智能爬墙机器人的设计与制作论文[5篇材料]

第一篇：智能爬墙机器人的设计与制作论文

本文介绍了无人驾驶汽车的发展历史，以谷歌无人驾驶汽车为例分别介绍了无人车的发展现状和应用领域。同时，通过对比现有的爬墙机器人，提出推压式爬墙机器人的制作方案。本文主要介绍了笔者从构思到制作，最后总结爬墙机器人物理模型的过程。主要从爬墙机器人的材料选择、车体零件制作、软件模拟仿真，电子器件的搭配等四个方面介绍，最后总结得出爬墙机器人实现设定动作的物理模型分析。绪论

谷歌无人驾驶汽车是谷歌公司开发的全自动驾驶汽车，至今，谷歌公司共使用过7辆无人车，累计每辆车在路面行驶超过50万公里。谷歌无人驾驶汽车可以为乘客提供最方便的搭乘体验。无人车会根据乘客的需要自动启动，乘客只需在车上的导航系统输入目的地，无人车便开始执行任务。

爬墙机器人不同于无人车和无人机，却处于两者之间。虽然不能在天上飞，但也不满足只能平地上行走，它可以毫无压力地在陡峭的坡上行走，90度甚至180度斜坡。设计思路与方法

2.1 设计目标

现有的爬墙机器人技术虽然尚未成熟，2015年12月30日，迪士尼研发部发布了一款能以比较快的速度爬墙的机器人，起名为VertiGO。本设计以VertiGO为原型，参考了其爬墙原理和设计方案，能够完成在平地行走，自动翻墙，在90度的墙上行走等动作。

2.2 车体设计

本作品采用的推压式爬墙机器人的原理，参考VertiGo的车身设计，车体由以下零件构成：

车身底板×1;舵机支架Ⅰ×2;旋转环支架×4;旋转环×2。

2.2.1 选材

车体作为本作品最大的主体，要考虑的因素主要有以下两点：

(1)重量轻。在这有限的动力下驱动爬墙车，车体在重量上毫无疑问就要足够的轻。

(2)韧性好。考虑到调试阶段爬墙车虽然在较低的墙面上测试，但不可避免会出现滑落或者意外情况摔落地面。此时韧性好的车身可以有效地降低爬墙车摔坏的风险可能性。综合考虑选取了铝合金板材。

2.2.2 车体设计步骤

车体设计采用自上而下的方法。具体可描述为三个阶段：第一阶段是确定车体形状，在车身上安装4个支撑电机螺旋桨的支架让电机和螺旋桨原有的高度上架空;第二阶段是在车体的形状确定之后，很容易就能把车体分为5个部分：车身、旋转环支架、旋转环、电机支架和轮子;第三阶段是应用Solidworks软件的零件设计功能，把各零部件在软件上建立模型。然后利用软件的装配图设计功能把各零件模拟装配起来，完成车身零件的设计。最后在软件内自动生成为CAD工程图寻找合适的商铺完成定制。

2.3 Solidworks软件简介

Solidworks软件是Solidworks公司开发的世界上第一个基于Windows的实体模型设计系统。软件主要有三个主要设计功能。分别是零件设计功能，装配图设计功能和工程图设计功能。在工程图设计功能中，用户可以把设计好的零件直接生成工程图，图纸可以兼容现在主流的设计软件，例如AutoCAD、3DMAX等，直接应用在生产上。

2.4 关于单片机

单片机亦称单片微型控制器，是一个微型计算机，也是爬墙机器人的大脑。设计者通过对单片机进行编程，令单片机产生多路控制信号，分别驱动爬墙机器人的电机和舵机运动，使机器人完成各种设定的动作。

爬墙机器人需要调节2个电机的速度，2个舵机的角度，计算爬墙机器人的速度和与上位机的信息交换。电机的速度主要由电调接受的PWM控制信号决定，舵机的角度也是由接受的PWM信号决定。最后综合多方面的因素选择了STC15W4K32S4系列单片机。物理模型

本设计的爬墙机器人功能主要有：

(1)平地加速运动;

(2)平地减速运动;

(3)平地匀速运动;

(4)90°翻墙动作;

(5)90°墙面稳定不动;

(6)90°墙面运动。

动作的设计方案主要依靠2个电机螺旋桨的配合完成，设定一端电机螺旋桨为提供动力，另一端电机螺旋桨为调整动力。为了各零件调试成功，在实现以上功能之前必须测试以下参数。爬墙机器人的质量m，电机螺旋桨的最大推力F，爬墙机器人在运动中速度与阻力的关系。经考虑，为了方便得出速度与阻力的关系，可以设定电机螺旋桨在垂直车身施加的力保持不变，阻力F简化为以下关系，F运动阻力=kv。结论

本文在根据推压式原理，在迪士尼爬墙机器人VertiGO的基础上，建立合适的物理模型和设计方案，设计了一个以STC15W4K32S4单片机为控制基础的爬墙机器人。爬墙机器人作品能够完成平地加减速和匀速运动，90°翻墙动作和在90°墙面上移动等基本动作。

