一種磁吸式爬壁檢測機器人設計及Solidworks仿真研究目錄TOC\o"1-3"\h\u22452摘要 四、永磁材料應滿足高性價比的要求。根據(jù)表3-1中的對比分析，按照磁能積來比較的話稀土永磁材料約是其他永磁材料的兒十倍，主要優(yōu)點是磁性穩(wěn)定、磁性能高、加工性好。通過查閱罕見的稀土永磁材料資料，我們知道第三代稀土永磁材料釹鐵硼被稱為“磁王”，它的剩磁、最大磁能積、矯頑力等性能高于其他材料。綜上所述，本文選取釹鐵硼(NdFeB)作為吸附單元的永磁材料。經(jīng)查閱相關(guān)資料，最終確定采用釹鐵硼35(N35)，其性能如下表3-2。

表3.2N35的基本性能參數(shù)剩磁（T）最大磁能積矯頑力內(nèi)稟矯頑力回復磁導率密度居里溫度803.1.2永磁鐵的參數(shù)設計計算當爬壁機器人處于臨界位置(頂部位置)時，此時需要的磁吸附力最大，,處于臨界條件時，N為0N。此時永磁體產(chǎn)生的吸力等于或大于重力G。通過計算。取安全系數(shù)1.5，即永磁鐵產(chǎn)生的吸力應大于等于300N。3.2運動模塊的設計3.2.1鏈的參數(shù)計算履帶由鏈節(jié)和履帶板組成。根據(jù)履帶式機器人的要求做出以下假設，從而確定鏈條類型的假設如下：假設鏈輪初始齒數(shù)為Z=25；轉(zhuǎn)速為；鏈條節(jié)距預設鏈輪驅(qū)動功率;鏈輪的初始轉(zhuǎn)速。根據(jù)功率與轉(zhuǎn)速查機械設計手冊可知選擇鏈號12A-1，具體參數(shù)如下表3.3所示[16]。

表3.312A-1型鏈條參數(shù)ISO鏈號節(jié)距P滾子直徑內(nèi)接寬軸銷直徑內(nèi)鏈板高度排距抗拉載荷12A-119.0511.9112.575.941812.7821.8KN假設兩鏈輪的中心距為，則鏈輪中心之間的鏈節(jié)數(shù).鏈節(jié)數(shù): (3-6)鏈條長度L： (3-7)中心距： (3-8) (3-9)解得=381mm?？紤]到小車的總體尺寸取兩輪的中心距為。張緊輪滾子鏈鏈輪的主要尺寸如下： (3-10)分度圓直徑： (3-11)齒頂圓直徑： (3-12) 選取齒頂圓直徑160mm.齒根圓直徑： (3-13)取齒根圓直徑140mm.鏈傳動示意圖如圖3.1所示：圖3.1鏈傳動示意圖3.2.2電機的參數(shù)計算小車是否能穩(wěn)定的吸附在水冷壁壁面上，主要取決于永磁吸附機構(gòu)是否能提供足夠的吸力與電機是否能提供足夠的驅(qū)動力。驅(qū)動小車運動的電機必須滿足電機提供的最小轉(zhuǎn)矩，以保證小車在管道壁上的平穩(wěn)運動，且電機輸出的最小功率必須大于小車運動所需要的最小功率。因為不需要精確控制電機的角速度，所以選用直流減速電機作為機器人的驅(qū)動單元。假設小車以V=20m/min的速度勻速向上行駛，鏈輪所需功率為： (3-14) (3-15) (3-16)式中為傳動裝置的總效率，為電機一級減速裝置的效率，查機械設計手冊后取0.98；為齒輪傳動效率，查機械設計手冊手冊后取0.4，為電磁離合器的傳動效率，查機械設計手冊手冊后取0.98。所以電機型號選擇Z55D300-24A1。第四章爬壁機器人力學分析爬壁機器人在水冷壁壁面作業(yè)時，機器人需要攜帶作業(yè)設備，因此爬壁機器人需要具備足夠大的裝載能力。穩(wěn)定可靠的吸附能力與靈活自主的運動能力之間存在矛盾。因為吸附能力好就會導致運動不靈活，所以在二者之間尋找到平衡的那個點至關(guān)重要。本文通過動態(tài)和靜態(tài)分析機器人在水冷壁壁上的受力條件，就能夠解出吸附力、摩擦力、重力、支持力等力之間的關(guān)系，最終可以得到機器人的最小吸附力。