攀行機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(檢測用)帶CAD圖紙
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外文翻譯
附錄1 外文翻譯
鋼制構(gòu)件內(nèi)三維空間移動2腳機器人
正 根本政明 正 湯原哲夫
阿部幸雄
摘要:我們的目的在于發(fā)展造船領(lǐng)域和一般結(jié)構(gòu)工程中所使用的三維空間移動機器人。
本文闡述了一種可以向上向下移動的2腿機器人的設(shè)計與結(jié)構(gòu)。機器人帶有電磁吸盤。吸盤由大扭矩電動機帶動,以繞樞軸旋轉(zhuǎn)的方式進(jìn)行移動。
此外,許多試驗證明其運動功能可以實現(xiàn)在各種加強筋平面上運動。包括水平或豎直的平面。
關(guān)鍵字:轉(zhuǎn)矩移動機構(gòu) 可垂直移動移動腿 電磁吸盤
1.前言
在家電產(chǎn)業(yè)、汽車產(chǎn)業(yè)等小型批量生產(chǎn)的領(lǐng)域內(nèi)要節(jié)省人力或?qū)崿F(xiàn)無人化等目標(biāo),采用FA(工廠自動化)已經(jīng)取得了很大的成功。但是,在船舶、建筑等大型構(gòu)件的吊取安裝等領(lǐng)域內(nèi),使用固定位置的上述方法,由于設(shè)備巨大,笨重而可能引起的一系列問題而缺少適用性。至今沒能得到廣泛運用。解決這個問題,目前有一個方法就是下面要介紹的可搬運行機器人。
本文所介紹的機器人,不但能實現(xiàn)構(gòu)件平面內(nèi)的空間三維移動,還兼有翻越障礙物的能力。為此配置有行進(jìn)機構(gòu)、腳升降機構(gòu)、電磁吸盤、回轉(zhuǎn)機構(gòu)等。本文試對此種2腿機器人的設(shè)計、制作進(jìn)行概述。
2.機構(gòu)及其構(gòu)成要素
圖1所表示的是本文設(shè)計、制作的旋轉(zhuǎn)式2腳步行機器人的平面圖和剖面圖。
圖1 兩腳機器人設(shè)計圖
主體框架1的中央為大轉(zhuǎn)矩馬達(dá)2。此外,兩側(cè)對稱配置安裝著一對電磁離合器3。以及支撐腿4。(以下,對于左右相同的結(jié)構(gòu),進(jìn)行統(tǒng)一說明。)在大扭矩馬達(dá)2、電磁離合器3和支撐腿4之間配置有直齒輪,即由齒輪23、32、34及43組成齒輪鏈連接。
腳4是由步進(jìn)電機41、滾珠螺栓42、滾珠花鍵44構(gòu)成的。
滾珠花鍵44的前端安裝有腳5,為保證腳5在鋼板上有充分且穩(wěn)定的吸附力,配置有3個圓形的電磁吸盤51-1、2、3。此外,各電磁吸盤51,各有一塊Y型固定板52,其各正三角形的頂點位置配置有球軸承53來進(jìn)行支撐。由此,可以適應(yīng)傾斜或凹凸不平的路面。
3.動作行程的控制方法
這里的2腳機器人的基本動作行程,左右腿各部件的編號添加a、b字母進(jìn)行說明。以下說明均按照此規(guī)定。
右腿4a當(dāng)中一組3個由電磁鐵構(gòu)成的電磁吸盤51通電,外部鋼板4被磁力吸附固定。同時,左腿4b的電磁吸盤51b斷電,此外,步進(jìn)電機41b反轉(zhuǎn),滾珠螺栓42b及球軸承44b之間,腳5b同外部鋼板10分離,向上抬起。變成圖1所示那樣。
接下來,電磁繼電器3a通電,而且,3b保持?jǐn)嚯姞顟B(tài)。大轉(zhuǎn)矩馬達(dá)2回轉(zhuǎn),主體架1以右腿4a為中心進(jìn)行回轉(zhuǎn)。當(dāng)達(dá)到設(shè)定的角度(θ)的時候,大轉(zhuǎn)矩馬達(dá)3停轉(zhuǎn)。
在這種狀態(tài)下,步進(jìn)電機41b開始正轉(zhuǎn),左腿4b開始下降。當(dāng)于外部鋼板接觸后,接觸傳感器發(fā)出指令使步進(jìn)電機41b停轉(zhuǎn)。最后,電磁吸盤51通電吸合。
以上是機器人主體移動一步的動作行程。
下邊是一個具有代表性的步行例子。圖2(a)和(b)分別是θ=180o回轉(zhuǎn)前進(jìn)和θ90o直角方向回轉(zhuǎn)前進(jìn)示例。通過設(shè)定角度(θ)及不同角度的組合可以實現(xiàn)任意位置的移動。
圖3所示的是本2腳機器人的控制程序過程圖。
運動模式有(1)手動和(2)自動兩種形式。在手動模式下,可按照操作手冊說明通過按鈕來進(jìn)行操作。
在自動模式下,按照預(yù)先設(shè)定的步行計劃圖,運用匯編語言編寫程序,通過存儲器后,輸入按下開始按鈕,就可以自動的向目的地移動。存儲器用于保存機器人移動所需的程序,當(dāng)需要作業(yè)時可直接從存儲器中調(diào)入程序,使機器人有機動性。
當(dāng)按動開始按鈕時,大扭矩馬達(dá)零點(θ),腳接地及抬起的上限位置以及限位開關(guān)的設(shè)定,干擾信號的輸入等要從機器人的操作性、可靠性及安全性等方面考慮。
圖3程序流程圖
4.試驗機運行結(jié)果。
表1 規(guī)格
速度
25m/min
步幅
636mm
步高
100mm
載荷
水平
50kg
垂直
10kg
機器人重量
150kg
尺寸
L119 B502 H530
實際試驗的數(shù)據(jù)及結(jié)果列于表1。照片1(a)(b)表示機器人在水平平面及垂直平面移動的情景。
5.總結(jié)
以上對2腳機器人的設(shè)計、制作及試運行結(jié)果進(jìn)行了論述。證實了該機器人在水平及垂直平面內(nèi),移動的可能性。
下一步,將以通過計算機同機器人存儲器連接,實現(xiàn)遠(yuǎn)距離操作,以及實現(xiàn)搭載,進(jìn)行檢查、噴涂、清掃、焊接、修理等實際運用的方向發(fā)展,繼續(xù)研究。
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