微小型尺蠖式壁面移動機器人的研究.pdf

1、壁面機器人具有附著于墻壁并攜作業(yè)工具移動的能力，能夠在特殊、危險環(huán)境下替代人完成相關作業(yè)任務的功能，主要用于壁面清洗、橋梁檢測、核電站維護、船體噴漆及噴砂、航天器表面檢測、石化儲油罐的探傷等應用領域，近年來擴展到反恐偵察領域，可用于飛機及樓宇的反恐偵察等。反恐應用要求機器人具有較高的隱蔽性及運動靈活性，而微小型機器人具有隱蔽性強、功耗低及噪聲相對較低等優(yōu)點，尺蠖式機器人具有運動靈活的優(yōu)點，因此微小型尺蠖式壁面移動機器人在反恐環(huán)境下具有很

2、好的應用前景，開展該方面的研究具有重要的實際應用價值及社會意義。
　　通過結構形式比較分析，研制成功一種5自由度尺蠖式壁面移動機器人，具有2個踝關節(jié)和1個膝關節(jié)，各關節(jié)由直流伺服電機驅動，踝關節(jié)的末端固連智能吸附足，真空泵集成于吸附足內。其踝關節(jié)通過結構緊湊的差速機構實現(xiàn)2個轉動自由度，膝關節(jié)具有1個轉動自由度，該結構使得機器人具備蠕動、翻轉及旋轉等多運動方式和壁面過渡的能力。機器人集成了MEMS加速度、壓力、光纖觸覺、紅外接近等

3、足端傳感器，研制了以TI公司的低功耗TMS320F2810 DSP為主處理器、ADI公司的ADuC842單片機為足部傳感系統(tǒng)前端處理器及ST公司的L293DD為電機驅動器的嵌入式驅動控制器，采用藍牙無線通訊模塊實現(xiàn)了機器人與遙控終端間的通訊，由鋰離子聚合物電池提供能源，實現(xiàn)了機器人的無纜化。
　　由于微小型機器人負載能力較低，攜帶能源有限，為提高機器人的續(xù)航時間應降低機器人的能耗；同時由于尺蠖式壁面移動機器人特定的交替吸附步態(tài)，使

4、得單個步態(tài)周期中單吸盤吸附時間比重大，運動過程中吸盤所受載荷將影響到機器人的吸附可靠性。為此在機器人的運動學、動力學及真空吸盤數(shù)學模型的基礎上，以時間、能耗及吸盤平均載荷為目標，提出了引入懲罰機制的二次定標遺傳算法，進行機器人關節(jié)軌跡多目標優(yōu)化，改善了算法的搜索性能，提高了收斂速度，同時考慮到關節(jié)軌跡之間的強耦合性，采用多參數(shù)串行編碼策略，對關節(jié)軌跡參數(shù)進行編碼，改善了基因性狀，最終得到了優(yōu)化的關節(jié)軌跡。
　　機器人采用半自主控制

5、方式，上位機通過藍牙無線通訊系統(tǒng)發(fā)出任務指令，嵌入式控制器基于有限狀態(tài)機自主規(guī)劃機器人的步態(tài)，機器人通過吸盤的交替吸附及關節(jié)的驅動實現(xiàn)直線或轉向運動。機器人在吸盤交替吸附過程中，由于各種誤差累計，導致吸盤與壁面之間的對準相對困難，采用基于事件的吸盤自調整方法加快了吸盤的對準速度。由于機器人的運動環(huán)境為水平面、斜面、豎直壁面、天花板等，重力對機器人關節(jié)軌跡跟蹤影響很大，因此采用了帶重力補償?shù)哪：刂破鬟M行關節(jié)運動伺服控制方法，改善了關節(jié)軌