4.1靜態(tài)穩(wěn)定性分析當機器人在物體表面爬行時，它通過汽車和水冷壁間的摩擦力來克服小車自身的重力。由于摩擦力的存在，機器人不會在物體表面滑落。從這一設計方向出發(fā)，利用永磁鐵產(chǎn)生的吸附力和機器人與壁面間的摩擦力的共同作用來克服載荷，這樣機器人通過摩擦固定在墻面上，并且爬行平穩(wěn)快速。在靜態(tài)力學分析后就可以得到了吸附力、摩擦力、重力和支持力等之間的關(guān)系，這樣就可以確定機器人允許的最小吸附力[17]。4.1.1空間坐標表示為了分析爬壁機器人在壁上工作時的運動穩(wěn)定性，本文設計了一個爬壁機器人壁上工作空間模型示意圖，如圖4.1所示。圖4.1爬壁機器人空間位置示意圖O-XYZ坐標系是地球坐標系，o-xyz是水冷壁面坐標系，o’-x’y’z’是機器人自身坐標系。C是爬壁機器人搭載作業(yè)設備后總體重量的重心。α是水冷壁壁面傾斜角，β是水冷壁壁面的姿態(tài)角，水冷壁壁面坐標系z軸是以地球坐標系Z軸為參考系的轉(zhuǎn)換角。坐標系以地球坐標系的逆時針方向為正方向。通過靜力學分析可知，水冷壁壁面傾斜角α為正時即地球坐標系為逆時針方向時，機器人的吸附力垂直水冷壁壁面向下，這樣就可以穩(wěn)定可靠的在壁面上工作。設傾斜角的取值范圍是[0,]，的正方向為逆時針方向，并且爬壁機器人的主體結(jié)構(gòu)對稱，由此分析得知β取值范圍為[0,]。靜力學分析后把重力進行分解到水冷壁坐標系o-xyz中，y、z方向的分量分別為: (4-SEQ公式\*ARABIC\s11)再次，把分解到坐標系o’-x’y’z’中，可知: （4-2）依據(jù)上述公式(4-1)(4-2)，可以在該爬壁機器人自身的坐標系下進行靜力穩(wěn)定性分析[14]。此外，爬壁機器人工作傾覆情況分為：沿壁面下滑、縱向翻轉(zhuǎn)、橫向翻轉(zhuǎn)、法向脫離四種情況，本文將對這五種情況進行力學分析。4.1.2沿壁面下滑當爬壁機器人工作時，源于機器人本體和設備產(chǎn)生的重力會促使機器人向下運動。根據(jù)圖4.2的分析得知，該機器人下滑的方向是沿水冷壁壁面坐標系軸的反方向。為了避免機器人的沿壁面下滑，由永磁鐵制成的履帶板必須提供足夠大的靜摩擦力。靜摩擦力來源于水冷壁壁面提供的支持力，壁面支持力的大小又和靜態(tài)平衡時永磁鐵產(chǎn)生的吸附力成正比關(guān)系。圖4.2爬壁機器人下滑分析示意圖建立如圖4.2所示的受力分析靜態(tài)平衡示意圖，滿足不下滑的條件為 (4-3)其中，為永磁鐵產(chǎn)生的最大吸附力；為作業(yè)磁質(zhì)壁面的法向支持力；為磁質(zhì)壁面與履帶的最大靜摩擦力；為履帶與磁質(zhì)壁面的最大靜摩擦系數(shù)；綜上所訴永磁鐵所產(chǎn)生的最大吸附力如下： (4-4)因此，由公式(4-4)可知，設計的機器人應該盡可能的輕量化、永磁鐵選擇時盡量選擇磁性系數(shù)大的材料，以提高機器人的最大吸附力。4.1.3縱向翻轉(zhuǎn)圖4.3爬壁機器人縱向翻轉(zhuǎn)示意圖通過建立的受力分析示意圖4.3，可以看出下方鏈輪上壁面產(chǎn)生的支持力產(chǎn)生的力矩是機器人縱向翻轉(zhuǎn)的一個重要因素。永磁體吸附機構(gòu)同爬壁機器人履帶剛性聯(lián)接，磁力產(chǎn)生的力矩和重力的分力產(chǎn)生的傾覆力矩大小相等方向相反。