多足蠕动式攀爬机器人混联机构运动特性及其工作空间

针对海洋钢桩腐蚀防护的自动化作业问题,提出一种多足蠕动式攀爬机器人。该机器人在攀爬过程中具有混联构型和并联构型两种状态,通过两组机械足交替夹持与移动,实现攀爬作业任务。基于螺旋理论和修正的Grübler-Kutzbach公式,分析机器人的自由度,得到机器人并联部分机构的自由度恒为1,不会受到机械足数量的影响;采用Denavit-Hartenberg(D-H)法和解析法,建立机器人的运动学模型,确定机械足与机器人主体的位置映射关系;利用蒙特卡洛算法,计算六足、八足以及十足的机器人攀爬工作空间。基于此,在确定海洋钢桩的规格后,综合考虑机器人主体尺寸、夹持力等因素,最终选择六足构型。通过若干组机器人攀爬实验,对建立的机器人运动学模型进行验证。试验结果表明:研制的六足蠕动式攀爬机器人实验样机结构设计合理,符合攀爬工作要求。研究成果将为海洋钢桩腐蚀防护自动化装备的研制,以及混联机构在管外攀爬机器人领域中的应用,提供理论依据。