第二篇：智能机器人论文

湖南农业大学课程论文

学 院： 工学院 班 级：11级机械1班 姓 名： 曾强 学 号：201140614114 课程论文题目：未来智能机器人

课程名称：MCS-51单片机原理、接口及应用 评阅成绩： 评阅意见：

成绩评定教师签名：

日期： 2014年 5月 12日

未来智能机器人

摘要：机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。近二十年中，因为电脑技术、电子产品及生物遗传工程等技术的大踏步发展，“智能机械人”的研发热潮已从专业人士的实验室中走了出来，成为一种综合科研能力的开发活动。

关键字:智能，CPU，拟人化，人性化

（一）机器人的结构组成及工作原理

机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统等组成。执行机构即机器人本体，其臂部一般采用空间开链连杆机构，其中的运动副（转动副或移动副）常称为关节，关节个数通常即为机器人的自由度数。

检测装置的作用是实时检测机器人的运动及工作情况，根据需要反馈给控制系统，与设定信息进行比较后，对执行机构进行调整，以保证机器人的动作符合预定的要求。

控制系统有两种方式。一种是集中式控制，即机器人的全部控制由一台微型计算机完成。另一种是分散（级）式控制，即采用多台微机来分担机器人的控制。如当采用上、下两级微机共同完成机器人的控制时，主机常用于负责系统的管理、通讯、运动学和动力学计算，并向下级微机发送指令信息；作为下级从机，各关节分别对应一个CPU，进行插补运算和伺服控制处理，实现给定的运动，并向主机反馈信息。

（二）机器人的未来发展

机器人的研究从一开始就是拟人化的，所以才有机械手、机械臂的开发与制作，也是为了以机械来代替人去做人力所无法完成的劳作或探险。但近十几年来，机器人的开发不仅越来越优化，而且涵盖了许多领域，应用的范畴十分广阔。大而言之，用之于太空开发，月球车，深海探测器，海洋石油开采，航天飞机机械臂等，小至微型手术机械，生命监测仪等。军事上的用途更是日新月异，从拆弹机器人、清除机器人到无人驾驶飞机、自动化战车，有人甚至预测未来战争可能如星球大战一样，是机器人的战争。至于工业、农业、遗传生物产业、医学、文化产业、电讯业、能源开发，都将因机器人的大量登场而出现产业革命。英国电讯公司未来学部门研究员曾因准确预测手机短讯、垃圾邮件及网上搜寻引擎的出现而闻名，在最近公布的科技展望五十年的预测中，其中就有数条是关于机器人的。未来的机器人将会朝着三个方面发展：

一、与人类的生活更为密切地结合起来，以为人提供更多服务作为要素

二十年后，家中扫除、清洁的工作或老人的护理保健的工作可能全由机器人取代。美国旧金山的医院已开始使用机器人为病人送药、配药的服务。美国的阿伊机器人公司的总裁接受媒体采访时表示，该公司生产的家用大扫除机器人产品，2002年只有一百二十万美元销售额，到2012年已猛增50倍以上。还有，家居的全自动化，无需驾驶的自动汽车等等，实在无法一一计数或做出估计。

二、仿生性，生物性的大趋向

以趣味性、生物性来制造机器狗、猫、鱼等动物。譬如日本三菱重工附属公司Ryomei Engineering研制成功的金色机械鱼“金鱼虎”长1公尺，重25公斤，是一只不小的巨鱼，能自动畅游于水中，可协助监察桥梁的保安和搜集鱼汛的情况，监视河水污染等。索尼公司研制的Aibo机器狗会对主人声音有情绪反应，已能够模仿喜怒哀乐和恐惧等情绪，将来可出现代替真正导盲犬的机器狗。另外，电影《侏罗纪公园》的恐龙机器人等也是例子。这类仿生性机器人还被广泛用于军事上的侦察救险、情报传送，甚至杀敌于无形的手段上去。美国夏威夷大学设有水下机器人研究中心，已具相当规模。今年八月初俄罗斯迷你潜艇在海底为渔网所缠，困于190米下的深海，就得助于英国的“天蝎”号救援艇之助而脱险的，“天蝎”号就是海底机器人。

三、最重要的发展是人性化

日本举行的万国博览会，被称为机器人的大集合之展览会，有人甚至将之称作“机器人万国博览会”，从中亦可看出日本的这一产业优势及成果。在展场中，接待处、大会清扫工作、警备工作等，多以机器人的形式出现与取替。博览会期间还举办多项人与机器人有关的活动，其中最引人注目的还是人工智能及人性化的机器人的表演，譬如接待处的一位女性机器人能听、说六国语言，而且说话时眼、嘴皆会动，面部肌肉也有活动。造型奇特有趣的高尔夫球机器人“坎迪—5”，它内置整个高尔夫球场的3D地形和球会会员的资料，并设置有全球卫星定位系统，能作360度自如旋转，它的系统将愈加精密，并更具人性化，科学家预计在2020年完成其全部制作时，它可充当球童并可从旁给予击球建议。此外，尚有具“视觉”、“味觉”的机器人，它的红外线测定可以对食物及饮品的成份、含量马上做出判定，譬如将一只苹果摆在其手臂前，可以打印出该只苹果的糖份、维生素含量等。最引人注目的是机器人管乐队的演奏，以机器人演奏真正的乐器，而且队形不断变换，演奏技术臻于上乘。东京大学于今年八月公布已开发出人的仿真性皮肤，可如人一样感受冷热、痛楚、温度反应，甚至一些人的皮肤未具有的功能都可以设定，这对仿造机器人的生命性又是一大进步。凡此种种，不一而足。

