎn)方計(jì)算機(jī)進(jìn)行分解和處理，并發(fā)出控制信號(hào)給機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以控制機(jī)器人行為，或者由機(jī)器人完成一些避障類的底層操作，而高層操作由遠(yuǎn)方高性能機(jī)器、或人工在虛擬環(huán)境中遙控完成。將VR技術(shù)應(yīng)用到移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航研究中將是一種可行的方法。 （2）、課題的學(xué)術(shù)價(jià)值或?qū)嶋H應(yīng)用價(jià)值 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，尤其是進(jìn)入80年代以來，機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)步與其在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，引起了各國(guó)專家學(xué)者的普遍關(guān)注。許多發(fā)達(dá)國(guó)家均把機(jī)器人技術(shù)的開發(fā)、研究列入國(guó)家高新技術(shù)發(fā)展計(jì)劃，機(jī)器人的研究領(lǐng)域和開發(fā)類型也在逐漸增多。移動(dòng)機(jī)器人作為機(jī)器人學(xué)的一個(gè)重要分枝，其研究工作始于20世紀(jì)60年代。移動(dòng)機(jī)器人的最成功應(yīng)用是自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)中的物料搬運(yùn)，用于完成機(jī)床之間、機(jī)床與自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)之間的工件工具傳送。移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)靈活性能，大大增加了生產(chǎn)系統(tǒng)的柔性和自動(dòng)化程度。星際探索和海洋開發(fā)是促使移動(dòng)機(jī)器人發(fā)展的重要因素:從20世紀(jì)60年代，美國(guó)Mrr開始研究火星探索移動(dòng)機(jī)器人，以便在火星上進(jìn)行移動(dòng)，收集探測(cè)數(shù)據(jù);海洋開發(fā)方面，移動(dòng)機(jī)器人的作用是資源調(diào)查、石油礦藏開采、水下設(shè)施維護(hù)、沉船打澇、勘測(cè)。 現(xiàn)在，移動(dòng)式機(jī)器人的研究開發(fā)除上述應(yīng)用外，還涉及許多其他應(yīng)用領(lǐng)域。如在建筑領(lǐng)域完成混凝土的鋪平、壁面的裝修、檢查和清洗;采礦業(yè)中進(jìn)行隧道的掘進(jìn)和礦藏的開采、農(nóng)林業(yè)中從事水果采摘、樹枝修剪、圓木搬運(yùn);軍事上用于探測(cè)偵察、爆炸物處理。福利方面進(jìn)行盲人引導(dǎo)，病員護(hù)理等。 由于機(jī)器人應(yīng)用從制造業(yè)向非制造業(yè)的擴(kuò)展，以及移動(dòng)機(jī)器人在諸如野外作業(yè)、深海探測(cè)以及一些人類本身所不能進(jìn)入的有毒或高溫環(huán)境的作業(yè)中，有著極其廣泛的應(yīng)用前景，因此近年來機(jī)器人研究在多方面都已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，研究的成果必將成為各行各業(yè)提高生產(chǎn)力的強(qiáng)有力的工具 2、（20分）研究?jī)?nèi)容 （1）、研究的主要內(nèi)容 管道外爬行機(jī)器人的總體機(jī)構(gòu)即運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，包括坐標(biāo)形式，機(jī)構(gòu)方式，驅(qū)動(dòng)方式。在整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)中，機(jī)器人的移動(dòng)方式取決于對(duì)機(jī)器人工作環(huán)境、移動(dòng)速度、移動(dòng)連續(xù)性、行走控制難易程度、避障能力以及承載能力的要求;驅(qū)動(dòng)方式取決于結(jié)構(gòu)重量、控制距離、信號(hào)轉(zhuǎn)換、技術(shù)成熟性、構(gòu)造難度、可靠性及可控性等要求; 此爬樹機(jī)器人要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作靈活，實(shí)現(xiàn)高定位精度，運(yùn)動(dòng)直觀性，空間軌跡易于求解，且運(yùn)動(dòng)的速度較低，操作范圍較小，因而選用直角坐標(biāo)型機(jī)器人；機(jī)構(gòu)方式為極坐標(biāo)式；另外，爬樹機(jī)器人驅(qū)動(dòng)負(fù)載小，要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、定位精度高，所以選用了電氣驅(qū)動(dòng)方式。 