重心均勻分布且足夠低的理想情況下，重心C與水冷壁壁面之間的高度差為H，前后鏈輪的中心距距離是L，則位于下方鏈輪處力矩平衡方程為: (4-5)故該爬壁機器人為克服縱向翻轉(zhuǎn)，永磁鐵產(chǎn)生的吸附力為： (4-6)4.1.4橫向翻轉(zhuǎn)圖4.4爬壁機器人橫向翻轉(zhuǎn)示意圖由圖4.4可以看出，重力產(chǎn)生的分力矩使爬壁機器人橫向翻轉(zhuǎn)，無論爬壁機器人向左還是向右翻轉(zhuǎn)，永磁鐵產(chǎn)生的磁力都將抵消重力的分力產(chǎn)生的傾翻力矩。設左右兩個鏈輪中心之間傳動軸的橫向間距為l，左右兩個鏈輪的支持力N1方向都豎直向上，因此發(fā)生橫向翻轉(zhuǎn)的臨界條件為： (4-7)因此，永磁鐵磁力應該滿足： (4-8)4.1.5法向脫離由圖4.1分析可知，當重力的分力大于永磁鐵磁力時，爬壁機器人就會發(fā)生法向脫離。故滿足不法向脫離的條件是: (4-9)對式中分析:當時，機器人的重力方向豎直于水冷壁壁面向內(nèi)，機器人在壁面保持靜止狀態(tài)。有利于爬壁機器人的穩(wěn)定性;當時，重力方向為豎直壁面方向的反方向，機器人被拉離壁面，當墻壁向后傾斜且永磁吸附力大于重力產(chǎn)生的分力時，可防止機器人縱向脫落。4.2永磁鐵的磁力一般要求基于以上靜力分析，確定永磁鐵產(chǎn)生的磁力應保證上訴四種機器人不能在壁面靜止的情況不出現(xiàn)，還要滿足爬壁機器人工作的檢測暗紋時所需要的運動要求。因此可以得出滿足爬壁機器人工作要求的最小吸附力如下所示: (4-10)影響機器人穩(wěn)定可靠運行的因素除了以上四種不能在壁面靜止的本質(zhì)原因外，還受自身驅(qū)動模塊、充斥著有害氣體的工作環(huán)境、高溫等方面的影響。自身因素:機器人運動時直流減速電機會振動，會讓整個機器人都被共振所影響?？刂葡到y(tǒng)的傳感器在在高溫環(huán)境也會增加信號傳遞的延遲。環(huán)境因素:水冷壁由于長期暴露在水蒸氣、二氧化硫等氣體環(huán)境下，表面存在凹槽、破損等，降低了永磁鐵與墻面之間的吸附力。溫度因素:高溫會影響永磁鐵的吸附能力。研究表明溫度高于一定限度后就會導致永磁鐵吸附能力變低。綜上所訴，為了確保爬壁機器人作業(yè)時的穩(wěn)定性以及可靠性，計算永磁鐵最小的磁力時應該引入安全系數(shù)，最小磁力應滿足: (4-11)其中為抗下滑最小許用力；為抗縱向翻轉(zhuǎn)最小許用力；抗橫向翻轉(zhuǎn)最小許用力；4.3豎直面爬行力學分析爬壁機器人在豎直面運動時需要的永磁吸附力是最大的。因此，本文以豎直壁面爬行為例對爬壁機器人進行動力學分析。 (4-12) (4-13)聯(lián)立可得： (4-14) (4-15)其中：是單側(cè)履帶的正壓力，；是兩側(cè)履帶上永磁鐵產(chǎn)生的永磁吸附力，；是機器人自身的重力,；是水冷壁壁面摩擦系數(shù)；是機器人自身的重量，；是機器人運動的最大加速度，；爬壁機器人本體和負載重量，最大加速度，與壁面間的動摩擦因素，帶入可得，能夠滿足吸附要求。為確保作業(yè)安全，計算時要取1.5的安全系數(shù)。第五章爬壁機器人控制系統(tǒng)設計機器人之所以和普通機械相比更為自動化、智能化，是因為機器人擁有控制系統(tǒng)。機器人的主控器就是機器人的腦子，機器人的傳感器就是機器人的眼睛、鼻子、皮膚，機器人的電源就是機器人的心臟，而機器人的電機就是機器人的肌肉，機器人的機架是機器人的骨骼，機器人的齒輪就是它的韌帶。本章將選定機器人控制系統(tǒng)的電子元器件，并完成機器人控制系統(tǒng)的硬件設計。5.1控制對象本設計機器人的主要任務是利用攝像頭模塊和超聲波探傷儀對水冷壁進行檢測。由于水冷壁的結(jié)構(gòu)同其他磁質(zhì)壁面不一樣，不利于選用蓄電池。所以采用直流便攜式鋰電池作為電源，控制方法采用藍牙遠程遙控。