在世纪之交，生物遗传工程因“克隆人”的出现而引致伦理、法律及道德问题的争议，“克隆人”能否问世仍然是一个未知数，但机器人的研发正在取而代之，以越接近人性化为追寻目标。因而还为之出现了新的名词，比如人工智能（简称AI），并以下述二个英文名字用来指人类模样的机器人：androids和humanoids。西方的电影导演在谈到影视中出现的非常人性化的机器人时，更常常使用这些有明确倾向的专用词： A、变得人性化—humanize B、人性化的—humanized C、人道、仁慈—humanity。

我国的机器人研发工作基本上属于科学研究的项目，据说，中国科学院目前已造出说话时嘴唇能够活动、眼睛能转动、具视觉功能的机器人，其水准可媲美日本同行其实，机器人的制作绝对并非只是液压机械与电子产品的混成物，要将机器人造得越来越有人性化，就要兼及生命医学、传感、光学及创造性的文化产业等方面，比如机器人的关节就需要研究中医的经络学、生物学上的神经刺激反应以及文化产品的某种造型特征（其中很重要的是民族特征的外表）等等。英国的科学家甚至预言，到2020年，随着机器人愈来愈精密和使用有机零件制造，它们将会受到“机器人权”的保护。

在美、日、德、法、韩等国，机器人产业的开发正在日受重视，一般采取所谓的“官产学”形式。“官”即政府的制定政策及倾斜支持，调整产业结构。据情报显示，日本政府正在调整全国的产业制造结构，名古屋中部地区的未来产业为新型汽车工业，以大阪为中心的关西地方将以机器人产业为主，东京地区以资讯情报化为中心等等；“产”即产业界的自我分类的研究与开发，并将之变成产品，取得经济效益；“学”即学校设置专门的学科，教材则与以往不同，非全盘为学校教授所写，有一些则由产业研究所编写教材，利用电脑技术介入，反过来向大学师生出售。而专门出售机器人制作的教科书、教材及装配零件、专门杂志等也已成行成市，许多公司改变既有行业，转而生产为此服务的产品。那么，这是否将导致一场工业革命？现在断言尚为时过早。但可以预计的是，未来20年，机器人产业将成为未来新产业的一个领先潮流，在现代化的高科技战争中，机器人将发挥越来越大的战斗作用，从而减少前线士兵的人命伤亡，并以奇技利器克敌制胜。

总结 ：世界上先进的工业化国家都十分注重机器人的研究开发、实用化及产业化的动向，投入大量的资金、人力，优化环境及指标，特别是重视培养年轻人对此未来科学的兴趣，吸引他们的投入，以形成人材梯队，锻造出新的产业队伍。随着科学技术的飞速发展，未来的机器人将更加智能化。机器人技术综合了多学科的发展成果，代表了高技术的发展前沿，它在人类生活应用领域的不断扩大正在引起国际上重新认识机器人技术的作用和影响。

