第一篇：智能爬墻機器人的設計與制作論文

本文介紹了無人駕駛汽車的發展歷史，以谷歌無人駕駛汽車為例分別介紹了無人車的發展現狀和應用領域。同時，通過對比現有的爬墻機器人，提出推壓式爬墻機器人的制作方案。本文主要介紹了筆者從構思到制作，最后總結爬墻機器人物理模型的過程。主要從爬墻機器人的材料選擇、車體零件制作、軟件模擬仿真，電子器件的搭配等四個方面介紹，最后總結得出爬墻機器人實現設定動作的物理模型分析。緒論

谷歌無人駕駛汽車是谷歌公司開發的全自動駕駛汽車，至今，谷歌公司共使用過7輛無人車，累計每輛車在路面行駛超過50萬公里。谷歌無人駕駛汽車可以為乘客提供最方便的搭乘體驗。無人車會根據乘客的需要自動啟動，乘客只需在車上的導航系統輸入目的地，無人車便開始執行任務。

爬墻機器人不同于無人車和無人機，卻處于兩者之間。雖然不能在天上飛，但也不滿足只能平地上行走，它可以毫無壓力地在陡峭的坡上行走，90度甚至180度斜坡。設計思路與方法

2.1 設計目標

現有的爬墻機器人技術雖然尚未成熟，2015年12月30日，迪士尼研發部發布了一款能以比較快的速度爬墻的機器人，起名為VertiGO。本設計以VertiGO為原型，參考了其爬墻原理和設計方案，能夠完成在平地行走，自動翻墻，在90度的墻上行走等動作。

2.2 車體設計

本作品采用的推壓式爬墻機器人的原理，參考VertiGo的車身設計，車體由以下零件構成：

車身底板×1;舵機支架Ⅰ×2;旋轉環支架×4;旋轉環×2。

2.2.1 選材

車體作為本作品最大的主體，要考慮的因素主要有以下兩點：

(1)重量輕。在這有限的動力下驅動爬墻車，車體在重量上毫無疑問就要足夠的輕。

(2)韌性好。考慮到調試階段爬墻車雖然在較低的墻面上測試，但不可避免會出現滑落或者意外情況摔落地面。此時韌性好的車身可以有效地降低爬墻車摔壞的風險可能性。綜合考慮選取了鋁合金板材。

2.2.2 車體設計步驟

車體設計采用自上而下的方法。具體可描述為三個階段：第一階段是確定車體形狀，在車身上安裝4個支撐電機螺旋槳的支架讓電機和螺旋槳原有的高度上架空;第二階段是在車體的形狀確定之后，很容易就能把車體分為5個部分：車身、旋轉環支架、旋轉環、電機支架和輪子;第三階段是應用Solidworks軟件的零件設計功能，把各零部件在軟件上建立模型。然后利用軟件的裝配圖設計功能把各零件模擬裝配起來，完成車身零件的設計。最后在軟件內自動生成為CAD工程圖尋找合適的商鋪完成定制。

2.3 Solidworks軟件簡介

Solidworks軟件是Solidworks公司開發的世界上第一個基于Windows的實體模型設計系統。軟件主要有三個主要設計功能。分別是零件設計功能，裝配圖設計功能和工程圖設計功能。在工程圖設計功能中，用戶可以把設計好的零件直接生成工程圖，圖紙可以兼容現在主流的設計軟件，例如AutoCAD、3DMAX等，直接應用在生產上。

2.4 關于單片機

單片機亦稱單片微型控制器，是一個微型計算機，也是爬墻機器人的大腦。設計者通過對單片機進行編程，令單片機產生多路控制信號，分別驅動爬墻機器人的電機和舵機運動，使機器人完成各種設定的動作。

爬墻機器人需要調節2個電機的速度，2個舵機的角度，計算爬墻機器人的速度和與上位機的信息交換。電機的速度主要由電調接受的PWM控制信號決定，舵機的角度也是由接受的PWM信號決定。最后綜合多方面的因素選擇了STC15W4K32S4系列單片機。物理模型

本設計的爬墻機器人功能主要有：

(1)平地加速運動;

(2)平地減速運動;

