2023年爬壁机器人机器人外文翻译-爬壁机器人的发展.docx

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爬壁机器人的发展
摘要——很长时间以来,人们希望能够利用爬壁机器人来营救墙壁检测和灭火,在我们的试验室里已经研制了四种特别不同的机器人,第一种机器人有一个大的吸附器其利用了与气垫船相反的原理;其次种有两足行走,并且每足上有一小吸附器;第三种通过驱动器的挤力在不规则的垂直墙壁上移动,这是一种墙体驱动机器人;第四种可在必要的时候短距离跃入空中,这里将探讨这些机器人的机构和限制系统。
1、介绍
很长时间来,人们期望机器人能够在垂直的墙壁上移动,它可用在高楼大厦里来营救墙壁检测和灭火,在过去的二十年里,我们试验室研制了四种完全不一样的爬壁机器。第一类有大的吸附器和爬行器作为移动机构,这种被称为大吸附器机器人。最近,在日本,已发展出许多种类的这一类型机器人用于检测墙壁。这里将探讨与在吸气和风扇转动间相适用的机构和空气动力学。
其次种类型是双足行走机器人,每足上有一小吸附器而被称为双足机器人,这里也将探讨其机构和限制系统,并给出一模拟探讨,由于这里模型适用于几乎全部的不规则墙面,它比第一种应用范围更广。
通常而言,行走运动不是很快,因此行走机器人爬行到墙的高处将耗费许多时间,然而,又须要这样一种机器人,它能在短时间爬到建筑物的高处,为了紧急的目的,例如携带救援工具或者给建筑里灭火。第三种机器人旨在达到这些目的,它有驱动器,这些驱动器的垂直墙面的挤力减小微弱,这样能够利用轮与墙间的摩檫力并支撑机器人自身。这是一种墙体驱动机器人。有时候意外的强风会发生在高层建筑物的墙体上,在这种状况下,用来弥补风的力气的限制系统,对于避开让机器人从墙上掉下很重要,这种状况已经在[6,7]里简洁的探讨过。
通常在建筑物的低处有许多障碍,比如树,屋檐,入口等等。在这些状况下,假如机器人能够飞跃这些障碍并到达上面的墙面将很管用,另外假如机器人意外地从高处的墙面上掉
落,制作一软着陆来避开危害自身或四周环境很有必要。这些目标可通过用能使其飞的机构和限制系统来完成。由于墙壁驱动机器人有足够的挤力来支撑其自身,它可改造成一种能够飞或着陆的新的机器人。这是第四种模型,其机构和限制系统将被探讨,并提出其操纵实力的模拟探讨。
2、大吸附器机器人

很久以来,人们期望研制出能够在高层建筑的垂直或悬空的墙面,或者巨轮的侧面等上面移动的移动机器人。然后,这种机器人能用来代替人搬运营救工具或做其它工作。为了实现这种机器人,须要用来支撑机器人或使其在墙上向上移动的摩擦力。磁力或真空压力可产生指向墙面的固定力,轮子或履带都可用作在平且宽的垂直墙面上的移动机构。1966年研制出了一台大吸附器机器人(如图1所示),当用机器人在墙上移动时从吸附器的外围空隙中吸取了少量的空气。利在吸附器的外围安装一刷子和(或)弹性围罩来减弱空气流和保证吸附器内部足够的负压,它能在不规则的小墙面上移动。这个模型的机构和尺寸如图2所示:离心风扇由小引擎驱动,履带由直流电动机驱动。
图1大吸附器机器人

在墙上的固定力是负压和吸附器面积乘积;
F=PA(1)
1引擎○2皮带轮○3驱动电机○4刷子和围罩○
5直流电机○6履带轮○7风扇○8燃料箱○
图2大吸附器模型的结构示意图
图3大吸附器机器人的滑动及脱落的平安区域
下面是避开滑动和掉下的条件:
μ
(2)F/W>1
F/W>h/R
(3)
这里W是机器人的净重,μ是摩擦系数,h为墙面到重心的距离,R为吸附器中心到最低支撑点的距离。
假如机器人在条件
h/R
(4)
下设计,掉下可以避开。这些关系如图3所示,每个曲线的上半区域为平安区域。