参考文献：

1.《人工智能的未来》 陕西科学技术出版社

作者：杰夫·霍金斯

2.《人工智能:一种现代的方法》 清华大学出版社

2006 05

第三篇：爬墙机器人外文翻译

The development trend of the robot 1.Preface: Climbing robot is an important branch in the field of mobile robot, flexible mobile on vertical wall, replace artificial under the condition of the limit to complete various tasks, is one of the hotspot in research of the robot.It is mainly used in the nuclear industry, petrochemical industry, shipbuilding, fire departments and investigation activities, such as the building external wall cleaning, material storage tank in petrochemical enterprise testing and maintenance, the outer wall of large steel plate spray paint, and in building accident rescue and relief, etc., and achieved good social benefits and economic benefits, has wide development prospects.After 30 years of development, the field of robot which has emerged a large number of fruitful results, especially since the 1990 s, especially rapid development in the field of climbing robot at home and abroad.In recent years, due to the development of a variety of new technology, the robot which solved many technical challenges, greatly promote the development of the climbing robot.The robot design activities of universities in our country also has a wide development, this kind of atmosphere for our robot research and development of special and professional talents' cultivation is of positive significance.2.Climbing robot research status abroad 1966 Japanese professor west light wall mobile robot prototype is developed for the first time, and performance success in Osaka prefecture university.This is a kind of rely on negative pressure adsorption climbing robot.Then appeared various types of climbing robot, has already begun to the late 80 s application in the production.Japan's most rapid development in the development of climbing robot, mainly used in the construction industry and nuclear industry.Such as: Japan shimizu construction company has developed with the outer wall of the building industry coating with ceramic tile of the robot, they developed by negative pressure adsorption cleaning climbing robot, on the surface of the glass for the Canadian embassy to clean.Tokyo university of technology development of the wireless remote control magnetic adsorption climbing robot.In Japan's miti “limit homework robot” national research projects, supported by day CDH, developed a large pot of negative pressure adsorption surface inspection robots used in nuclear power plants, etc.Other countries are also added to the climbing robot research upsurge, such as: Seattle Henry R Seemann under the funding of the Boeing company developed a vacuum adsorption crawler “AutoCrawler” robot.On the two tracks each containing a number of small adsorption chamber, with the moving of the crawler, adsorption chamber form continuous vacuum cavity and makes the crawler walking against the wall.American CaseWestern Reserve University developed by using four climbing robot prototype “legs”.Similar to the first two robots, the robot depends on four “legs” on biomimetic viscous materials to adsorption, the prototype is the four legs wheel on the sole of the foot even special distribution is more advantageous to the robot stable crawling on the wall.The quality of the robot is only 87 g.Polytechnic school in the early 1990 s, British Portsmouth has developed a climbing robot multilegged walking type.Adopting modular design, the robot is composed of two similar modules, each module includes two mechanical legs and leg controller.According to the task need to install a different number of legs, reconfigurable ability.Mechanical legs using bionics mechanism, simulation of the large animals arm muscle function, is two type, including upper and lower two and three double-acting cylinder, with three degrees of freedom.Good stability and bearing capacity is big, the robot's lightweight, and can span bigger obstacles.In addition to the leg on one end of vacuum cups, robot equipped with suction cups, abdomen mass ratio of powder and make the robot has a larger load of 2:1.3.Climbing robot research status in China China is also in a similar study since the 1990 s.In 1988 at the national “863” high technology program, under the support of the robotics institute of Harbin institute of technology has successfully developed the use of magnetic adsorption and vacuum adsorption two series of five types of wall climbing robot.Successful development of the our country the first wall climbing robot remote detection, using negative pressure adsorption, omni-directional mobile wheel, used for nuclear waste storage jars of wall weld defect detection.Developed in 1994 for tall buildings wall climbing robot cleaning CLRⅡ, driven by two independent ways--coaxial two-wheeled differential mechanism, through the coordination of two rounds of speed control to realize the omni-directional mobile robot, the robot ontology and using power line carrier communication methods between the ground control station.Above-mentioned three climbing machine adopts single suction cup structure, spring air sealed, ensure the crawl robot with high speed and reliable adhesion ability.In 1995 successfully developed the metal corrosion by magnetic adsorption climbing robot, structure of permanent magnetic adsorption, accomplished by two tracks positive &negative mobile turn.The robot can do for petrochemical enterprises to the outer wall of the metal material storage tank to spray paint, sandblasting, as well as with automatic detection system to test the tank wall thickness.Developed in 1997's detection of water wall climbing robot, a circular permanent magnet adsorption block in conformity with the tank wall arc, improve the adsorption capacity, and improve the efficiency of the operation.Shanghai university also conducted early tall wall cleaning robot research, successively developed a vertical wall climbing robot and spherical wall climbing robot.The spherical wall climbing robot adopts many suckers, negative pressure adsorption, 6 foot independent driving leg feet walking style, can be used for different radius of curvature of the spherical outer wall since 1996, the Beijing university of aeronautics and astronautics has successfully developed WASH2 MAN, CLEANBOT 1, SKYCLEAN, “hanging basket type window robot” and “LanTianJie treasure” curtain wall cleaning robot prototype.For all the window is brushed pneumatic robot;Hanging basket type cleaning robot, the robot depends on the roof of the safety line traction, attached with the negative pressure made by fan robot on the wall in the application background of national grand theatre ellipsoid ceiling cleaning developed suitable for complex curved surface from climbing robot prototype, the climbing mechanism, mobile mechanism, cleaning robot has many similarities, but due to its special working environment and mission requirements, in terms of theory and technology has some particularity.4.The key technology of robot: 4.1 adsorption mechanism, adsorption mechanism of action is to produce an upward force to balance the gravity of the robot, keep it on the wall.Currently, magnetic adsorption methods mainly include vacuum negative pressure adsorption, adsorption, propeller thrust and binder etc.Several ways.Due to the adsorption methods each have limitations, climbing robot developed by often targeted strong, applies only to a specific task, difficult to generalize.Robot design need to work on task, environment, choose the right means of adsorption.In recent years, people through the study of the adsorption mechanism of gecko reptiles such as the soles of your feet, making the polymer synthesis of viscous material, the use of van der Waals force between the molecules and molecular materials, can be obtained on the contact area of small huge adsorption capacity, and has the advantages of adsorption has nothing to do with the surface material properties.Short life but at the moment, the use of these materials, the use of a certain number of times after lose viscosity, practical, need further study.4.2 mobile mechanism and motion control system: mobile mechanism and the movement control system of robot which major wheeled mobile mechanism, more foot type, such as caterpillar, among them, the wheel and foot type which has been widely used, caterpillar much for magnetic adsorption method.Obstacle ability is wall robot which used to an important indicator of performance.When work surface is convex, groove, the robot to go through these obstacles, we must have enough obstacle ability.All kinds of mobile mechanism, more foot type robot obstacle-navigation ability is stronger, its each leg small suction cup is placed, when faced with obstacles, can control the “leg”, make the small suction cup across the obstacles one by one.Wall mobile mechanism of the robot can make the robot on the premise of reliable adsorption can move on the wall.Due to the particularity of climbing robot working in wall, mobile mechanism and adsorption mechanism exists coupling, which brought some difficulties to the robot's motion control.Than climbing robot sucker foot type and legs with a suction cup at the end, every move a leg needs to be done “to eliminate suctionWallace leg, left leg-gasoline, hydrogen fuel can have higher weight ratio, such as advanced micro internal combustion engine can also be applied to the climbing robot.Safety problems: 4.4 the robot by interference, environmental change circumstances, how to ensure the safety of the robot is attached to the wall without falling, falling or after how to minimize the damage of the robot.The past buildings cleaning climbing robot, developed by most used by in carrying the car at the top of the tower, hoisting and wire rope of insurance system on the robot.Robot for some other purposes, such as detection with small climbing robot, the goal is not sure, cannot use the rope way of insurance, so need to study new way to prevent falling.Could consider using a parachute, small power into a pulp, fast supporting resistance drop plate, etc., these may be a future development direction of climbing robot safety measures.5.Development trend of the robot Hard drive, sensor and control the development of software technology has greatly promoted the development of climbing robot technology, the demand of the practical application is also put forward the challenge, the development of robot climbing robot development trend in the aggregate, basically has the following several aspects.(1)the development of new adsorption technology.Adsorption technology has been a bottleneck of the development of the robot, it determines the application range of the robot.(2)the task of robot from simplification to muti_function change direction.The past most climbing robot which is used for washing, spraying, detection and so on homework, homework tasks are often confined to a single task.Now people want climbing robot can equipped with a variety of tools, are working on different occasions.(3)the miniaturization, micromation is currently the trend of the development of the robot.On the premise of meet the functional requirements, small volume, light quality of robot can be less energy consumption, high flexibility, and in some special occasions are also need robot with small volume.(4)by the mooring operation development to the direction of untethered.Because the robot working space is generally larger, mooring operation greatly limits the robot working space, so, in order to improve the flexibility of robot and expand the working space, no cable is changed and is now and the future development trend of the robot.(5)by simple remote monitoring to intelligent direction.Combined with artificial intelligence, the robot can in a closed environment has a certain capacity for independent decision and complete the task, and have ego to protect ability, is the important direction of mobile robot, is also a important development direction of mobile robot climbing wall.(6)the adaptability of the reconfigurable robot is an important indicator.In order to make the robots could be used in different occasions, according to the mission requirements, under the condition of the system does not need to design, make full use of existing robot system, should make with reconfigurable robot, which has a modular structure.According to the mission requirements, the need of module is directly connected to form a new robot.译文：