(3)平地勻速運動;

(4)90°翻墻動作;

(5)90°墻面穩定不動;

(6)90°墻面運動。

動作的設計方案主要依靠2個電機螺旋槳的配合完成，設定一端電機螺旋槳為提供動力，另一端電機螺旋槳為調整動力。為了各零件調試成功，在實現以上功能之前必須測試以下參數。爬墻機器人的質量m，電機螺旋槳的最大推力F，爬墻機器人在運動中速度與阻力的關系。經考慮，為了方便得出速度與阻力的關系，可以設定電機螺旋槳在垂直車身施加的力保持不變，阻力F簡化為以下關系，F運動阻力=kv。結論

本文在根據推壓式原理，在迪士尼爬墻機器人VertiGO的基礎上，建立合適的物理模型和設計方案，設計了一個以STC15W4K32S4單片機為控制基礎的爬墻機器人。爬墻機器人作品能夠完成平地加減速和勻速運動，90°翻墻動作和在90°墻面上移動等基本動作。

第二篇：智能機器人論文

湖南農業大學課程論文

學 院： 工學院 班 級：11級機械1班 姓 名： 曾強 學 號：201140614114 課程論文題目：未來智能機器人

課程名稱：MCS-51單片機原理、接口及應用 評閱成績： 評閱意見：

成績評定教師簽名：

日期： 2014年 5月 12日

未來智能機器人

摘要：機器人是一種自動化的機器，所不同的是這種機器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規劃能力、動作能力和協同能力，是一種具有高度靈活性的自動化機器。近二十年中，因為電腦技術、電子產品及生物遺傳工程等技術的大踏步發展，“智能機械人”的研發熱潮已從專業人士的實驗室中走了出來，成為一種綜合科研能力的開發活動。

關鍵字:智能，CPU，擬人化，人性化

（一）機器人的結構組成及工作原理

機器人一般由執行機構、驅動裝置、檢測裝置和控制系統等組成。執行機構即機器人本體，其臂部一般采用空間開鏈連桿機構，其中的運動副（轉動副或移動副）常稱為關節，關節個數通常即為機器人的自由度數。

檢測裝置的作用是實時檢測機器人的運動及工作情況，根據需要反饋給控制系統，與設定信息進行比較后，對執行機構進行調整，以保證機器人的動作符合預定的要求。

控制系統有兩種方式。一種是集中式控制，即機器人的全部控制由一臺微型計算機完成。另一種是分散（級）式控制，即采用多臺微機來分擔機器人的控制。如當采用上、下兩級微機共同完成機器人的控制時，主機常用于負責系統的管理、通訊、運動學和動力學計算，并向下級微機發送指令信息；作為下級從機，各關節分別對應一個CPU，進行插補運算和伺服控制處理，實現給定的運動，并向主機反饋信息。

（二）機器人的未來發展

機器人的研究從一開始就是擬人化的，所以才有機械手、機械臂的開發與制作，也是為了以機械來代替人去做人力所無法完成的勞作或探險。但近十幾年來，機器人的開發不僅越來越優化，而且涵蓋了許多領域，應用的范疇十分廣闊。大而言之，用之于太空開發，月球車，深海探測器，海洋石油開采，航天飛機機械臂等，小至微型手術機械，生命監測儀等。軍事上的用途更是日新月異，從拆彈機器人、清除機器人到無人駕駛飛機、自動化戰車，有人甚至預測未來戰爭可能如星球大戰一樣，是機器人的戰爭。至于工業、農業、遺傳生物產業、醫學、文化產業、電訊業、能源開發，都將因機器人的大量登場而出現產業革命。英國電訊公司未來學部門研究員曾因準確預測手機短訊、垃圾郵件及網上搜尋引擎的出現而聞名，在最近公布的科技展望五十年的預測中，其中就有數條是關于機器人的。未來的機器人將會朝著三個方面發展：

一、與人類的生活更為密切地結合起來，以為人提供更多服務作為要素

二十年后，家中掃除、清潔的工作或老人的護理保健的工作可能全由機器人取代。美國舊金山的醫院已開始使用機器人為病人送藥、配藥的服務。美國的阿伊機器人公司的總裁接受媒體采訪時表示，該公司生產的家用大掃除機器人產品，2002年只有一百二十萬美元銷售額，到2012年已猛增50倍以上。還有，家居的全自動化，無需駕駛的自動汽車等等，實在無法一一計數或做出估計。