機器人的遠程遙控通過藍牙模塊HC-05，工作中必須保證機器人平穩(wěn)運動并檢測出暗縫是否存在，運動通過主軸兩端的2個鏈輪實現(xiàn)。要實現(xiàn)檢測機器人的轉(zhuǎn)向，這需要機器人自身的2個電磁離合器發(fā)揮作用。為了避免機器人撞到其他地方損壞，在檢測機器人前端和后端各安裝1個共2個微動開關(guān)實現(xiàn)緊急停車。為了提高避障的能力，在機器人頂部上安裝2個超聲波傳感器HR-04，避免碰到障礙碰撞。分析得到：機器人的控制對象有藍牙模塊，1個直流減速電機、2個電磁離合器，一個微型攝像頭，2個微動開關(guān)和2個超聲波傳感器共9個控制對象。這9個電子元器件有需要的控制引腳。藍牙模塊需要接通訊串口TXD、RXD，還有VCC與GND。一個直流電機則需要2個I/O口，超聲波傳感器需要2個輸入引腳用來傳遞模擬量的輸入，攝像頭和微動開關(guān)各需要1個I/O口。因此，機器人控制系統(tǒng)的控制對象一共有9個，共需要2個串口的輸入輸出引腳，2個模擬量輸入引腳，一共需要個9個I/O口。5.2控制系統(tǒng)的硬件分析5.2.1主控制器控制器是一種主控設備，可以根據(jù)芯片內(nèi)部程序或按特定順序改變控制電路中電機的啟停、轉(zhuǎn)速甚至方向。此外，一些控制器還可以處理數(shù)字或模擬物理信號。它是決策機構(gòu)中發(fā)出命令的，起著協(xié)調(diào)機器各部分實現(xiàn)整個系統(tǒng)功能的作用。因此，在控制系統(tǒng)的設計中，選擇主控器是最重要的。它的性能決定了控制系統(tǒng)的計算能力、輸入輸出串口數(shù)的上限以及程序存儲和操作的空間。在選擇主控制器時，還應充分考慮控制對象所需的引腳數(shù)。本設計選用了ArduinoNANO的控制器模塊。ArduinoNANO是一個基于MicrochipATmega328p8位微控制器芯片硬件開發(fā)板的開源超小型simpleI/O平臺。ATmega328PNANO的芯片共有32個引腳。其形狀如下圖所示?？刂破髯钔怀龅奶攸c是體積小。該控制器雖然體積小，但功能強，易于實現(xiàn)機器人的輕量化設計要求。根據(jù)MCU引腳的功能，共有8個模擬輸入引腳、22個數(shù)字I/O端口和6個通道。5.2.2遠程通訊模塊選擇水冷壁檢測屬于高空作業(yè)，對檢測人員的身體素質(zhì)和輔助設備的安全要求高，人工成本高，安全風險大。使用遙控器可以大大降低人工檢測的成本，使檢測更加安全高效。遠程控制采用開環(huán)控制，與自動控制相比，具有控制簡單、研發(fā)成本低等優(yōu)點。通過地面控制員的輔助判斷，工作可以順利完成。本設計選用HC－05藍牙模塊作為遙控器與機器人之間的數(shù)據(jù)傳輸通道，通過藍牙模塊的專用控制手柄實現(xiàn)對機器人的遠程控制。該模塊是一臺主從一體機，人們因為它的用途又稱無線串口模塊。與其他無線傳輸模塊相比，該模塊具有連接速度快、使用簡單、成本低、封裝緊湊等優(yōu)點，可以應用于各種場合。產(chǎn)品參數(shù)如下：表5.1HC-05藍牙模塊參數(shù)表控制系統(tǒng)包含一個輸出電壓為3.3V的引腳（17），通過該引腳可以直接訪問主控制器。不需要重新設計穩(wěn)壓電路。使整個控制系統(tǒng)的電路更加簡單，節(jié)約了成本。HC－05藍牙模塊的電路圖如下所示。圖5.2HC-05電氣原理圖5.2.3直流減速電機驅(qū)動模塊選擇TB6612本設計使用8.4V的2S電池電源。因此，考慮工作電壓為7.2-12v的驅(qū)動模塊TB6612FNG。