1.引言：

爬壁机器人是移动机器人领域的一个重要分支,可在垂直壁面上灵活移动,代替人工在极限条件下完成多种作业任务,是当前机器人领域研究的热点之一。它主要应用于核工业、石化工业、造船业、消防部门及侦查活动等,如对高楼外壁面进行清洗,对石化企业中的储料罐外壁进行检测和维护,对大面积钢板进行喷漆,以及在高楼事故中进行抢险救灾等，并且取得了良好的社会效益和经济效益，具有广阔的发展前景。

经过30多年的发展,爬壁机器人领域已经涌现出一大批丰硕的成果,特别是20世纪90年代以来,国内外在爬壁机器人领域中的发展尤为迅速。近年来,由于多种新技术的发展,爬壁机器人的许多技术难题得到解决,极大地推动了爬壁机器人的发展。在我国各高校机器人设计活动也已经很广的开展起来，这种氛围对我国机器人的研制开发特别以及专业方面人才的培养是具有积极意义的。

2.国外爬壁机器人研究现状

1966年日本的西亮教授首次研制成功壁面移动机器人样机,并在大阪府立大学表演成功。这是一种依靠负压吸附的爬壁机器人。随后出现了各种类型的爬壁机器人,到80年代末期已经开始在生产中应用。日本在开发爬壁机器人方面发展最为迅速,主要应用在建筑行业与核工业。如：日本清水建设公司开发了建筑行业用的外壁涂装与贴瓷砖的机器人,他们研制的负压吸附清洗玻璃面的爬壁机器人,曾为加拿大使馆清洗。东京工业大学开发了无线遥控磁吸附爬壁机器人。在日本通产省”极限作业机器人"国家研究计划支持下,日晖株式会社开发了用于核电站大罐的负压吸附壁面检查机器人等。

其他各国也加入到爬壁机器人研究的热潮中如：美国西雅图的Henry R Seemann在波音公司的资助下研制出一种真空吸附履带式爬壁机器人“AutoCrawler”。其两条履带上各装有数个小吸附室,随着履带的移动,吸附室连续地形成真空腔而使得履带贴紧壁面行走。美国CaseWestern Reserve University研制的采用4个“腿轮”的爬壁机器人样机。与前两种机器人相似,该机器人依靠4个“腿轮”上的仿生粘性材料来吸附,样机不同的是这4个腿轮上脚掌的特殊分布更有利于机器人在壁面上稳定爬行。该机器人质量仅有87 g。20世纪90年代初,英国朴次茅斯工艺学校研制了一种多足行走式的爬壁机器人。采用模块化设计,机器人由两个相似的模块组成,每个模块包括两个机械腿和腿部控制器。可根据任务需要来安装不同数量的腿,可重构能力强。机械腿采用仿生学机构,模拟大型动物臂部肌肉的功能,为两节式,包括上、下两个杆和3个双作用气缸,具有3个自由度。稳定性好,承载能力大,利于机器人的轻量化,并能跨越较大的障碍物。除腿端部各有一真空吸盘外,机器人腹部设有吸盘, 使机器人具有较大的负载质量比,可达2∶1。

