爬壁机器人研究现状及发展趋势

爬壁机器人是指能够依附在物体的表面进行多自由度移动并完成作业的机电系统,特别适用于执行特殊任务,因而具有良好的应用前景和广泛的市场需求。根据黏附机理的不同,爬壁机器人可分为负压吸附、静电黏附、仿壁虎干黏附、仿生湿黏附等类型。从黏附机理、应用范围以及黏附特点三个方面概述了爬壁机器人领域的国内外研究现状,为统一分析比较不同种类爬壁机器人的负载性能,提出基于比黏附能密度的机器人整体黏附性能分析方法,并为解决其大负载和小体积之间的矛盾提出新的材料和结构设计思路,分析微型爬壁机器人在航空发动机故障检测领域的应用前景,总结出其在材料智能化、驱动新型化、体积小型化和黏附机理协同化等方向的发展趋势。     

两足步行爬壁机器人控制系统的研究

本文提出了一种新的具有七个自由度的两足爬壁机器人，该爬壁机器人具有重量轻，控制精度高，速度快等特点。     

仿壁虎机器人地壁过渡步态规划与运动仿真

针对传统仿壁虎机器人空间运动能力不足、空间运动步态方法的可行性问题,基于仿生学原理,设计了一种具有腰关节的每条腿具有三个自由度的四足仿壁虎机器人,对仿壁虎机器人的结构进行了正运动学和逆运动学的分析,建立了各关节角度和机身空间坐标系下各参量之间的关系,在地面与墙壁交角为90°的工况下,根据其关于纵向平面对称的结构特点提出了一种对称式地壁过渡步态方法。在Matlab软件上对该步态方法的可控性进行了评价,利用各关节角度与各参量之间的函数关系编程得到了地壁过渡过程中各关节角度、角速度曲线,并在Inventor环境下进行了运动学仿真实验。研究结果表明,各关节角度、角速度均在允许范围内,且角度函数一次连续,验证了结构的合理性和步态的可行性。     

一种仿尺蠖爬壁机器人设计与分析

针对在粗糙壁面和天花板上爬行的应用需求,提出一种仿尺蠖爬壁机器人。机器人采取与尺蠖类似的运动方式,两足交替抓附在壁面上,通过躯体屈曲-伸展动作完成前进、后退、壁面过渡运动。分析了尺蠖腹足对抓的原理,设计了仿生爪刺对抓足;对机器人爬壁过程进行了静力学和运动学分析;研制了机器人样机,并开展了爬壁性能实验测试。结果表明,仿尺蠖爬壁机器人可以实现在粗糙壁面、天花板上爬行,具有壁面间过渡的能力。     

一种仿壁虎机器人侧向地壁过渡方式及步态

壁虎身体沿脊椎轴的两个方向都具有很好的柔性,为实现多种地壁过渡提供了可能,然而壁虎更乐意采用侧向过渡方式。由于所研制的仿壁虎机器人结构的体长方向刚度远高于体宽方向刚度,因此其侧向地壁过渡是一种较好的方式。采用软件联合仿真,提出并规划了一种侧向地壁过渡步态方式,并得到其过渡时的步态运动序列和各关节旋转角度。     

油罐容积检测用爬壁机器人控制系统研制

本文讨论了爬壁机器人的控制系统设计。该机器人为石油油罐测量专用机器人。文中阐述了该机器人控制系统设计需考虑的几个问题，介绍了该系统的软、硬件。     

仿壁虎爬壁机器人的语音识别及语音回放系统研制

随着人们对工业生产便捷性的需求日渐增强,人工智能技术一直保持着发展的动力与活力,因此与语音识别技术相结合的机器人控制拥有良好的发展前景。这里将语音识别技术应用于仿生壁虎爬壁机器人的控制中,研制一种仿壁虎爬壁机器人的语音识别及语音回放系统。语音识别方式采用模板匹配法以适合爬壁机器人使用者的语音识别系统输入命令的特点,降低了控制系统对存贮容量的要求,同时提高了处理速度。语音回放模块使用结构简单的APR9600语音录放芯片,可获得较好的音质效果。     

立式油罐容积检定爬壁机器人控制系统研制

立式油罐是石油、化工等行业油品储运的重要容器,因此其容量计量的准确度至关重要。该文针对立式油罐容量测量的实际需要,研制一种小型的立式金属罐爬壁机器人代替人工检定。其测控系统以单片机89S51为核心,并配备多种传感器,实施遥控操作。现场实验表明,该机器人自动化程度高、运动稳定可靠、定位精度高,大幅度提高了油罐检定效率。     

形状记忆合金驱动的小型双足爬壁机器人

主要设计了一个以形状记忆合金作为驱动器的微型爬壁机器人并对其进行了介绍和讨论。小型双足爬壁机器人采用对称式的结构,两臂末端安装真空吸附盘进行吸附爬壁,并以形状记忆合金弹簧(SMA)替代传统的电机作为机器人的驱动元件,简化了驱动结构,同时也减轻了重量。利用DSP对形状记忆合金的通电加热控制,并根据机器人步态规划输出不同控制信号,从而实现对小型双足爬壁机器人的运动控制。通过样机的制作验证了SMA驱动小型爬壁机器人的可行性。     

微型爬壁机器人研究的关键技术

首先论述了微型爬壁机器人的发展背景及与传统爬壁机器人的区别。然后对微型爬壁机器人研究的国内外现状及关键技术做了详细分析。     

基于LPC2103的仿壁虎机器人控制系统设计

仿壁虎机器人要实现空间三维表面运动能力,对控制系统的智能微小化具有更高要求。本文基于大壁虎的结构和运动特点,设计了一种仿壁虎机器人,其硬件采用以LPC2103为核心的机器人控制系统,利用该芯片的4个定时器,产生12路PWM波控制机器人各关节运动,同时与设计的无线通信模块组成完整的仿壁虎机器人运动控制系统。实验结果表明,仿壁虎机器人的12自由度关节运动控制平稳,能够实现稳定爬壁运动。该仿壁虎机器人控制系统在实时计算能力、存储容量、外设扩展性以及小型化上都有着较好优势。     

