1、 本科毕业设计（论文）开 题 报 告 书题 目： 爬杆机器人机械结构设计 指导教师 ： 专业班级： 学 号： 姓 名： 日 期： 2009 年 一、选题的目的、意义1.1、 课题研究背景机器人（Robot）是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。国 际 上 对 机 器 人 的 概 念 已 经 逐 渐 趋 近 一 致 。 一 般 说 来 ， 人 们 都 可 以 接受 这 种 说 法 ， 即 机 器 人 是 靠 自 身 动 力 和 控 制 能 力 来 实 现 各 种 功 能 的 一 种 机器 。 联 合 国 标 准 化
2、组 织 采 纳 了 美 国 机 器 人 协 会 给 机 器 人 下 的 定 义 ： “一种 可 编 程 和 多 功 能 的 ， 用 来 搬 运 材 料 、 零 件 、 工 具 的 操 作 机 ； 或 是 为 了 执行 不 同 的 任 务 而 具 有 可 改 变 和 可 编 程 动 作 的 专 门 系 统 。 ”而机器人学是一门高度交叉的前沿学科，是典型的的机电一体化技术系统。它涉及机械学电子工程学计算机科学与工程人工智能生物学人类学社会等众多领域。在机器人技术快速发展的今天，不管是作为一名现代工程师，还是理工科大学学生，都有必要学习，掌握一些机器人学方面的知识，特别是机械专业的学生，机器人技术
3、可以说是一门必修课。而现在，机器人在人们生活的各个领域都起着举足轻重的作用，在 工 业 、医 学 、 农 业 、 建 筑 业 甚 至 军 事 等 领 域 中 均 有 它 们 的 身 影 ， 并 且 起 着 重 要 用途 。 总的来说它把人从大量的烦琐的重复的危险的劳动中解放出来 节省出人的脑力 物力 人力干别的创新之类的事情 。繁琐的，精密的，重复的甚至是危险的工作则都可以交给机器人来完成。在机器人用众多的种类中，爬杆机器人（Pole-Climbing Robot）是一类应用几率较高的机器人，随着人们生活水平的升高与科技的发展，需要进行高空作业的工程逐渐增多，如高楼建筑，清洗，救护亦或是高空电
4、力系统的电缆架设及维修等，都需要爬杆机器人来代替人来完成。因为这些高空作业不仅给工人们带来很大工作上的不便与困难，更重要的是也有很大的安全隐患，尤其是对于一些直径较细，强度较小的杆件比如路灯杆等，人工攀爬较为困难。应用带升降机的工程车进行作业，作业成本较高，而且对于狭窄的胡同，工程车难以进入，造成作业困难，为了改善工作人员的工作条件，我们设计出一种能爬杆(绳) 的机器人。该装置能按照人们预设的动作，代替人完成各种高空作业。因此，爬杆机器人的研制一直是研究的热点。爬竿机器人的 出 现 将 为 高 空 作 业 提 供 了 方 便 。 并 且 使 工 人 们 工 作 时 的危 险 系 数 降 到 最
5、 低 ， 只 需 观 察 并 操 作 爬 杆 机 器 人 工 作 过 程 即 可 ， 通 常 该种 机 器 人 的 爬 行 方 式 有 直 线 连 续 爬 升 、 夹 紧 蠕 动 爬 升 、 螺 旋 攀 援 爬 升 和 吸附 爬 升 等 。 而 本 文 中 就 将 设 计 一 种 直 线 连 续 爬 升 的 爬 杆 机 器 人 的 机 械 结 构设 计 。1.2、爬竿机器人发展状况2004 年年底苏州大学学生成功研制出能模仿人爬行动作的机器人。这种机器人在研制上涉及的领域包括计算机、通信、自动控制、机械、气动等，具有很强的使用价值。2006 年 6 月哈尔滨工程大学设计了一种爬树机器人该机器人
6、，该爬树机器人机构设计采用曲柄滑块机构、凸轮机构等实现机器人的爬树程 9 。2009 年 1 月国防科技大学设计了一种全方位爬缆机器人该机器人能够实现在缆索上的全方位运动,可适用于不同粗细的缆线,适合完成一系列缆索自动维护工作 10。2009 年 1 月由山东建筑大学和山东莱钢股份公司炼钢厂共同研制出一种基于气动元件的爬杆机器人。该机器人应用四只两种类型的气缸实现机器人的爬杆作业， 机器人本体应用红外遥控驱动的单片机控制。该机器人载重可达 10kg， 可广泛替代人工应用到市政爬杆作业中。1.3、本课题研究目的及意义目的：完成一种爬竿机器人机械结构设计意义：1、本课题拟将设计一种爬竿机器人机械机
7、构，该机器人的机械结构基本上全部由齿轮齿条机构实现，其结构相对简单；2、利用相关课程，机械原理、机械设计等，对此机械结构进行设计及计算。3、此次的毕业设计，是对我四年所学知识的一个认证与考查，此外对所学知识将有进一步加深理解。二、本题的基本内容1、方案的总体设计2、模块化机械结构设计与计算 卡爪的设计与计算 减速器的设计与计算 齿轮齿条的设计计算3、爬竿机器人三维建模三、完成期限和主要措施第 12 周（3 月 2 日3 月 16 日） 查找中文及外文文献，完成开题报告并翻译外文文献。第 34 周（3 月 17 日3 月 30 日）仔细阅读主要参考文献，形成自己对方案的全面认识。第 58 周（3
8、 月 31 日4 月 27 日）整理文献的重点，确定公式。第 911 周（4 月 28 日5 月 18 日）绘制工程图及相关简图。第 1214 周（5 月 19 日6 月 8 日）完成毕业设计初稿。第 1516 周（6 月 9 日6 月 22 日）修改，定稿并最终通过审核。四、预期达到的目标五、主要参考文献1芮延年.机器人技术及其应用J.化学工1、各机械的机构简图2、毕业论文及英文翻译3、机构的装配图业.2008.52 蒲良贵.纪名刚 .机械设计J.高等教育.2006.53 孙恒.陈作模 .葛文杰.机械原理J.2006.54 大连理工大学工程画教研室.机械制图J高等教育2003.85BAGHA
9、NIA, AHMADABAD M N. Kinematics Modeling of a Wheel Based Pole Climbing Robot(UTPCR)C/Proceeding of the IEEE International Conference on Robotics and Automation, 2005: 2009 - 2014.6TAVAKOL IM, ZAKERZADEHM R, VOSSOUGHIGR. A hybrid pole climbing and manipulating robot with minimum DOFs for construction
10、 and service applicationsJ. An International Journal, 2005, 32 (2) : 171-178.7 杨存智. 爬杆(绳)机器人的研制 J . 机电一体化, 2003,9 (4) : 59 - 61.8HAYASHI I, IWATSUKIN, IWASH INA S Development of In-pipe Operation RobotsC/Proceeding of 5 th International Symposium on Micro Machine and Human Science,1994: 35 - 399 刘 桂 珍 . 爬 树 机 器 人 机 构 设 计 及 运 动 分 析 D.哈 尔 滨 ： 哈 尔 滨 工 程 大学 ， 200610 海丹 ,张辉,韩大鹏,郑志强. 一 种 全 方 位 爬 缆 机 器 人 的 设 计 与 分 析 J.机电工程， 2009， 26（ 1） ： 8-1111 沈孝芹，张蔚波，张凤琴，于复生，宿孝庆. 气动爬杆机器人的研制 J. 机电产品开发与创新， 2009， 22（ 1） ： 23-24六、指导教师意见（包括毕业实习）指导教师签字：七、系审查意见系主任签章：八、学院审查意见院长签章：
