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结题报告

大学生科技创新计划项目结题报告

项目名称：

小型爬墙机器人研究

项目级别：

■国家级□市级□校级

项目负责人：

专业班级：

测技术与仪器控1001班

指导教师：

项目所属学院（系）：

仪器科学与光电工程学院

项目起止时间：

2013年3月至2013年12月

填写日期：

2013年12月20日

二零一三年六月

一、项目基本情况

项目意义：

本项目模拟设计一种双足爬墙机器人装置。

该装置可完成在墙面上或者玻璃镜面上的移动、避障等功能。

本机灵活多变、适用于不同的工作环境。

对该项目加以改进和清洗装置的结合可以达到解放传统人工在高楼上的擦洗，粉刷等诸多工作，既保障了人员的生命安全，同时节省了劳力，成本等。

1、

研究内容：

1、收集资料：

按照计划完成情况良好。

（1）机械结构部分：

通过对相关书籍的借阅和文献收集、整理、总结，初步形成小型爬墙机器人的整体结构和运动模式及具体实现的技术路线；

（2）控制部分：

根据相关书籍和对单片机编程的资料整理，完善对机器人的智能控制；

（3）可行性分析：

根据现有的技术路线、方案设计对研究可行性进行分析，改进方案。

2、研究总结，形成的技术路线：

已初步达到预计吸附、运动模式。

经过研究试验设定为每足设置三个真空吸附足盘，由舵机和机械装置组成的机械臂在传动与控制系统的控制下，沿着一定的角度和方向交替伸缩，并与电磁阀控制下的真空泵结合实现爬墙动作；

3、具体设计实施：

通过将整体研究方案分为四部分，逐步研究解决

（1）整体外观设计：

顾及机器人工作环境的复杂性，以及机器人的设计功能，利用仿生学，将机器人设计成类似于蜘蛛等爬行生物的结构外形，以达到在窗户上自由爬行的目的，并且考虑到自身承重问题，将其身体部分所占比例尽量缩小，从而减小气泵吸附装置以符合，可以达到省电、安全等辅加功能。

设计设想部分承重结构需用特殊材料制成，其余辅助材料初步设计采用轻质材料加工组装合成，外观在满足设备承重要求的前提下做到小巧精美；

（2）传动系统：

本装置，采用机械手臂支撑与气泵吸附装置配合实现机器人在墙壁、窗户上的固定与移动功能。

利用手臂相互配合，实现机体在工作表面的支撑及行走。

同时，拟采用舵机带动机械腿仿照迈步运动方式。

（3）气泵吸附机构的设计：

采用多个小吸盘连接潜入大盘中以实现在不平整表面的工作过程。

通过真空泵将吸盘中空气抽走，达到真空，迫使外界压力将装置压紧在玻璃面上，达到工作体的固定功能。

（4）控制结构设计：

主要利用单片机，加上相应的传感器与驱动器件、无线数据传输接口等，实现机器人所有位置的检测和远程控制。

合并完成对机器人的位移测控和简单作业控制功能。

核心是单片机控制系统，主要包括以下几个部分：

主要特色：

所设计的爬墙机器人可以跨越墙面上存在的微小障碍以及可以选择性回避部分障碍物。

所设计的爬墙机器人可以通过无线数据传输的方式进行遥控；

所形成的爬墙机器人的总体结构、以及传动控制系统有别于已有的各种爬墙机器人，例如将不会采用已有爬墙机器人广泛采用的四吸盘式构成。

二、项目成员

三、项目完成情况

指标类型

计划研究成果

实际完成情况

项目的具体成果

完成小型爬壁机器人在墙面上的吸附、自动爬行和避障功能。

能初步完成小型爬墙机器人在墙面上的吸附和单臂移动前进功能，避障爬行功能能仿真实现，具体实施过程有待调试改进。

成果的应用情况及效果

本机设计计划特征灵活多变、适用于不同的工作环境。

对该项目加以改进和清洗装置的结合可以达到解放传统人工在高楼上的擦洗，粉刷等诸多工作，既保障了人员的生命安全，同时节省了劳力，成本等。

机器人剩余负载允许情况下，机身上架构简单清洗装置，并实现简单的清洁功能。

四、项目最终成果简介

1、主要电路仿真模拟电路图：

（1）USB转串口模块

（2）电源模块

（3）单片机管脚拓展

（4）继电器控制模块

（5）驱动电路

2、主要控制程序：

主程序：

给变量循环赋值的主程序：

确定管脚信号：

计时中断子程序：

3、主要零部件实物拍摄：

电路板

单片机

电池：

吸盘：

调速真空泵

3、机械结构原理图：

初步设计时计划绘制的机械结构原理图，其中关节驱动部分采用的是电动机，在后来的研究实验和改进中，将电动器驱动改进为舵机控制驱动，既达到了减小机器人结构重量的问题也解决了对机器人移动距离和转动角度的精准控制。

初步设计时计划绘制的仿真模拟爬墙动作，利用真空吸附装置保证机器人在墙面的固定，配合舵机控制部分完成机器人在墙面的行走和其他要求作业。

经过改进设计和实际调整，做出CAD机械图如下啊：

4、实际组装情况和测试调整：

初步组装成果：

单臂吸附称重测试，袋中装有盛满水的矿泉水瓶2瓶，及所有其他机械结构零件。

单臂称重测试

双臂组装完成图

机器人爬行测试

双臂同时吸附使机器人在墙面停留

五、项目经费使用情况

学校批准经费：

20000元

经费名目

预算金额

（元）

支出金额

（元）

差额

（元）

差额原因

材料费

17000.0

16440.0

560.0

项目完成良好有结余款项

测试化验加工费

3000.0

2980.0

20.0

商家定价标准严格

差旅费

图书资料费

论文出版费

合计

20000.0

19420.0

580.0

项目完成良好有结余款项

经费结余580.0元

六、指导教师考核意见

签字：

年月日

七、学院（系）验收意见

评审指标

优

合格

不合格

（1）项目完成情况

（2）项目对学生的研究能力与创新能力培养

（3）项目实施的自主性和团队协作性

（4）项目经费使用情况

（5）项目答辩情况

（6）项目成果的应用价值及特色

（7）项目实施支撑材料情况

（8）项目总体评价

验收评语：

学院（系）工作小组组长签字：

学院（系）盖章：

年月日