阶梯攀爬机器人结构及控制方案设计

针对阶梯攀爬机器人工作过程中的楼梯攀爬及避障问题,对阶梯攀爬机器人机械结构、机器人阶梯攀爬方式、差速驱动方式下机器人运动方程进行了分析,对阶梯攀爬机器人行驶过程中障碍物检测、避障控制策略进行了研究;基于模糊控制原理,建立了阶梯攀爬机器人模糊避障规则,提出了一种基于MC9S12XS128单片机以及超声波传感器的阶梯攀爬机器人障碍物检测、避障及楼梯攀爬控制系统,并利用所研制的阶梯攀爬机器人样机进行了机器人避障、楼梯攀爬测试。测试结果表明,基于变形轮与行星轮相结合的阶梯攀爬机器人机构可以实现阶梯攀爬机器人避障及攀爬楼梯的功能,控制系统可以准确、迅速判断障碍物以及楼梯所处位置,并依据所建立模糊避障规则完成避障及楼梯攀爬任务。     

气动爬行机器人设计

该文提出以气压传动系统作为动力驱动的平面爬行机器人,分析设计机器人的爬行动作与步距,机器人的机械结构,气动系统,以及PLC控制系统,并进行软硬件的调试.气动爬行机器人采用爬虫步距式,可以绕开一定障碍物,对地形的适应力较好,对地面材质也没有特殊要求.爬行机器人采用PLC控制系统,集成度高,安全可靠,有一定扩展性.     

基于三维力反馈的仿壁虎机器人单腿运动控制

分析了仿壁虎机器人机构,建立机器人单腿的运动学模型,并通过代数法求逆解.静态标定三维力传感器并计算分析了传感器解耦矩阵,设计了力信号放大和滤波电路.建立足端黏附材料的弹簧模型,采用增量式关节运动方式,设计了足端三维力反馈控制算法.在Quanser的半实物仿真平台上验证了三维力反馈控制算法.实验表明仿壁虎机器人对足端三维力控制性能良好,三维力反馈控制算法可行,为具有力感知的仿壁虎机器人实现爬壁运动奠定了实验基础.     

基于SolidWorks的巡线机器人机械本体设计及越障运动仿真

巡线机器人对高压架空输电线路的检测与修复是一种安全,可靠,高效的检测方式.机器人的机械本体结构是整个系统的基础,也是目前主要的技术障碍之一.首先介绍了巡线机器人机械本体的设计要求和关键技术,然后详细描述了基于SolidWorks软件平台设计的一种带有轮式爬行驱动及夹紧装置,过障碍物时可仿人攀援的多关节新型巡线机器人.最后,针对这款机器人运用Solidworks COSMOS Motion动力学插件进行运动仿真,通过跨越高压电力线的常见障碍物来验证该设计方案的可行性.     

斜拉桥缆索检测机器人爬行机构中拉簧的设计

提高斜拉桥缆索检测机器人对缆索表面的夹持能力是改善机器人工作可靠性研究中的一个非常重要的内容。根据这一需求,介绍了缆索检测机器人的爬行机构,重点对爬行机构中上、下推杆的拉簧进行了设计和验证,并通过样机试验,证明了上、下推杆拉簧工作的可靠性,为提高缆索检测机器人的夹持能力,以及改进机器人总体性能提供了一定的参考依据。     

双向清洗系统研究及其在爬壁机器人上的应用

针对建筑物玻璃幕墙的清洗要求和目前机器人只能单向清洗作业的实际情况,开发了一种与爬壁机器人配套使用、具备双向作业及污水回收净化循环利用功能的清洗作业系统,大幅提高了作业质量、作业效率和节能环保性能.清洗系统不但适用于已有的爬壁机器人,也可与具有较强吸附运动功能及壁面适应能力、但在垂直于壁面方向有一个移动自由度的轮腿式爬壁机器人配套使用.开发了用于清洗系统与机器人集成的高度自适应弹性连接机构,实现了清洗系统恒压越障、恒压作业功能,且作业范围进一步扩大至弧形壁面,最后给出了该清洗系统与连接机构在轮腿式爬壁机器人上的应用示例.     

仿人型爬杆机器人的设计

仿人型爬杆机器人的设计,通过模仿人爬树的动作,即用双手和双脚分别夹放树干,配合身体伸缩实现上下爬行,从而实现爬杆机器人的蠕动式爬升。由于蜗轮蜗杆承载能力强并且具有很好的自锁能力,在需要具有很强自锁能力的机械中,蜗轮蜗杆机构被广泛应用。爬升部分采用电机正反转驱动蜗杆带动蜗轮旋转,通过带动四杆机构的摆动,实现爬升的动作,并对爬升过程中的杆进行了受力的分析,确定了其爬升的必要条件。     

机器人视觉伺服系统控制结构的研究

对机器人视觉伺服系统的研究是机器人领域中的重要内容之一，其研究成果可直接用于机器人手-眼系统，移动机器人的自动避障及对周围环境的自适应，轨线跟踪等问题，该文介绍了三种主要的机器人视觉伺服系统；基于位置的控制系统，基于图像的控制系统，2-1/2D视觉伺服，并详细论述了它们的控制结构及由此产生的优缺点，最后分析了今后的发展趋势。