3.国内爬壁机器人研究现状

中国也于20世纪90年代以来进行类似的研究。1988年在国家“863”高技术计划的支持下,哈尔滨工业大学机器人研究所先后研制成功了采用磁吸附和真空吸附两个系列的5种型号壁面爬行机器人。研制成功的我国第一台壁面爬行遥控检测机器人,采用负压吸附,全方位移动轮,用于核废液储存罐罐壁焊缝缺陷检测。1994年开发的用于高楼壁面清洗作业的爬壁机器人CLR-Ⅰ,采用全方位移动机构,机器人在原地就可以任意改变运动方向。之后开发的CLR-Ⅱ,采用两轮独立驱动方式———同轴双轮差速机构, 通过对两轮速度的协调控制实现机器人的全方位移动,机器人本体和地面控制站之间采用电力线载波通讯方式。上述3款爬壁机器人均采用单吸盘结构,弹簧气囊密封,保证了机器人具有较高爬行速度和可靠的附着能力。1995年研制成功的金属管防腐用磁吸附爬壁机器人,采用永磁吸附结构,靠两条履带的正反转移动来实现转弯。该机器人可以为石化企业金属储料罐的外壁进行喷漆、喷砂,以及携带自动检测系统对罐壁涂层厚度进行检测。1997年研制的水冷壁清检测爬壁机器人,呈圆弧形永磁吸附块与罐壁圆弧相吻合,提高了吸附力,也提高了作业的效率。上海大学也较早开展高楼壁面清洗作业机器人的研究,先后研制出垂直壁面爬壁机器人和球形壁面爬壁机器人。该球形壁面爬壁机器人采用多吸盘、负压吸附、6足独立驱动腿足行走方式,可用于不同曲率半径的球形外壁1996年以来,北京航空航天大学先后研制成功WASH2 MAN,CLEANBOT 1,SKYCLEAN,“吊篮式擦窗机器人”和“蓝天洁宝”等幕墙清洗机器人样机。为全气动擦窗机器人;吊篮式清洗机器人,机器人依靠楼顶上的安全吊索牵引移动,利用风机产生的负压使机器人贴附在壁面上以国家大剧院椭球形顶棚清洗为应用背景研制的适用于复杂曲面的自攀爬式机器人样机,由攀爬机构、移动机构、清机器人有许多相似之处,但由于其特殊的工作环境和任务要求,在理论和技术等方面又有一些特殊性。

4.爬壁机器人的关键技术：

4.1吸附机构：吸附机构的作用是产生一个向上的力来平衡机器人的重力,使其保持在壁面上。目前,吸附方式主要有真空负压吸附、磁吸附、螺旋桨推力及粘结剂等几种方式。由于这些吸附方式各自都有局限性,所研制的爬壁机器人往往针对性较强,只适用于某种特定任务,较难通用化。机器人的设计需要针对工作任务、环境,选取合适的吸附方式。近年来,人们通过研究壁虎等爬行动物脚掌的吸附机理,制作出高分子合成的粘性材料,这些材料利用分子与分子之间的范德华力,在很小的接触面积上就可获得巨大的吸附力,而且具有吸附力与表面材料特性无关的优点。但目前这些材料的使用寿命较短, 使用一定次数之后就失去粘性,难以实用化,需要进一步进行研究。

4.2移动机构及运动控制系统：移动机构及运动控制系统爬壁机器人的移动机构主要有轮式、多足式、履带式等,其中,轮式和足式使用较为广泛,履带式多用于磁吸附方式。越障能力是爬壁机器人壁面适应性能的一个重要指标。当工作面上有凸起、沟槽时,机器人要通过这些障碍物,就必须有足够的越障能力。各种移动机构中,多足式机器人的越障能力较强,其每个腿部都置有小吸盘,当遇到障碍物时,可控制各个“腿”,使小吸盘逐个跨过障碍物。壁面机器人的移动机构可以使机器人在可靠吸附的前提下能够在壁面上灵活移动。由于爬壁机器人工作于壁面的特殊性,移动机构常和吸附机构存在耦合,这给机器人的运动控制带来了一些困难。如多吸盘足式爬壁机器人,腿末端各有一个吸盘,每移动一个腿需要完成“消除吸力—抬腿—迈腿—落腿—产生吸附力”一系列动作。在此过程中,机器人移动机构的动作要和吸附机构相互协调,才能保证机器人在壁面上的灵活移动。此外,也有移动机构与吸附机构分离的,如单吸盘爬壁机器人,吸盘可持续吸附,驱动轮连续运动实现机器人的移动,运动控制较为简单。

