钩爪式四足爬壁机器人控制系统设计

首先对钩爪式四足爬壁机器人脚爪在各运动阶段的运动合理性与可行性进行分析,完成了机器人的步态规划;然后根据步态规划方案,选择中央控制器与电机等硬件,完成了机器人控制系统的设计,同时完成了机器人样机的制作;最后对所设计的爬壁机器人的爬升性能进行实验测试,结果表明,机器人能够在粗糙壁面上自主稳定地爬行,验证了机器人控制系统设计的合理性。

一种四足式爬壁机器人控制系统的研究

四足式爬壁机器人控制系统采用分级控制的分布式结构,上位机采用ARM结构的高级单片机,下位机采用微型直流电机伺服控制器,通讯方式采用RS232总线.文章介绍了该控制系统的软硬件体系结构,以及通讯管理模式.分析表明该控制系统方案及设计是可行的.

吸盘负压式四足爬壁机器人设计与仿真

爬壁机器人是一种可吸附于墙体表面并可携带传感器等设备的特种机器人。本文首先通过对壁虎的形体结构、爬行步态进行研究,利用Pro/e建立气泵吸盘负压式四足爬壁机器人的机械结构;然后导入到MSC.Adams中建立虚拟样机,对其进行步态规划,设计出一种对角步态,并进行了动力学仿真;最后利用Adams/Post-processor研究机器人在一个行进周期的运动特性,并对结果进行了分析。模拟结果表明,这是一个可行性好、步态稳定、爬行速度快的设计方案。

管道内壁四足爬壁机器人的运动学与步态规划

研究用于检测气体绝缘金属封闭开关(GIS)内部的负压吸附管道内壁四足爬壁机器人.分别对机器人的腿部和机身进行运动学分析,采用改进的牛顿迭代法解决机身正运动学求解困难的问题.对机器人沿管道轴向和圆周方向的爬壁运动进行步态规划,提出运动过程零冲击的轨迹规划方法.使用Adams进行运动仿真,并在四足爬壁机器人样机上进行水平和垂直管道的全方位爬壁实验.结果表明:机器人的运动轨迹与所规划的步态一致,运动过程中速度与加速度无突变,运动平稳,无明显冲击,运动学模型的正确性和所规划步态的合理性得到验证.在GIS管道的实际检测应用中,实现机器人在不同工况下的平稳爬壁运动与检测.

基于半解析法的四足爬壁机器人关节扭矩估算

四足爬壁机器人的足端力和关节扭矩是机器人吸附力设计和关节电机选型的重要依据。在考虑重力和吸附姿态变化的情况下,利用有限元分析足端力和关节扭矩需要重复画网格和仿真分析,工作量较大。结合运动学、静力学和有限元分析提出一种简单且统一的半解析方法估算不同吸附姿态下四足爬壁机器人的足端力和关节扭矩。算例中利用半解析法计算得到84组数据并分析得到不同姿态下最大足端力和最大关节扭矩的变化规律,基于算例结果完成了机器人的吸附力设计和关节电机选型,最后实验测量了不同姿态下机器人的关节扭矩最大值。实验结果表明:机器人吸附力设计和关节选型合理,半解析法计算的最大关节扭矩误差小于8.86%。

轮足式爬壁机器人的磁吸附结构设计与优化

近年来,随着中国劳动力成本的不断上涨,机器人协助或代替人工作业已受到越来越多人的关注。通过开发爬壁特种机器人,可以减少对自然环境造成的污染,降低工作风险和强度,提高劳动效率。然而,在大型金属立面维护机器人作业过程中,永磁吸附会影响机器人的越障灵活性,提高越障灵活性变得尤为重要。针对一种具有越障能力的三段式轮足爬壁机器人本体模型,设计了一种体积小、单位磁能积大、磁铁-轭铁-磁铁交叉排布且能够在机器人越障时提供可靠吸附力的复合式变磁力吸附模块。通过设定优化函数对复合式变磁力吸附模块的各项参数进行逐级优化设计,包括复合式变磁力吸附模块与壁面间距、复合式变磁力吸附模块上部轭铁厚度及磁铁厚度、复合式变磁力吸附模块磁铁间隙轭铁厚度、磁铁宽度及间隙数,从而得到详细的复合式变磁力吸附模块模型,以132 mm(长)×212 mm(宽)×39 mm(高)的体积就满足了机器人越障状态下单组复合式变磁力吸附模块所需提供的3200 N吸附力。