本次課題研究主要是對(duì)機(jī)器人本體的設(shè)計(jì)，它是機(jī)器人的支撐基礎(chǔ)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。該機(jī)器人模仿蟲蠕動(dòng)的形式在樹干上爬行。其爬行運(yùn)用簡(jiǎn)單的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。其中電機(jī)與曲柄固接，驅(qū)動(dòng)整個(gè)裝置運(yùn)動(dòng);曲柄與連桿鉸接，其另一端與滑塊相連;在機(jī)座的兩邊分別通過槽型凸輪帶動(dòng)一對(duì)活動(dòng)卡爪，通過槽型凸輪半徑尺寸的變化和活動(dòng)卡爪上傳感器的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)樹干的夾緊與放松，實(shí)現(xiàn)由機(jī)架與曲柄之間的相互轉(zhuǎn)變，它們是實(shí)現(xiàn)上爬的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。當(dāng)整個(gè)機(jī)構(gòu)有向下運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)時(shí)，通過凸輪傳動(dòng)，在曲柄、滑塊和連桿之間形成可靠的自鎖，阻止構(gòu)件向下運(yùn)動(dòng)，使其運(yùn)動(dòng)的方向始終向上。 （2）、擬解決的關(guān)鍵問題 本課題研究的機(jī)器人目標(biāo)是適應(yīng)在不同的管道上爬行，運(yùn)動(dòng)方式比較單一。，要求有較高的控制性，機(jī)器人需采用了一種力矩與重量比高的驅(qū)動(dòng)源。對(duì)比各個(gè)吸附方式的特點(diǎn)，鑒于機(jī)器人作業(yè)表面演繹性，并且大部分為非導(dǎo)磁性材料，考慮機(jī)器人系統(tǒng)的使用范圍，選擇夾持器夾持是一種比較合理、可行的方式。使機(jī)器人能夠在管道壁上夾緊，又能對(duì)壁面有一定的自適應(yīng)能力。而在越障方面機(jī)器人的很多動(dòng)作要受到限制，不能隨心所欲。在 機(jī)器人設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量注意到以下問題： （1）安全性原則盡量使機(jī)器人的重心靠近管道壁，以減小傾翻力矩。 （2）能量最省原則更少的能量消耗，意味著可以攜帶更輕的電池重量和工作更長(zhǎng)的時(shí)間。在不同的管道上都能實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)。 （3）在機(jī)器人本體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量做到使其結(jié)構(gòu)合理化。 3、（25分）擬采取的技術(shù)方案和可行性分析 （1）、擬采取的技術(shù)方案及思路 總體設(shè)計(jì)為：管道外爬行機(jī)器人的爬行運(yùn)用簡(jiǎn)單的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。其中電機(jī)與曲柄固接，驅(qū)動(dòng)整個(gè)裝置運(yùn)動(dòng);曲柄與連桿鉸接，其另一端與滑塊相連;在機(jī)座的兩邊分別通過氣缸驅(qū)動(dòng)夾持器實(shí)現(xiàn)對(duì)管道的夾緊，實(shí)現(xiàn)由機(jī)架與曲柄之間的相互轉(zhuǎn)變，它們是實(shí)現(xiàn)上爬的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。當(dāng)整個(gè)機(jī)構(gòu)有向下運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)時(shí)，通過氣缸傳動(dòng)，在曲柄、滑塊和連桿之間形成可靠的自鎖，阻止構(gòu)件向下運(yùn)動(dòng)，使其運(yùn)動(dòng)的方向始終向上。 機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)反映了機(jī)器人所能勝任的工作和具有的最高操作性能，是選擇和設(shè)計(jì)機(jī)器人都必須考慮的關(guān)鍵問題。