4.3能源供应及驱动方式：能源供应及驱动方式能源供应方式有通过电线管路为机 器人提供电、气等能源的方式,也有自带电池、气瓶等方式。驱动方式主要有电机气动等几种方式。爬壁机器人的设计尽量采用具有高功效质量比的驱动器和动力源,特别是采用无线控制情况下。采用电机驱动时,能源供应主要有聚合物锂电池、镍氢电池、电化学电池和燃料电池。此外,由于内燃机的能源———汽油、氢等燃料具有较高的能重比,先进的微型内燃机也可应用于爬壁机器人。

4.4安全问题：机器人在受到外界干扰、环境变化情况下,如何保证机器人安全附着于壁面而不至于坠落,或坠落后如何尽量减小机器人的损伤。过去所研制的高楼清洗爬壁机器人, 大都采用由置于高楼顶上的运载小车、卷扬机构和系在机器人上的钢丝绳组成保险系统。而对于一些其他用途的机器人,比如侦查用的小型爬壁机器人,其目标并不确定,不能采用保险绳的方式,因而需要研究新的防坠落方式。可以考虑采用降落伞、小功率螺旋降落浆、快速撑起阻降板等,这些可能会成为未来爬壁机器人安全措施的发展方向。

5.爬壁机器人的发展趋势

驱动、传感、控制等硬软件技术的发展极大地推动了爬壁机器人技术的发展,实际应用的需求也对爬壁机器人的发展提出了挑战,爬壁机器人的发展趋势归结起来主要有以下几方面。(1)新型吸附技术的发展。吸附技术一直是爬壁机器人发展的一个瓶颈,它决定了机器人的应用范围。(2)爬壁机器人的任务由单一化向多功能化方向发展。过去所研制的爬壁机器人大多用于清洗、喷涂、检测等作业,作业任务往往只局限于单一的任务。而目前人们则希望爬壁机器人能够装备多种工具,在不同的场合进行工作。(3)小型化、微型化是当前爬壁机器人发展的趋势。在满足功能要求的前提下,体积小、质量轻的机器人可较小能耗,具有较高灵活性,并且在某些特殊场合也需要机器人具有小的体积。(4)由带缆作业向无缆化方向发展。由于爬壁机器人的作业空间一般都较大,带缆作业极大地限制了机器人的作业空间,所以,为了提高机器人的灵活性和扩大工作空间,无缆化成为现在和未来爬壁机器人的发展趋势。(5)由简单远距离遥控向智能化方向发展。与人工智能相结合,使机器人在封闭环境中能够具有一定的自主决策能力, 完成任务,并具有自我保护能力,是移动机器人发展的重要方向,也是爬壁移动机器人的重要发展方向。(6)可重构是机器人适应能力的一项重要指标。为了使机器人能够应用于不同场合,根据任务需求,在不需要重新设计系统条件下,充分利用已有的机器人系统,应使机器人具有可重构性,即具有模块化结构。根据任务需求,把需要的模块直接连接起来组成新的机器人。

第四篇：机器人设计论文

绿化植树机器人设计

摘要：

这个机器人是针对大量绿色植树而设计的，利用机械四足作为其活动方式，机器人通过视频识别系统在有限范围内对地形与植被作出判断，然后通过自动行走系统移动到目标地点前面，再通过机械手取出携带的植物幼苗，通过这个可以360度旋转的机械臂进行种植工作，机械臂可以进行种植、培土、等工作。种植完成后还将用一层可分解的塑料薄膜覆盖植物幼苗，保证其在能够自行成长前的安全。

关键词：

绿化植树、四足行走、山坡作业、视频识别、机械臂操作

设计背景：

地球现在正面临着绿色植被在不断减少的危机，而人类也因为这样要面对日益严峻的环境问题。大量植树还原绿色植被是一个相当重要的手段来解决这个难题，但是依靠人力去做的话，效率始终不够高。所以在这里我想设计一个专门用于大作业量的绿化植树机器人。

设计思路：

这个机器人，是需要面对山坡这样的陡峭地形的，由于特殊的使用环境，机器人的活动方式要求能够灵活的应对颠簸不平的土地，机械四足需要能够根据不同的地势调整四足的高度，确保平稳的行走，这种活动方式才能使机器人轻松到达山崖大部分位置。移动起来必须十分的轻巧，以避免对其他植物的伤害。由于这个机器人对视频识别有着较高的要求，所以必须在这方面有所突破，同时当发现有杂草或者有害植物的时候，还可以通过高温蒸汽将其杀死，来保证种植的植物幼苗的生长。360度旋转的机械臂可以保证种植过程的顺利进行。

详细具体设计方案：

一． 整体结构：

1.整个机器人分成上下两大部分，上部分是机械手臂，主要实现机器人的整个种植操作，下部是机器人的机身和四足，包括：植物幼苗存放仓、红外线距离测量仪、摄像头、电脑处理系统。

2.机器人是通过电力驱动的，所以必须携带储电池，也是安装在机身。二． 中央处理系统：

机器人的机身将安装一个中央处理系统，作为机器人的大脑，它主要调节机器人三大系统：机械四足行走系统、机器人视觉系统、机械臂控制系统。中央处理系统要接收和分析红外线距离测量仪、摄像头、机械臂传感器等反馈信息，以及控制四足的行进系统、机械臂操作等。三． 机械四足行走系统： 1.机械四足的形状：