二、仿生性，生物性的大趨向

以趣味性、生物性來制造機器狗、貓、魚等動物。譬如日本三菱重工附屬公司Ryomei Engineering研制成功的金色機械魚“金魚虎”長1公尺，重25公斤，是一只不小的巨魚，能自動暢游于水中，可協助監察橋梁的保安和搜集魚汛的情況，監視河水污染等。索尼公司研制的Aibo機器狗會對主人聲音有情緒反應，已能夠模仿喜怒哀樂和恐懼等情緒，將來可出現代替真正導盲犬的機器狗。另外，電影《侏羅紀公園》的恐龍機器人等也是例子。這類仿生性機器人還被廣泛用于軍事上的偵察救險、情報傳送，甚至殺敵于無形的手段上去。美國夏威夷大學設有水下機器人研究中心，已具相當規模。今年八月初俄羅斯迷你潛艇在海底為漁網所纏，困于190米下的深海，就得助于英國的“天蝎”號救援艇之助而脫險的，“天蝎”號就是海底機器人。

三、最重要的發展是人性化

日本舉行的萬國博覽會，被稱為機器人的大集合之展覽會，有人甚至將之稱作“機器人萬國博覽會”，從中亦可看出日本的這一產業優勢及成果。在展場中，接待處、大會清掃工作、警備工作等，多以機器人的形式出現與取替。博覽會期間還舉辦多項人與機器人有關的活動，其中最引人注目的還是人工智能及人性化的機器人的表演，譬如接待處的一位女性機器人能聽、說六國語言，而且說話時眼、嘴皆會動，面部肌肉也有活動。造型奇特有趣的高爾夫球機器人“坎迪—5”，它內置整個高爾夫球場的3D地形和球會會員的資料，并設置有全球衛星定位系統，能作360度自如旋轉，它的系統將愈加精密，并更具人性化，科學家預計在2020年完成其全部制作時，它可充當球童并可從旁給予擊球建議。此外，尚有具“視覺”、“味覺”的機器人，它的紅外線測定可以對食物及飲品的成份、含量馬上做出判定，譬如將一只蘋果擺在其手臂前，可以打印出該只蘋果的糖份、維生素含量等。最引人注目的是機器人管樂隊的演奏，以機器人演奏真正的樂器，而且隊形不斷變換，演奏技術臻于上乘。東京大學于今年八月公布已開發出人的仿真性皮膚，可如人一樣感受冷熱、痛楚、溫度反應，甚至一些人的皮膚未具有的功能都可以設定，這對仿造機器人的生命性又是一大進步。凡此種種，不一而足。

在世紀之交，生物遺傳工程因“克隆人”的出現而引致倫理、法律及道德問題的爭議，“克隆人”能否問世仍然是一個未知數，但機器人的研發正在取而代之，以越接近人性化為追尋目標。因而還為之出現了新的名詞，比如人工智能（簡稱AI），并以下述二個英文名字用來指人類模樣的機器人：androids和humanoids。西方的電影導演在談到影視中出現的非常人性化的機器人時，更常常使用這些有明確傾向的專用詞： A、變得人性化—humanize B、人性化的—humanized C、人道、仁慈—humanity。

我國的機器人研發工作基本上屬于科學研究的項目，據說，中國科學院目前已造出說話時嘴唇能夠活動、眼睛能轉動、具視覺功能的機器人，其水準可媲美日本同行其實，機器人的制作絕對并非只是液壓機械與電子產品的混成物，要將機器人造得越來越有人性化，就要兼及生命醫學、傳感、光學及創造性的文化產業等方面，比如機器人的關節就需要研究中醫的經絡學、生物學上的神經刺激反應以及文化產品的某種造型特征（其中很重要的是民族特征的外表）等等。英國的科學家甚至預言，到2020年，隨著機器人愈來愈精密和使用有機零件制造，它們將會受到“機器人權”的保護。