機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)一般包括以下幾個(gè)方面(1)結(jié)構(gòu)形式 機(jī)器人的機(jī)構(gòu)形式是指機(jī)器人運(yùn)動(dòng)鏈的形式:如關(guān)節(jié)式、球坐標(biāo)式、直角坐標(biāo)式、圓柱坐標(biāo)式等。此爬樹機(jī)器人要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作靈活，實(shí)現(xiàn)高定位精度，運(yùn)動(dòng)直觀性強(qiáng)，空間軌跡易于求解，且運(yùn)動(dòng)的速度較低，操作范圍較小，因而選用直角坐標(biāo)型機(jī)器人。(2)自由度和類型 自由度是表示機(jī)器人動(dòng)作靈活程度的參數(shù)，是指機(jī)器人所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)的數(shù)目，一般以沿軸線的移動(dòng)和繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)數(shù)來表示，自由度越多越靈活，但同時(shí)結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，控制也越復(fù)雜。通常情況下機(jī)器人的自由度在3-6個(gè)之間，而自由度的類型是指屬于轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)還是直線關(guān)節(jié)。(3)運(yùn)動(dòng)范圍 是指機(jī)器人關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍。機(jī)器人一般由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的限制和控制系統(tǒng)電纜的走線，都對(duì)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍會(huì)產(chǎn)生影響，大多數(shù)機(jī)器人的關(guān)節(jié)不可能在同一個(gè)方向持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。(4)重復(fù)精度 機(jī)器人經(jīng)過多次循環(huán)運(yùn)動(dòng)后，到達(dá)空間同一位置和姿態(tài)的最大誤差范圍。(5)控制方式 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的方式，如示教再現(xiàn)、點(diǎn)位控制或軌跡控制。(6)驅(qū)動(dòng)方式 機(jī)器人是采用液壓、氣動(dòng)、交流電機(jī)或異步電機(jī)控制等由于本課題所研究的爬樹機(jī)器人驅(qū)動(dòng)負(fù)載小，要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、定位精度高，所以選用了電氣驅(qū)動(dòng)方式。 （2）、研究方案的有效和可行性分析（含研究過程中可能存在的困難或問題，及其解決措施） 基于曲柄滑塊機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)的啟示，在曲柄與連桿的兩端分別鉸接上兩個(gè)滑塊(即作為自鎖套)，使兩個(gè)滑塊分別作為機(jī)架交替上升，從而實(shí)現(xiàn)上爬動(dòng)作。其中上滑塊與曲柄相連，相應(yīng)的連桿接下滑塊。當(dāng)機(jī)構(gòu)具有向下運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)時(shí)，下自鎖套因受到自鎖機(jī)構(gòu)的限制而固定不動(dòng)，把其受到的向下的力轉(zhuǎn)化為反作用力，推動(dòng)機(jī)構(gòu)向上運(yùn)動(dòng)。在聯(lián)接中，把電機(jī)與曲柄固接作為驅(qū)動(dòng)裝置，連桿作為傳動(dòng)件，兩滑塊作為自鎖裝置。自鎖套的自鎖是通過凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)。在氣動(dòng)方面，由于沒有聯(lián)結(jié)用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，因而直接由氣動(dòng)元件帶動(dòng)兩自鎖套向上移動(dòng)。在此方案中選用兩個(gè)汽缸作為主要的氣動(dòng)元件，利用作用力與反作用力的原理，由其帶動(dòng)上下兩個(gè)自鎖套分別自鎖，達(dá)到機(jī)器人上爬的最終目的。 