一开始的时候，我曾经很困惑于如何把握行走稳定与行走速度之间的平衡，后来设想出仿人类四肢的关节加上圆形的脚盘这个方案，总体感觉可以满足行走的需要。2.如何实现行进：

参考了机械小狗的设计，将机械四足连接在机器人的中央处理系统而成为一个整体，接受中央处理系统的控制。每次改变一个机械足的位置，实现整个机器人的行

走。

3.如何保持位置稳定：

在机器人机身安装有3个红外线距离探测器，当机器人识别到了目标之后，三个探测器同时从3个方向测量其与目标的实时距离，这样就可以确定机器人和目标的相对三维位置。确定了相对位置之后，将数据传送给中央处理系统。再次调节四足关节处的角度以及脚盘关节处的角度，让机器人可以平稳的站立。四． 机器人视觉系统：

1.识别原理：

当机器从人移动到距离目标五米范围内，就开始识别目标的过程了。负责识别目标地点的摄像头就安装在机身上。

识别的工作原理是根据环境颜色和形状的不同作判断，再通过视频摄像和经过中央处理系统程序计算识别出来的。2.摄像头要求：

由于工作需要，摄像头的视角范围必须足够大。因此摄像头的形状设计为圆球形，好像眼球一样可以转动。

五． 机械臂夹持系统：

当目标已经识别出来之后就应该开始收集工作了。这个机器人的收集垃圾的工作是通过外夹式机械臂来完成的。1.手指类型：结合课堂知识，机械臂的手指类型选择是由被握持物件的形状、尺寸、重量、材质及表面状态的不同而决定的。由于这个机器人针对的目标是装有植物幼苗的器皿，因此机械手指的设计采用针对圆柱形物件的特殊中空手指，你也可以说没有手指，可以直接将圆柱状的幼苗器皿卡住，种入泥土中。另外内面将采用柔性材料镶衬橡胶来增加摩擦力。

2.驱动装置：采用直流伺服电机驱动机械臂的各个关节。3.除草系统：通过识别系统识别出杂草或者有害植物的时候，还可以通过手臂中的高温蒸汽将其杀死，来保证种植的植物幼苗的生长。

六． 植物幼苗存放仓：

植物幼苗存放仓将安装在机器人机身上部，以轻型塑料制作，为仓盒状，可以有透明的材料遮挡恶劣的天气环境。仓的下部安装有平衡测试仪器，防止装幼苗的时候由于重心变化而导致机身倾斜。七． 可能遇到的实际问题：

这只是一个机器人的理论设计而已，我也想到了一些实际上可能遇到的问题，比如：具体的行走效率有多高？遇到坡度太大的地形，如何保证安全的攀登上去？机器人是采用电力驱动的，但电池的体积和质量都不能太大，如何可以保证电力的持久供给？

简易设计图：

第五篇：智能机器人心得体会

智能机器人心得体会

这学期我们在研究性学习课上学习了智能机器人。我对此非常感兴趣。我们的课程主要为对智能机器人进行了解与它在实际应用的领域。我们对它并不是很了解，但是经过了这一学期的课程后，对它有了一定的认识。智能机器人无论是在工业领域，还是娱乐领域，都是当今社会补课缺少的元素。智能机器人并非是一定要有实体，它可以是在计算机上的某种程序，例如：智能聊天工具……等一切得到人类指令并进行人性化判断和回复的，在我认为都可称作只能机器人。

人类对智能机器人的开发还有着一段距离，但我相信这是我们可以达到的！在课上我们观看了《铁甲钢拳》、《复仇者联盟2：奥创纪元》这两部影片。这里主要为我们展现出人们对智能机器人的想象，想象是科学事业的发展前提。在中国古代，人们的飞天梦，这就是一种想象，再有了想象之后，才有了目标和人们去实现他的动力，这才成就了那些伟大的科学家。

在《铁甲钢拳》中，男主角在垃圾场拾到早在很久的只能拳击机器人，他有一个非常bug的一个功能就是模仿人类的动作，因此在最后的拳王争霸赛上男主角的父亲亲自上场开启模仿功能机型比赛，虽败犹荣。这就是智能机器人可以对人累的动作进行判别与模仿。

在《复仇者联盟2：奥创纪元》中钢铁侠的科技对人们留下了深刻的印象，在此之中钢铁侠的铠甲和智能化的系统贾维斯都是人工智能的表现。

在我们生活中智能机气人也无处不再，比如扫地机器人等等…… 我们接触了机器人，机器人的程序没有太多的难点，我们并没有学习过C语言，可以说零基础基础，我们目前并没有实际操作。我们主要学习简单的指令来进行LED灯的控制，说起来只要两个字，做起来真的不是那么简单。

我看那些对机器人进行编程和操控感觉特别的炫。我个人对机器人也有这浓厚的兴趣。我也一直想着学好英语在将来可能进行编程之类的工作，但突然发现我的英语着实是有点差，不过虽然如此我也要努力去实现自己的梦想，现如今我学习美术并不代表不能从事这个事业，我相信在将来我可以自己进行编程和设计一个属于自己的智能机器人。