圖5.3TB6612模塊電氣原理圖該芯片來自東芝半導體公司，采用高電流MOSFET-H橋結(jié)構(gòu)，集成度高。它可以同時駕駛直流電機的兩條通道[11]。因此，本設計中的兩個夾緊電機可以由一個電機驅(qū)動，只需控制啟停、正反轉(zhuǎn)，因此接線時不需要連接PWM端口。驅(qū)動模塊如下所示。與其他電機驅(qū)動相比，lv6612的驅(qū)動電流輸出更穩(wěn)定，可以連續(xù)輸出，峰值為0。芯片中集成了低電壓檢測電路和熱關(guān)斷電路，使用更安全可靠[15]。5.2.4數(shù)據(jù)傳輸模塊選擇本設計選用藍牙模塊作為無線數(shù)據(jù)傳輸模塊。由于其使用簡單、適應性強，本設計預留了兩種操作模式：可使用藍牙的智能設備和無線藍牙手柄。智能設備的范圍可以擴展到帶有藍牙的手機或電腦，它們可以與藍牙模塊配對并發(fā)送信號。它們通過藍牙直接與模塊通信，然后通過串口向主控器發(fā)送指令。主控器接收并處理指令，然后直接控制相應對象的動作來完成控制。與其它控制方法相比，該方法不僅簡單快捷，而且成本低廉，使控制更加靈活方便，大大方便了操作人員的工作。5.2.5電磁離合器選擇圖5.4電磁離合器DLD-6B選擇DLD-6B，孔直徑為12mm，A為67.5mm，C為38mm，為53.5mm，是33.5mm，直接和鏈輪聯(lián)接安裝。該電磁離合器高效節(jié)能，高品質(zhì)，低損耗，經(jīng)久耐用。5.2.6超聲波探傷儀和超聲波傳感器超聲波探傷儀采取便攜式RJUT-500,該探傷儀整機尺寸較小，外形尺寸僅，整機質(zhì)量1，內(nèi)置可充電鋰電池，垂直線性誤差范圍，探頭分辨率，性能優(yōu)異。超聲波傳感器選擇SC-SR04。它采用高端運放SGM324，使HC-SR04具有更寬的工作電壓，在同樣的測距下工作電流更小(3mA)，軟件和硬件兼容的優(yōu)點。5.2.7微動開關(guān)微動開關(guān)是一種體積小、開關(guān)行程小的特殊電氣開關(guān)，又稱靈敏開關(guān)。微動開關(guān)產(chǎn)品廣泛應用于各類高壓輸變電、高鐵、自動化設備等電氣控制操作機構(gòu)，特別是在限位開關(guān)的電力機構(gòu)。微動開關(guān)產(chǎn)品作為開關(guān)控制和聯(lián)動的重要附件，對機構(gòu)的穩(wěn)定運行起著極其重要的作用[12]。在本設計中，在墊塊上安裝微動開關(guān)，幫助判斷夾爪墊塊與桁架管壁的緊密接觸，防止機器人滑動造成損失?？紤]到安裝尺寸和使用環(huán)境，選擇手柄長度為13.5的小型微動開關(guān)。開關(guān)參數(shù)是1A和125V。形狀和尺寸如下圖所示。圖5.6微動開關(guān)外形及尺寸圖5.2.8攝像頭模塊為了保證后續(xù)使用的便利，本設計采用了ESP32-CAM攝像頭模塊，該模塊工作可靠。它具有天線切換、濾波器管理、電源模塊等功能，廣泛應用于無線控制和物聯(lián)網(wǎng)。攝像頭模塊支持視頻、程序控制和Wi-Fi圖像上傳。下圖顯示了esp32CAM攝像頭模塊的形狀和尺寸規(guī)格。圖5.7ESP32-CAM攝像頭外形及尺寸5.2.9主控制器引腳分配在選擇了控制系統(tǒng)的硬件后，就需要分配整個系統(tǒng)主控制器的管腳和每個控制對象所需的管腳。確保各硬件能正常使用，同時也保證主控制器引腳分配合理。最后，將各設備與主控制器相應的引腳連接，得到整個檢測機器人的狀態(tài)。單片機的引腳分配如下表5.2所示。