在美、日、德、法、韓等國，機器人產業的開發正在日受重視，一般采取所謂的“官產學”形式。“官”即政府的制定政策及傾斜支持，調整產業結構。據情報顯示，日本政府正在調整全國的產業制造結構，名古屋中部地區的未來產業為新型汽車工業，以大阪為中心的關西地方將以機器人產業為主，東京地區以資訊情報化為中心等等；“產”即產業界的自我分類的研究與開發，并將之變成產品，取得經濟效益；“學”即學校設置專門的學科，教材則與以往不同，非全盤為學校教授所寫，有一些則由產業研究所編寫教材，利用電腦技術介入，反過來向大學師生出售。而專門出售機器人制作的教科書、教材及裝配零件、專門雜志等也已成行成市，許多公司改變既有行業，轉而生產為此服務的產品。那么，這是否將導致一場工業革命？現在斷言尚為時過早。但可以預計的是，未來20年，機器人產業將成為未來新產業的一個領先潮流，在現代化的高科技戰爭中，機器人將發揮越來越大的戰斗作用，從而減少前線士兵的人命傷亡，并以奇技利器克敵制勝。

總結 ：世界上先進的工業化國家都十分注重機器人的研究開發、實用化及產業化的動向，投入大量的資金、人力，優化環境及指標，特別是重視培養年輕人對此未來科學的興趣，吸引他們的投入，以形成人材梯隊，鍛造出新的產業隊伍。隨著科學技術的飛速發展，未來的機器人將更加智能化。機器人技術綜合了多學科的發展成果，代表了高技術的發展前沿，它在人類生活應用領域的不斷擴大正在引起國際上重新認識機器人技術的作用和影響。

參考文獻：

1.《人工智能的未來》 陜西科學技術出版社

作者：杰夫·霍金斯

2.《人工智能:一種現代的方法》 清華大學出版社

2006 05

第三篇：爬墻機器人外文翻譯

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.譯文：

1.引言：

爬壁機器人是移動機器人領域的一個重要分支,可在垂直壁面上靈活移動,代替人工在極限條件下完成多種作業任務,是當前機器人領域研究的熱點之一。它主要應用于核工業、石化工業、造船業、消防部門及偵查活動等,如對高樓外壁面進行清洗,對石化企業中的儲料罐外壁進行檢測和維護,對大面積鋼板進行噴漆,以及在高樓事故中進行搶險救災等，并且取得了良好的社會效益和經濟效益，具有廣闊的發展前景。

經過30多年的發展,爬壁機器人領域已經涌現出一大批豐碩的成果,特別是20世紀90年代以來,國內外在爬壁機器人領域中的發展尤為迅速。近年來,由于多種新技術的發展,爬壁機器人的許多技術難題得到解決,極大地推動了爬壁機器人的發展。在我國各高校機器人設計活動也已經很廣的開展起來，這種氛圍對我國機器人的研制開發特別以及專業方面人才的培養是具有積極意義的。

2.國外爬壁機器人研究現狀

1966年日本的西亮教授首次研制成功壁面移動機器人樣機,并在大阪府立大學表演成功。這是一種依靠負壓吸附的爬壁機器人。隨后出現了各種類型的爬壁機器人,到80年代末期已經開始在生產中應用。日本在開發爬壁機器人方面發展最為迅速,主要應用在建筑行業與核工業。如：日本清水建設公司開發了建筑行業用的外壁涂裝與貼瓷磚的機器人,他們研制的負壓吸附清洗玻璃面的爬壁機器人,曾為加拿大使館清洗。東京工業大學開發了無線遙控磁吸附爬壁機器人。在日本通產省”極限作業機器人"國家研究計劃支持下,日暉株式會社開發了用于核電站大罐的負壓吸附壁面檢查機器人等。