以上設(shè)計(jì)的爬行過程都是在理想的情況下，很多實(shí)際因素都沒有考慮進(jìn)去:如摩擦力的大小(即夾持器與管道接觸面的摩擦系數(shù))，在曲柄通過上下兩滑塊極限位置時(shí)，自鎖套內(nèi)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，自鎖套所要進(jìn)行的向下運(yùn)動(dòng)的位移，以及上、下自鎖套、曲柄和連桿的質(zhì)量，還有電機(jī)的功率、轉(zhuǎn)動(dòng)速度及連接方式等等。針對(duì)以上兩種方案，進(jìn)行機(jī)構(gòu)對(duì)比分析。就采用汽缸驅(qū)動(dòng)而言，它形式簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便，從機(jī)械設(shè)計(jì)角度出發(fā)，滿足設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性和可靠性的要求:它由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)直接帶動(dòng)兩個(gè)自鎖滑塊，避免了兩者間的連接機(jī)構(gòu)，精簡(jiǎn)了構(gòu)件之間的連接。此外，該機(jī)構(gòu)具有環(huán)保等特點(diǎn)，它利用空氣作為動(dòng)力源，無(wú)污染、運(yùn)動(dòng)時(shí)無(wú)噪音，而且運(yùn)行速度快，可以在短時(shí)間內(nèi)使機(jī)器人爬到管道的預(yù)定位置，它還能夠隨身攜帶氣包作為動(dòng)力源，可以做到無(wú)線操作。就采用曲柄滑塊結(jié)構(gòu)而言，它屬于平面連桿機(jī)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、運(yùn)動(dòng)副為低副，能承受較大載荷;但平衡困難，不易用于高速。由于設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)是由電機(jī)經(jīng)減速直接驅(qū)動(dòng)的，和利用氣動(dòng)原理相比它多了一套傳動(dòng)和連接機(jī)構(gòu)，但該機(jī)構(gòu)運(yùn)用的原理簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理。通過以上分析，在本次設(shè)計(jì)中選取“曲柄滑塊機(jī)構(gòu)”作為該爬行機(jī)器人的最終運(yùn)動(dòng)方案。 4、（25分）研究計(jì)劃及預(yù)期成果 （1）、研究進(jìn)度、具體安排，及其進(jìn)度檢查表 起止日期 主要工作內(nèi)容和要求 階段目標(biāo) 實(shí)際完成內(nèi)容 檢查日期 檢查人 20 年 月 日 —20 年 月 日 ? ? 此欄由導(dǎo)師填寫，用于到期檢查 此欄為導(dǎo)師簽字用 20 年 月 日 —20 年 月 日 ? ? ? ? 20 年 月 日 —20 年 月 日 ? ? ? ? 20 年 月 日 —20 年 月 日 ? ? ? ? 20 年 月 日 —20 年 月 日 ? ? ? ? 20 年 月 日 —20 年 月 日 ? ? ? ? 20 年 月 日 —20 年 月 日 ? ? ? ? 20 年 月 日 —20 年 月 日 ? ? ? ? 注：1、畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯一般在16周以前結(jié)束。并按要求答辯前7天，學(xué)生應(yīng)提交全部畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）材料（包括設(shè)計(jì)圖紙和其它資料），由指導(dǎo)教師和兩名評(píng)閱人評(píng)閱，以進(jìn)行答辯資格審查。 2、進(jìn)度檢查由指導(dǎo)教師按計(jì)劃?rùn)z查填寫，并與答辯前完成。 （2）、預(yù)期成果 管道外爬行機(jī)器人所要達(dá)到的預(yù)期目的是沿管道爬行，為實(shí)現(xiàn)其功能要求，通過電機(jī)的驅(qū)動(dòng)和減速，給予曲柄一個(gè)繞定軸旋轉(zhuǎn)的主動(dòng)力，在該力的驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)連桿及相應(yīng)的自鎖裝置，由兩個(gè)自鎖套先后實(shí)現(xiàn)自鎖，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)帶動(dòng)機(jī)器人向上爬行。 5、（10分）特色或創(chuàng)新之處 本論文的主要研究?jī)?nèi)容包括管道外爬行機(jī)器人機(jī)器人總體方案的提出、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的的機(jī)械設(shè)計(jì)。