表5.2I/O口分配表元器件名稱I/O口分配情況I/O口控制要求HC-05藍牙模塊D0,D1UART串口通訊TB6612電機驅(qū)動模塊D7,D8高低電平輸出HC-SR04-1A4,A5模擬量輸入HC-SR04-2A6,A7模擬量輸入ESP32-CAMD13高低電平輸出、數(shù)字量輸入微動開關(guān)1D11高低電平輸出微動開關(guān)2D12高低電平輸出電磁離合器1D2,D3高低電平輸出電磁離合器2D5,D6高低電平輸出然后用AutoCAD對控制系統(tǒng)引腳圖進行繪制，得到圖5.8如下所示：圖5.8控制系統(tǒng)引腳圖5.3控制系統(tǒng)程序設計在控制系統(tǒng)，軟件和硬件密不可分。硬件決定了機器人控制系統(tǒng)能實現(xiàn)什么樣的功能，而軟件即程序則是控制硬件按一定邏輯運行，相互配合完成給定任務的關(guān)鍵。它們就像人體的肌肉和血液。沒有任何一方，他們都不能工作。它們是控制系統(tǒng)都不可缺少的一部分。本章節(jié)在現(xiàn)有機器人硬件的基礎上完成控制系統(tǒng)的軟件設計。設計的主要內(nèi)容包括機器人狀態(tài)流程圖和程序流程圖的研究，以及機器人關(guān)鍵控制流程控制程序的編譯。5.3.1機器人狀態(tài)流程圖機器人在整個運動過程中需要滿足的動作有三個，即在壁面上爬行、通過傳感器避障、探測并拍攝圖片。通過可使用藍牙的智能設備，在機器人工作前先確定藍牙是否連接，然后確定好機器人的初始狀態(tài)[13]。機器人總體控制流程圖如下：圖5.1機器人整體控制流程圖因此我們要在藍牙控制以前，先確定機器人初始狀態(tài)，確定機器人的各個參數(shù)初始值的定義，以便后續(xù)檢測時可以獲得正確的反饋量來調(diào)試程序。接下來，根據(jù)機器人預定動作確定每個控制對象的狀態(tài)流程圖。1、初始化機器人，檢查藍牙模塊HC-05能否數(shù)據(jù)傳輸藍牙模塊成功連接決定機器人是否能夠接收到地面操控者的指令，所以這是整個機器人是否能夠被控制的基礎。所以在機器人啟動以后最首要的任務便是調(diào)整初始狀態(tài)，檢查藍牙模塊是否連接成功。機器人藍牙模塊上電狀態(tài)流程圖如下：藍牙模塊的成功連接決定了機器人能否接收地面控制器的指令。這是整個機器人能否被控制的基礎。所以機器人啟動后，最重要的任務就是先初始化機器人，再檢查藍牙模塊是否成功傳輸數(shù)據(jù)。機器人藍牙模塊上電流程圖如下所示:.圖5.2上電時狀態(tài)流程圖2、控制機器人在壁面運行機器人的動作應在藍牙初始化和成功連接后開始。為了避免機器人在控制過程中的控制中斷，機器人的前進和后退都由手機控制。當發(fā)送指令向前或向后移動時，電機會向前或向后轉(zhuǎn)動。機器人運動狀態(tài)流程圖如下：圖5.3前進后退狀態(tài)流程圖3、控制機器人運動方向的改變作為履帶式機器人，它的左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)通過一側(cè)履帶速度減慢甚至降為0而另外一邊速度不變實現(xiàn)左轉(zhuǎn)或者右轉(zhuǎn)。所以機器人的轉(zhuǎn)向完全可以通過電磁離合器的通電斷電來實現(xiàn)。機器人轉(zhuǎn)向狀態(tài)流程圖如下。圖5.4轉(zhuǎn)向狀態(tài)流程圖控制機器人避障作為爬壁機器人，在運行到頂部的時候需要停止運動和作業(yè)，這些功能的實現(xiàn)需要超聲波傳感器、微動開關(guān)的合作。機器人避障狀態(tài)流程圖如下。圖5.5避障狀態(tài)流程圖控制機器人采集圖像本設計采用ESP32-CAM攝像頭，該攝像頭拓展性好，體積小，節(jié)約空間，還可以進行編程提升功能。