其他各國也加入到爬壁機器人研究的熱潮中如：美國西雅圖的Henry R Seemann在波音公司的資助下研制出一種真空吸附履帶式爬壁機器人“AutoCrawler”。其兩條履帶上各裝有數個小吸附室,隨著履帶的移動,吸附室連續地形成真空腔而使得履帶貼緊壁面行走。美國CaseWestern Reserve University研制的采用4個“腿輪”的爬壁機器人樣機。與前兩種機器人相似,該機器人依靠4個“腿輪”上的仿生粘性材料來吸附,樣機不同的是這4個腿輪上腳掌的特殊分布更有利于機器人在壁面上穩定爬行。該機器人質量僅有87 g。20世紀90年代初,英國樸次茅斯工藝學校研制了一種多足行走式的爬壁機器人。采用模塊化設計,機器人由兩個相似的模塊組成,每個模塊包括兩個機械腿和腿部控制器。可根據任務需要來安裝不同數量的腿,可重構能力強。機械腿采用仿生學機構,模擬大型動物臂部肌肉的功能,為兩節式,包括上、下兩個桿和3個雙作用氣缸,具有3個自由度。穩定性好,承載能力大,利于機器人的輕量化,并能跨越較大的障礙物。除腿端部各有一真空吸盤外,機器人腹部設有吸盤, 使機器人具有較大的負載質量比,可達2∶1。

3.國內爬壁機器人研究現狀

中國也于20世紀90年代以來進行類似的研究。1988年在國家“863”高技術計劃的支持下,哈爾濱工業大學機器人研究所先后研制成功了采用磁吸附和真空吸附兩個系列的5種型號壁面爬行機器人。研制成功的我國第一臺壁面爬行遙控檢測機器人,采用負壓吸附,全方位移動輪,用于核廢液儲存罐罐壁焊縫缺陷檢測。1994年開發的用于高樓壁面清洗作業的爬壁機器人CLR-Ⅰ,采用全方位移動機構,機器人在原地就可以任意改變運動方向。之后開發的CLR-Ⅱ,采用兩輪獨立驅動方式———同軸雙輪差速機構, 通過對兩輪速度的協調控制實現機器人的全方位移動,機器人本體和地面控制站之間采用電力線載波通訊方式。上述3款爬壁機器人均采用單吸盤結構,彈簧氣囊密封,保證了機器人具有較高爬行速度和可靠的附著能力。1995年研制成功的金屬管防腐用磁吸附爬壁機器人,采用永磁吸附結構,靠兩條履帶的正反轉移動來實現轉彎。該機器人可以為石化企業金屬儲料罐的外壁進行噴漆、噴砂,以及攜帶自動檢測系統對罐壁涂層厚度進行檢測。1997年研制的水冷壁清檢測爬壁機器人,呈圓弧形永磁吸附塊與罐壁圓弧相吻合,提高了吸附力,也提高了作業的效率。上海大學也較早開展高樓壁面清洗作業機器人的研究,先后研制出垂直壁面爬壁機器人和球形壁面爬壁機器人。該球形壁面爬壁機器人采用多吸盤、負壓吸附、6足獨立驅動腿足行走方式,可用于不同曲率半徑的球形外壁1996年以來,北京航空航天大學先后研制成功WASH2 MAN,CLEANBOT 1,SKYCLEAN,“吊籃式擦窗機器人”和“藍天潔寶”等幕墻清洗機器人樣機。為全氣動擦窗機器人;吊籃式清洗機器人,機器人依靠樓頂上的安全吊索牽引移動,利用風機產生的負壓使機器人貼附在壁面上以國家大劇院橢球形頂棚清洗為應用背景研制的適用于復雜曲面的自攀爬式機器人樣機,由攀爬機構、移動機構、清機器人有許多相似之處,但由于其特殊的工作環境和任務要求,在理論和技術等方面又有一些特殊性。

4.爬壁機器人的關鍵技術：

4.1吸附機構：吸附機構的作用是產生一個向上的力來平衡機器人的重力,使其保持在壁面上。目前,吸附方式主要有真空負壓吸附、磁吸附、螺旋槳推力及粘結劑等幾種方式。由于這些吸附方式各自都有局限性,所研制的爬壁機器人往往針對性較強,只適用于某種特定任務,較難通用化。機器人的設計需要針對工作任務、環境,選取合適的吸附方式。近年來,人們通過研究壁虎等爬行動物腳掌的吸附機理,制作出高分子合成的粘性材料,這些材料利用分子與分子之間的范德華力,在很小的接觸面積上就可獲得巨大的吸附力,而且具有吸附力與表面材料特性無關的優點。但目前這些材料的使用壽命較短, 使用一定次數之后就失去粘性,難以實用化,需要進一步進行研究。