由于該機(jī)器人體積小，運(yùn)動(dòng)靈活，在具體設(shè)計(jì)過程中根據(jù)工作環(huán)境的不同，能夠完成在高空的一系列動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)一些復(fù)雜的功能: 1.在懸鎖橋及斜拉橋上的探傷。該機(jī)器人可以方便的爬行在鋼纜繩上，通過安裝探傷儀可以檢測(cè)到一切可能的事故的隱患，而且操作方便，不但節(jié)約資源而且能夠保證工作的可持續(xù)性。 2.帆船的船帆懸掛及檢查。 3.高層樓宇外觀清潔管道檢測(cè)維修、隧道掘進(jìn)、高層建筑頂制件安裝、墻面施工傳遞物資、檢查電纜有無(wú)故障等工作。 6、（5分）已具備的條件和尚需解決的問題 （1）、圖書資料、儀器設(shè)備情況 由于有關(guān)機(jī)器人的資料較少，所以只有圖書館的相關(guān)書籍以及網(wǎng)上找到的各種論文以及資料 （2）、其他各方面條件 ? 7、（5分）參考文獻(xiàn)資料 序號(hào) 參考文獻(xiàn)資料 備注 1 機(jī)器人的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 科學(xué)出版社 【美】 Gordon McComb 著 龐明 王曉宇 任宗偉 李牧 蘇相國(guó) 譯 ? 2 ?自主移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)論 西安交通大學(xué)出版社 【美】 R·西格霍特 I·R·諾巴克什 著 李人厚 譯 ? 3 ?王天然.機(jī)器人.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2000 ? 4 ?柳洪義.機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ).冶金工業(yè)出版社,2002.165～166 ? 5 ?王炎，周大成.移動(dòng)式服務(wù)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀及我們的研究.電氣傳動(dòng)，2004 ? 6 ?小型爬壁機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用. 東北大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007 ? 7 ? ? 8 ? ? 三、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）選題及開題報(bào)告評(píng)議表 指導(dǎo)教師對(duì)開題報(bào)告的綜合意見：（從選題的理論或?qū)嶋H價(jià)值出發(fā)，闡述學(xué)生利用的知識(shí)、原理、建立的模型正確與否？學(xué)生的論證充分否？通過學(xué)生的努力，能否完成課題，達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)？課題及報(bào)告的難度、深度、綜合性、創(chuàng)造性等是否達(dá)到本科生應(yīng)該具有的要求。） ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 學(xué)科組 評(píng)議結(jié)果 是否同意進(jìn)入設(shè)計(jì)（論文）階段？ ? ? ? ? ? ? ? 學(xué)科組長(zhǎng)簽名： 年 月 日 說明：1.本報(bào)告必須由承擔(dān)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)課題任務(wù)的學(xué)生在接到“畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書”、正式開始做畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的第2周末之前獨(dú)立撰寫完成，并交指導(dǎo)教師審閱。 2.每個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)課題撰寫本報(bào)告一份，作為指導(dǎo)教師、學(xué)科組組長(zhǎng)審查學(xué)生能否承擔(dān)該畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)課題任務(wù)、以及檢查設(shè)計(jì)進(jìn)度的依據(jù)，并接受學(xué)院的抽查。 3.除“4、研究計(jì)劃及預(yù)期成果”中的“（1）、研究進(jìn)度、具體安排，及其進(jìn)度檢查表”中“實(shí)際完成內(nèi)容”和“檢查日期檢查人”欄需要導(dǎo)師用筆填寫外，其余各項(xiàng)均要求打印，打印字體和字號(hào)為“小四號(hào)宋體