攝像頭只需要在指定位置接收到指令后收集圖片，因此ESP32-CAM能夠滿足要求。機器人采集圖像狀態(tài)流程圖如下圖5.6所示。圖5.6采集圖像狀態(tài)流程圖5.3.2機器人關(guān)鍵流程機器人程序控制主要分為兩部分，即主機（ArduinoNANOV3．0）和從機（手機）。兩部分的總體控制流程如下。圖5.7機器人關(guān)鍵流程圖主從機通過HC-05藍牙模塊進行串口通訊，從機將點擊屏幕時對應的指令通過串口發(fā)送給主控制器，主控制器處理指令后，執(zhí)行相應的程序來控制機器人在水冷壁上完成指令工作。主機和從機通過HC－05藍牙模塊執(zhí)行串口通訊的操作。從機在點擊屏幕時通過串口向主控制器發(fā)送相應的指令。主控制器對指令進行處理后，執(zhí)行相應的程序，控制機器人完成對水冷壁的檢測工作。第六章總結(jié)本文設計了一種適用于火電廠水冷壁暗縫檢測爬壁機器人，實現(xiàn)了機器人的自主爬行和避障。本文完成了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設計、關(guān)鍵部件設計和控制系統(tǒng)硬件設計。在設計過程中，本文采用比較法最終選擇了火電廠水冷壁爬壁檢測機器人的結(jié)構(gòu)方案，并利用Solidworks三維軟件輔助零件設計。在此過程中，綜合運用材料力學、理論力學和機械設計、機械原理和智能控制等相關(guān)知識，目的是設計實現(xiàn)輕量化、智能化。該機器人結(jié)構(gòu)輕巧，布局合理。它可以替代傳統(tǒng)的人工檢測，實現(xiàn)圖像的遠程采集和暗縫的檢測，降低火電廠水冷壁的檢測安全風險，使暗縫的檢測更加安全高效，降低檢測和機器人維護成本。它不僅對降低水冷壁的檢測成本和安全風險，而且對提高檢測質(zhì)量和可靠性具有深遠的意義。但是，由于本人理解的有限，本設計還存在一些不足之處，如程序設計不完整、缺乏實際測試等。建議今后的研究重點應放在機器人控制方案和實際使用中的調(diào)試優(yōu)化上，可以采用更嚴謹?shù)倪\動學分析或有限元分析方法繼續(xù)深入研究。參考文獻R.Aracil,R.saltaren,O.ReinosorallelrobotsforautonomousclimbingalongtubularstructuresRoboticsandAutonomousSystems,2003(42):125--134.[2]ALKALLAMG，MOHAMEDA．Anovelpropeller-typeclimbingrobotforvesselsinspection［C］∥2015IEEEInternationalConferenceonAdvancedIntelligentMechatronics，Korea，2015:1623－1628．[3]SivaMF,BarbosaRS,OliveiraALC.ClimbingRobotforFerromagneticSurfaceswithDynamicAdjustmentoftheADhesionSystem[J].JournalofRobotics,2012.[4]SuzukiM,KitaiS,HiroseS.Newtypeschildunitsofanchorclimber:Swarmtypewallclimbingrobotsystem[C]//IntelligentRobotsandSystems,2007.IROS2007.IEEE/RSJInternationalConferenceon.IEEE,2007:1781一1786.[5]周立.輪式超聲檢測爬壁機器人結(jié)