4.2移動機構及運動控制系統：移動機構及運動控制系統爬壁機器人的移動機構主要有輪式、多足式、履帶式等,其中,輪式和足式使用較為廣泛,履帶式多用于磁吸附方式。越障能力是爬壁機器人壁面適應性能的一個重要指標。當工作面上有凸起、溝槽時,機器人要通過這些障礙物,就必須有足夠的越障能力。各種移動機構中,多足式機器人的越障能力較強,其每個腿部都置有小吸盤,當遇到障礙物時,可控制各個“腿”,使小吸盤逐個跨過障礙物。壁面機器人的移動機構可以使機器人在可靠吸附的前提下能夠在壁面上靈活移動。由于爬壁機器人工作于壁面的特殊性,移動機構常和吸附機構存在耦合,這給機器人的運動控制帶來了一些困難。如多吸盤足式爬壁機器人,腿末端各有一個吸盤,每移動一個腿需要完成“消除吸力—抬腿—邁腿—落腿—產生吸附力”一系列動作。在此過程中,機器人移動機構的動作要和吸附機構相互協調,才能保證機器人在壁面上的靈活移動。此外,也有移動機構與吸附機構分離的,如單吸盤爬壁機器人,吸盤可持續吸附,驅動輪連續運動實現機器人的移動,運動控制較為簡單。

4.3能源供應及驅動方式：能源供應及驅動方式能源供應方式有通過電線管路為機 器人提供電、氣等能源的方式,也有自帶電池、氣瓶等方式。驅動方式主要有電機氣動等幾種方式。爬壁機器人的設計盡量采用具有高功效質量比的驅動器和動力源,特別是采用無線控制情況下。采用電機驅動時,能源供應主要有聚合物鋰電池、鎳氫電池、電化學電池和燃料電池。此外,由于內燃機的能源———汽油、氫等燃料具有較高的能重比,先進的微型內燃機也可應用于爬壁機器人。

4.4安全問題：機器人在受到外界干擾、環境變化情況下,如何保證機器人安全附著于壁面而不至于墜落,或墜落后如何盡量減小機器人的損傷。過去所研制的高樓清洗爬壁機器人, 大都采用由置于高樓頂上的運載小車、卷揚機構和系在機器人上的鋼絲繩組成保險系統。而對于一些其他用途的機器人,比如偵查用的小型爬壁機器人,其目標并不確定,不能采用保險繩的方式,因而需要研究新的防墜落方式。可以考慮采用降落傘、小功率螺旋降落漿、快速撐起阻降板等,這些可能會成為未來爬壁機器人安全措施的發展方向。

5.爬壁機器人的發展趨勢

驅動、傳感、控制等硬軟件技術的發展極大地推動了爬壁機器人技術的發展,實際應用的需求也對爬壁機器人的發展提出了挑戰,爬壁機器人的發展趨勢歸結起來主要有以下幾方面。(1)新型吸附技術的發展。吸附技術一直是爬壁機器人發展的一個瓶頸,它決定了機器人的應用范圍。(2)爬壁機器人的任務由單一化向多功能化方向發展。過去所研制的爬壁機器人大多用于清洗、噴涂、檢測等作業,作業任務往往只局限于單一的任務。而目前人們則希望爬壁機器人能夠裝備多種工具,在不同的場合進行工作。(3)小型化、微型化是當前爬壁機器人發展的趨勢。在滿足功能要求的前提下,體積小、質量輕的機器人可較小能耗,具有較高靈活性,并且在某些特殊場合也需要機器人具有小的體積。(4)由帶纜作業向無纜化方向發展。由于爬壁機器人的作業空間一般都較大,帶纜作業極大地限制了機器人的作業空間,所以,為了提高機器人的靈活性和擴大工作空間,無纜化成為現在和未來爬壁機器人的發展趨勢。(5)由簡單遠距離遙控向智能化方向發展。與人工智能相結合,使機器人在封閉環境中能夠具有一定的自主決策能力, 完成任務,并具有自我保護能力,是移動機器人發展的重要方向,也是爬壁移動機器人的重要發展方向。(6)可重構是機器人適應能力的一項重要指標。為了使機器人能夠應用于不同場合,根據任務需求,在不需要重新設計系統條件下,充分利用已有的機器人系統,應使機器人具有可重構性,即具有模塊化結構。根據任務需求,把需要的模塊直接連接起來組成新的機器人。

