鋼結(jié)構檢測用攀行機器人設計【CAD圖紙和文檔終稿可編輯】
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附錄1 外文翻譯
鋼制構件內(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)展造船領域和一般結(jié)構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腿機器人的設計與結(jié)構。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。
關鍵字：轉(zhuǎn)矩移動機構 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)的領域內(nèi)要節(jié)省人力或?qū)崿F(xiàn)無人化等目標，采用FA（工廠自動化）已經(jīng)取得了很大的成功。但是，在船舶、建筑等大型構件的吊取安裝等領域內(nèi)，使用固定位置的上述方法，由于設備巨大，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。為此配置有行進機構、腳升降機構、電磁吸盤、回轉(zhuǎn)機構等。本文試對此種2腿機器人的設計、制作進行概述。
2．機構及其構成要素
圖1所表示的是本文設計、制作的旋轉(zhuǎn)式2腳步行機器人的平面圖和剖面圖。
圖1 兩腳機器人設計圖
主體框架1的中央為大轉(zhuǎn)矩馬達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，進行統(tǒng)一說明。）在大扭矩馬達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是由步進電機41、滾珠螺栓42、滾珠花鍵44構成的。
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來進行支撐。由此，可以適應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字母進行說明。以下說明均按照此規(guī)定。
右腿4a當中一組3個由電磁鐵構成的電磁吸盤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保持斷電狀態(tài)。大轉(zhuǎn)矩馬達2回轉(zhuǎn)，主體架1以右腿4a為中心進行回轉(zhuǎn)。當達到設定的角度（θ）的時候，大轉(zhuǎn)矩馬達3停轉(zhuǎn)。
在這種狀態(tài)下，步進電機41b開始正轉(zhuǎn)，左腿4b開始下降。當于外部鋼板接觸后，接觸傳感器發(fā)出指令使步進電機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)前進和θ90o直角方向回轉(zhuǎn)前進示例。通過設定角度（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行操作。
在自動模式下，按照預先設定的步行計劃圖，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。
當按動開始按鈕時，大扭矩馬達零點（θ），腳接地及抬起的上限位置以及限位開關的設定，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腳機器人的設計、制作及試運行結(jié)果進行了論述。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)遠距離操作，以及實現(xiàn)搭載，進行檢查、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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