摘 要

仿生机器人的使用已经深入人类生活的方方面面，工业机器人的广泛使用使人类不再担忧各种极端恶劣的工作环境，机器人代替人类进行高危操作，在很大程度上降低了人工作业的风险和成本，应用前景非常可观。高楼大厦作为现代都是的风景之一，也面临着清洗、维修、检测等难题，因此开发能够自动攀爬的机器人逐渐成为工业机器人研究的热门项目之一。

本文设计了一种仿生攀爬机器人，能够在墙墙表面自动攀爬，通过加装相应的设备能对墙面进行勘测、清洗等操作。以电机为原动机，通过丝杆螺母和同步齿形带传递动力带动H形移动机构移动，通过腿部吸附机构进行吸附，从而完成在墙表面的攀爬。

本文对仿生攀爬机器人总体结构进行了设计，并对动力部分、传动部分、执行部分进行了详细设计。对机器人运动过程中的受力情况进行了分析计算，并对吸盘、丝杆等关键零件进行了设计与强度校核。所设计的仿生攀爬机器人实现了预定的设计目标。

在实际的生产与生活中，该机器人可以完成城市高城建筑表面清洁、检测，其他表面的检测等多种功能，具有广阔的应用前景。

关键词： 攀爬机器人；吸附；仿生设计；框架式结构

Abstract

The use of bionic robot has gone deep into all aspects of human life, industrial robots are widely used human instead of worrying about all extremely dangerous working environment, robots instead of manual operation, greatly reducing the manual inspection of the risk and the cost of operation, application prospect is very impressive.Tall buildings, as one of the modern landscapes, are also faced with the problems of cleaning, maintenance and inspection. Therefore, the development of automatic climbing robots has become one of the hot topics in the field of industrial robots.

In this paper, a bionic climbing robot is designed, which can climb automatically on the surface of the wall, and the wall can be detected and cleaned through the installation of corresponding equipment.The motor is used as the prime mover, the power is transmitted by the screw nut and the synchronous toothed belt to drive the H type moving mechanism to move through the leg absorption mechanism, so as to complete the climbing on the wall surface.

In this paper, the overall structure of bionic climbing robot is designed, and the power part, transmission part and execution part are designed in detail.The force in the course of robot movement is analyzed and calculated, and the key parts such as sucker and screw rod are designed and checked. The designed bionic climbing robot achieves the predetermined design goal.

In the actual production and life, the robot can accomplish many functions such as surface cleaning, inspection and other surface detection of the high city building of the city, and has a broad application prospect.

Key words: Climbing robot; Adsorbent; Bionics Design; Frame structure

目录

第1章 绪论 1

1.1 课题的研究背景 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 攀爬机器人吸附装置研究现状 2

1.2.2 攀爬机器人移动装置现状 5

1.3 课题研究的意义与目的 9

1.3.1 课题研究的意义 9

1.4 主要研究内容 10

1.5 设计小结 10

第2章 攀爬机器人的机械结构设计 11

2.1 确定机器人关键技术 11

2.1.1 吸附方式及选用 11

2.1.2 驱动方式选择 11

2.1.3 机器人电机的选择 12

2.1.4 机器人移动机构的选择 12

2.2 攀爬机器人总体结构设计 14

2.2.1 机器人关键部位结构设计 14

2.2.2总体结构 19

2.3 设计小结 22

第3章 攀爬机器人步态规划设计 24

3.1移动机构介绍 24

3.2机器人步态规划 24

3.3 设计小结 27

第4章 攀爬机器人相关计算分析 29

4.1 腿部吸盘计算 29

4.2 H形并联结构分析 32

4.2.1 H形并联机构介绍 32

4.2.2 H形并联机构自由度计算 33

4.2.3 位置正、逆解的推导 34

4.3 丝杆螺母计算 36

4.3.1 电机与丝杆的联接 36

4.3.2 电机与丝杆传动计算 38

4.4 设计小结 40

第5章 攀爬机器人仿真分析 41

5.1 仿真软件Adams介绍 41

5.2 攀爬机器人仿真 41

5.3 设计小结 49

第6章 设计总结 50

参考文献 51

附录 53