第四篇：機器人設計論文

綠化植樹機器人設計

摘要：

這個機器人是針對大量綠色植樹而設計的，利用機械四足作為其活動方式，機器人通過視頻識別系統在有限范圍內對地形與植被作出判斷，然后通過自動行走系統移動到目標地點前面，再通過機械手取出攜帶的植物幼苗，通過這個可以360度旋轉的機械臂進行種植工作，機械臂可以進行種植、培土、等工作。種植完成后還將用一層可分解的塑料薄膜覆蓋植物幼苗，保證其在能夠自行成長前的安全。

關鍵詞：

綠化植樹、四足行走、山坡作業、視頻識別、機械臂操作

設計背景：

地球現在正面臨著綠色植被在不斷減少的危機，而人類也因為這樣要面對日益嚴峻的環境問題。大量植樹還原綠色植被是一個相當重要的手段來解決這個難題，但是依靠人力去做的話，效率始終不夠高。所以在這里我想設計一個專門用于大作業量的綠化植樹機器人。

設計思路：

這個機器人，是需要面對山坡這樣的陡峭地形的，由于特殊的使用環境，機器人的活動方式要求能夠靈活的應對顛簸不平的土地，機械四足需要能夠根據不同的地勢調整四足的高度，確保平穩的行走，這種活動方式才能使機器人輕松到達山崖大部分位置。移動起來必須十分的輕巧，以避免對其他植物的傷害。由于這個機器人對視頻識別有著較高的要求，所以必須在這方面有所突破，同時當發現有雜草或者有害植物的時候，還可以通過高溫蒸汽將其殺死，來保證種植的植物幼苗的生長。360度旋轉的機械臂可以保證種植過程的順利進行。

詳細具體設計方案：

一． 整體結構：

1.整個機器人分成上下兩大部分，上部分是機械手臂，主要實現機器人的整個種植操作，下部是機器人的機身和四足，包括：植物幼苗存放倉、紅外線距離測量儀、攝像頭、電腦處理系統。

2.機器人是通過電力驅動的，所以必須攜帶儲電池，也是安裝在機身。二． 中央處理系統：

機器人的機身將安裝一個中央處理系統，作為機器人的大腦，它主要調節機器人三大系統：機械四足行走系統、機器人視覺系統、機械臂控制系統。中央處理系統要接收和分析紅外線距離測量儀、攝像頭、機械臂傳感器等反饋信息，以及控制四足的行進系統、機械臂操作等。三． 機械四足行走系統： 1.機械四足的形狀：

一開始的時候，我曾經很困惑于如何把握行走穩定與行走速度之間的平衡，后來設想出仿人類四肢的關節加上圓形的腳盤這個方案，總體感覺可以滿足行走的需要。2.如何實現行進：

參考了機械小狗的設計，將機械四足連接在機器人的中央處理系統而成為一個整體，接受中央處理系統的控制。每次改變一個機械足的位置，實現整個機器人的行

走。

3.如何保持位置穩定：

在機器人機身安裝有3個紅外線距離探測器，當機器人識別到了目標之后，三個探測器同時從3個方向測量其與目標的實時距離，這樣就可以確定機器人和目標的相對三維位置。確定了相對位置之后，將數據傳送給中央處理系統。再次調節四足關節處的角度以及腳盤關節處的角度，讓機器人可以平穩的站立。四． 機器人視覺系統：