基于正四面体结构的空间四足爬壁机器人

提出了一种基于正四面体结构的四足爬壁机器人。该机器人采用真空吸附方式,其四只爬行足相互独立,围绕机体中心呈空间正四面体中心对称分布。将机器人的爬行足结构分为大腿、小腿、伸长腿以及足部,四部分协调配合工作;通过四只爬行足交替吸附表面与悬浮来完成机器人的运动,可以使该机器人实现平面爬行、越障、立体空间爬行以及壁面作业等功能。

新型多吸盘式爬壁机器人

由于城市中的高层建筑越来越多,因此对户外玻璃的清洗、对高层墙体表面的检测等工作越来越困难,该文讨论了一种双足爬壁机器人,通过气压差使吸盘附着于墙面,形成垂直于墙面的压力,利用该压力和墙面形成反向于地心引力的静摩擦力,使得吸盘得以固定在墙面上,再通过转动装置的作用使之能向各个方向移动。通过对该机器人实际调试,实现了机器人在壁面灵活的行走和视频稳定的传输与显示。具有安全系数高,移动便捷,制作成本低,小巧且可扩展空间大等特点。

面向空间非合作航天器的空间爬壁机器人方案

针对空间非合作目标追踪附着任务的隐蔽性、无统一接口和低冲击着陆等特点,提出了一种基于粘附机理的微小型空间爬壁机器人的方案。考虑空间环境特性、附着目标表面特征等因素,确定了仿昆虫多足弹性多腿结合仿壁虎脚底刚毛干性粘合剂的总体构型,完成了足底刚毛结构微阵列参数的设计与刻蚀,设计了缓冲吸能部件,规划了步行和翻转的两种步态。原理样机验证表明方案可行,可为后续在轨非合作接近任务中微小型机器人的行为规划提供理论支持。

可越障爬壁机器人研究与设计

为了解决爬壁机器人越障性问题,本文根据爬壁机器人的吸附类型介绍了国内外足腿式、蠕动式以及飞吸式机器人越障能力的研究现状,以及本团队研制的3款越障式爬壁机器人的性能特点,对比了各类机器人越障性能的优劣性。在此基础上探讨了爬壁机器人设计时的重点问题,对未来设计越障爬壁机器人起到了一定的引导作用。

四足爬壁机器人的航向偏差感知及步态调整

针对GIS管道内部故障缺陷检测,研究设计了一种四足爬壁机器人,可完成在水平和垂直管道内壁的整周爬行和轴线方向爬行。为解决管道四足爬壁机器人长时间运动产生的严重偏航问题,提出了一种不依赖外部传感器的姿态自感知与调整算法,实现了机器人姿态的自调整,保证运动的准确性。通过使用所研究的爬壁机器人在管道内进行爬行实验,包括姿态调整与爬壁运动两项运动验证,机器人实现了在水平和垂直管道内的整周爬行和轴线方向的爬壁运动,爬行运动过程中稳定性高,且在出现偏航超过设置状态时,可自发进行调整,验证了所规划的基本运动步态和姿态感知与调整算法的有效性。

基于真空吸附的桥墩病害检测机器人

文章运用真空吸附原理,设计一种真空吸附式桥墩病害检测四足爬壁机器人,用于桥墩病害的检测。该机器人利用气泵作为真空产生装置,设计一种带球阀的气路管道对吸盘内的空气压力进行控制,使机器人运动腿末端的吸盘吸附在桥墩上。机器人每条运动腿上都有两个舵机,由单片机控制其在桥墩上运动。通过机器人主体上安装的高清摄像头,可实时采集桥墩壁面的状况,帮助工作人员更准确、快速的判断桥墩病害的存在,可以代替人在危险的桥墩上对桥墩进行检测,提高工作效率,降低风险。

钢管杆塔机器人移动和吸附等关键技术研究

为了检测钢管杆塔焊缝缺陷,防止倒塌事故发生,研究了一种爬壁机器人的原型设计。分析了各种吸附方式、移动方式和驱动方式的优缺点,结合钢管杆塔的壁面特性,讨论了电磁吸附的四足电机驱动爬壁机器人的系统方案和机械结构;同时研究了机器人爬行的具体行走步态和受力分析,计算出机器人在杆塔表面稳定和安全性爬行时每只脚上电永磁铁所需具备的最小吸附力,从而为爬壁机器人的控制策略和关键部件的设计提供理论参考。