由于用来支撑机器人在垂直墙壁上的固定力与风扇性能干脆相关,因此,它们之间的匹配特别重要,风扇性能(粗实线)和在有效误差δe下的匹配线(点杠线)如图4所示:横坐标代表空气流质量Q,纵坐标是负压P和固定力F,并且每条曲线的参数是临界速度n,常量引擎节流的工作曲线由通过点Z,Y,X的曲线表示,在粗糙水泥墙面上得到所需最小负压测量为P=35mm水柱。
由于模型的净重W=44kgf,摩擦系数μ=,点W,V,U是各误差δe的所需最小必需压力。例如,假如风扇在点X以大误差δe=,最小压力大约为15mm水柱,来自点X与U之间的中点,因此,这种模型在更小摩擦系数的墙面上移动是危急的。
图3大吸附器机器人的风扇性能图
误差的突变取决于由墙面的不规则所导致对应的空气质量流和之后负压的改变。风扇的旋转速度始终改变至引擎和风扇间的达到力矩平衡。这种关系如下:
IΩ=ηmTE-TF
这里I是引擎和风扇旋转部分的惯性矩,Ω为风扇的角速度,ηm为引擎和风扇之间的机械效率,TE为驱动力矩,TF为风扇所需的
矩。假如误差从δe=,风扇工作曲线通过X-Z′-Z。另一方面,假如误差增加,通过Z-Y′-X′-X。因此,间隙的突然增加过程中,负压比终点X处要大,故在改变过程中可获得足够的力。

总体平安条件归纳如下:
(a)脱落是致命的,因此应避开运用公式(4)的条件。
(b)在吸附器的外部削减空气泄漏有用的。
(c)由于间隙的突然增加,负压改变有肯定的时间滞后,因此引擎应当短时间打开以使补偿吸附器里的足够压力。
3、两足行走机器人
3、1行走机构
图5双足行走机器人的结构
现在地面上行走机器人有许多种类型的行走机构,例如两足定位,四足的,六足的等等。类似的,现在爬墙机器人也有许多种机构。
垂直轨道斜轨道
图6行走运动
Theinversekinematicsanalysisof3-
polygonallineseamofcontainer
Yu-QiangZhang-HuaMaoZhi-weiYeJian-xiong
(Robot&WeldingAutomationKeyLaboratoryJiangXiNanchangUniversity,Nanchang,330029)Abstract:Toresolvetheweldingproblemexistinginripplepolygonallineseamofcontainer,wedevelopa3--robotbasedonD-,thethreejointsofrobotshouldactcoordinately,,anditisverifiedbymeansofsimulationinMATLAB.
Keywords:3-;inversekinematics;actcoordinately;weldingposture
0.
Introduction.

Whenwelding,,,intheweldingprocessofripplepolygonallineseamofcontainer,,,thispapermakeaninversekinematicsanalysisofthedesigned3-,whilemakingsureoftheweldingtorchmovementalongthecurveofweldseamwithanconstantspeed,thusimprovetheshapingoftheweldseamandthenmakesuretheweldingequality.
-
-.
Thisrobothavethreemovementjoints:abouttranslatebetweenrightandlefttheweldingrobotmainbody1;abouttranslateupanddownthecrossslide2;.
-.

-.
,theweldingtorch(whichispresentedbyadarkpointattheendofmovementjoint3),.

Inordertoportraythemovementsofeachjoint,adeccarectangularcoordinatesystemisestablishedforthemovingmechanismoftherobot,.{0}isthebasecoordinatesystem,{1},{2},{3}arethemovingcoordinatesysytemsestablishedontherobotmainbody,{1},{2},{3}.
Wecouldportraythecoordinatevalueofapointof{B}in{A}byusingequaltimecoordinate
、A
1
22T、3T.
é1ê00ê1T=ê0êë001000l0+S1ùé10ê0100ú1ú,2T=êê001Zúêú01ûë0000ùécqêsq0L1+S2ú2ú,3T=êê010úúê01ûë0-sqcq00
t00ù0L2úú10úú01ûWherel0,L1,L2representtheinitialdistancesbetweeneachcoordinatesystemseparately;S1,S2arethedisplacementof{1},{2}incertaintimet-t0,andS1=òt
t0v1t,S2=òv2dt,V1,V2arethet0
speedofthezeropointof{1},{2}separately;θistherotatedangleofthethirdmovementjoint;cq=cosq,sq=sinq