1.識別原理：

當機器從人移動到距離目標五米范圍內，就開始識別目標的過程了。負責識別目標地點的攝像頭就安裝在機身上。

識別的工作原理是根據環境顏色和形狀的不同作判斷，再通過視頻攝像和經過中央處理系統程序計算識別出來的。2.攝像頭要求：

由于工作需要，攝像頭的視角范圍必須足夠大。因此攝像頭的形狀設計為圓球形，好像眼球一樣可以轉動。

五． 機械臂夾持系統：

當目標已經識別出來之后就應該開始收集工作了。這個機器人的收集垃圾的工作是通過外夾式機械臂來完成的。1.手指類型：結合課堂知識，機械臂的手指類型選擇是由被握持物件的形狀、尺寸、重量、材質及表面狀態的不同而決定的。由于這個機器人針對的目標是裝有植物幼苗的器皿，因此機械手指的設計采用針對圓柱形物件的特殊中空手指，你也可以說沒有手指，可以直接將圓柱狀的幼苗器皿卡住，種入泥土中。另外內面將采用柔性材料鑲襯橡膠來增加摩擦力。

2.驅動裝置：采用直流伺服電機驅動機械臂的各個關節。3.除草系統：通過識別系統識別出雜草或者有害植物的時候，還可以通過手臂中的高溫蒸汽將其殺死，來保證種植的植物幼苗的生長。

六． 植物幼苗存放倉：

植物幼苗存放倉將安裝在機器人機身上部，以輕型塑料制作，為倉盒狀，可以有透明的材料遮擋惡劣的天氣環境。倉的下部安裝有平衡測試儀器，防止裝幼苗的時候由于重心變化而導致機身傾斜。七． 可能遇到的實際問題：

這只是一個機器人的理論設計而已，我也想到了一些實際上可能遇到的問題，比如：具體的行走效率有多高？遇到坡度太大的地形，如何保證安全的攀登上去？機器人是采用電力驅動的，但電池的體積和質量都不能太大，如何可以保證電力的持久供給？

簡易設計圖：

第五篇：智能機器人心得體會

智能機器人心得體會

這學期我們在研究性學習課上學習了智能機器人。我對此非常感興趣。我們的課程主要為對智能機器人進行了解與它在實際應用的領域。我們對它并不是很了解，但是經過了這一學期的課程后，對它有了一定的認識。智能機器人無論是在工業領域，還是娛樂領域，都是當今社會補課缺少的元素。智能機器人并非是一定要有實體，它可以是在計算機上的某種程序，例如：智能聊天工具……等一切得到人類指令并進行人性化判斷和回復的，在我認為都可稱作只能機器人。

人類對智能機器人的開發還有著一段距離，但我相信這是我們可以達到的！在課上我們觀看了《鐵甲鋼拳》、《復仇者聯盟2：奧創紀元》這兩部影片。這里主要為我們展現出人們對智能機器人的想象，想象是科學事業的發展前提。在中國古代，人們的飛天夢，這就是一種想象，再有了想象之后，才有了目標和人們去實現他的動力，這才成就了那些偉大的科學家。

在《鐵甲鋼拳》中，男主角在垃圾場拾到早在很久的只能拳擊機器人，他有一個非常bug的一個功能就是模仿人類的動作，因此在最后的拳王爭霸賽上男主角的父親親自上場開啟模仿功能機型比賽，雖敗猶榮。這就是智能機器人可以對人累的動作進行判別與模仿。

在《復仇者聯盟2：奧創紀元》中鋼鐵俠的科技對人們留下了深刻的印象，在此之中鋼鐵俠的鎧甲和智能化的系統賈維斯都是人工智能的表現。

在我們生活中智能機氣人也無處不再，比如掃地機器人等等…… 我們接觸了機器人，機器人的程序沒有太多的難點，我們并沒有學習過C語言，可以說零基礎基礎，我們目前并沒有實際操作。我們主要學習簡單的指令來進行LED燈的控制，說起來只要兩個字，做起來真的不是那么簡單。

我看那些對機器人進行編程和操控感覺特別的炫。我個人對機器人也有這濃厚的興趣。我也一直想著學好英語在將來可能進行編程之類的工作，但突然發現我的英語著實是有點差，不過雖然如此我也要努力去實現自己的夢想，現如今我學習美術并不代表不能從事這個事業，我相信在將來我可以自己進行編程和設計一個屬于自己的智能機器人。