吸附型壁面攀爬机器人研究（可复制）.pdf

要摘壁面攀爬机器人因其在垂直陡壁或高空极限空间作业的特点,已被广泛地研究并应用于清洗、消防、检测等多个行业。本文主要针对壁面攀爬机器人完成以下研究工作:首先通过追溯国内外壁面攀爬机器人研究的历史背景、总体类别与特点以及分析以后的发展态势,总结出壁面攀爬机器人的研究特点和关键技术所在。在吸附型壁面攀爬机器人机构设计方面,提出一种真空吸附式壁面攀爬机器人的设计方案。该机器人采用足脚式移动机构,并采用一种由真空泵驱动的壁厚变化的软吸盘机构。在完成机构概念设计的基础上,文章介绍了建模功能和建模方法。以腿部机构为例,详细介绍该机器人在平台下的零件和装配体设计,并在仿真平台下进行仿真和结果分析。本文对常见步态形式进行了分析,随后设计并详细阐述了该机器人周期型步态及其实现途径。在控制系统设计上,文章首先分析了运动控制系统中腿部机构的驱动器的控制原理与方法,并提出实际壁面攀爬机器人采用的控制方式。其次对足脚式壁面攀爬机器人的真空吸附方式进行分析和比较,并采用气流断续的控制方式。最后,基于刂瓶ǹ7⑼瓿闪吮诿媾逝阑魅丝刂葡低橙碛布关键词:壁面攀爬机器人,机构设计,步态规划,控制系统西北工业大学硕十论文摘要
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第一章绪论课题研究背景机器人是近代电子技术与传统的机构学相结合的产物,是计算机科学、控制论、机构学、信息科学和传感技术等多学科综合性高科技产物,它是一种仿人操作、高速运行、重复操作和精度较高的自动化设备。机器人技术的出现和发展,不但使传统的工业生产和科学研究发生根本性的变化,而且将对人类的社会生活产生深远的影响。对于机器人的分类,目前国际上没有统一的标准,我国的机器人专家按照机器人的应用领域将机器人分为工业机器人和特种机器人两大类。其中,壁面攀爬机器人是一种能够在垂直陡壁或者高空极限位置进行作业从而服务于人类的特种机器人。目前,壁面机器人已经在建筑业、核工业、消防部门、石化行业以及造船业等多个行业领域得到研制和应用。随着社会的发展,在现代都市中,高层建筑越来越多,各种各样的摩天大楼成为现代都市中一道亮丽的风景。许多开放性城市都规定,每年应对高楼进行定期清洗。长期以来,对高层建筑的清洗工作主要是由人工完成的。清洗工人搭乘吊蓝或腰系绳索进行高空擦洗,这种“一桶水、一根绳、一块板”的人工作业方式效率很低,清洗一幢大楼有时要耗时数天乃至数十天,耗资巨大,而且稍有不慎就会出现事故,造成伤亡。近几年来,随着科学技术的发展,这种状况已经有所改善。目前在台或吊篮搭载清洁工对大楼进行清洗,或者在设计建筑的时候考虑清洗系统。但是这种改善的方式对建筑本身有一定的要求,起到的作用非常有限,因此,人们迫切希望能设计制造出一种可以完全代替人工完成高层建筑清洗任务的装置。与此同时,越来越多的高层建筑也给人们带来了不少安全隐患。当前,层出不穷的高层建筑火灾已经一次又一次地向人们敲响了警钟,但是由于高层建筑物的内部火情现场情况难以观测,而且传统的消防手段和开始应用于地面的消防机器人在高层建筑的消防救灾工作中受到了很大的限制,如云梯到达高度有一定限制,地面高压水枪,灭火弹射程有限,不能精确定位等,因此,研制一种能够适用于高层建筑的消防机器人也已经成为急时之需。在核工业、石化行业以及造船业等领域的某些特殊作业环境中,存在着一系列操作复杂、环境恶劣等严重限制人类作业的因素,因此人们也更多地寄希望于西北荡笱妒柯畚‘
壁面攀爬机器人的分类及特点国内外壁面攀爬机器人的研究概况按应用领域分,主要可分为壁面清洗机器人、壁面检测机器人、、测厚及焊缝探伤、圆柱形大罐或球形罐的内外壁面进行检查或喷砂除锈、喷漆防腐、喷涂船舰体的内、外壁等工作,从而达到完成操作同时保护人类自身安全的双重目的。壁面清洗机器人是以清洗高层建筑为目的的壁面移动机器人,它的出现将极大降低高层建筑的清洗成本,改善工人的劳动环境,提高生产效率,也必将极大地推动清洗业的发展,带来相当的社会效益、经济效益;壁面消防急救机器人在消防部门可以开展传递救援物资、进行救援的工作,有效降低高层建筑突发事件中造成的生命财产损失;同时,在其他一些工业领域,壁面检测机器人、壁面喷涂机器人、壁面清污机器人等也起到代替人类在高温、高压、有毒、浓烟、放射性等艰险恶劣的环境中完成复杂作业的作用。因此,国内外多家研究机构都在积极开展此项研究工作。我