仿壁虎爬壁機器人的研制.pdf

1、傳統(tǒng)爬壁機器人在吸附結(jié)構(gòu)、移動功能及驅(qū)動方式等方面存在著諸多不足之處，如對壁面的材料和形狀適應(yīng)性不強，越障能力弱，體積大，質(zhì)量重等，使其無法真正地代替人類實現(xiàn)極限場合的作業(yè)。壁虎是自然界中具有高效率攀爬能力的動物，它能夠在樹干、墻壁、天花板紋絲不動地停留或輕松行走。開發(fā)類似壁虎運動機構(gòu)的爬壁機器人較傳統(tǒng)爬壁機器人，具有更高的實用價值。本研究是國家自然科學(xué)基金項目“仿生微納米粘附陣列的SOC控制機理與集成方法”下開展的子課題，目的是開發(fā)一

2、種能像壁虎一樣可以適應(yīng)多種材質(zhì)和形狀的表面的爬壁機器人。 本文首先簡要介紹了本實驗室對粘附陣列的研究情況，并針對粗糙度較大情況采用粘彈性理論對粘附陣列的粘附特性進行了分析，得到了與實驗較為吻合的結(jié)果。在此基礎(chǔ)上進行了機器人結(jié)構(gòu)的設(shè)計及步態(tài)規(guī)劃，并利用動力學(xué)仿真軟件ADAMS建立了機器人的虛擬樣機，對其爬壁行為進行了動力學(xué)仿真，為物理樣機的研制提供了依據(jù)。接著針對傳劫驅(qū)動裝置難于適用于小型的爬壁機器人的問題，設(shè)計了基于形狀記憶合金

3、驅(qū)動器的本體結(jié)構(gòu)，并對各關(guān)節(jié)處的SMA驅(qū)動器進行了設(shè)計，最后完成了物理樣機不同步態(tài)的測試，并針對測試中機器人的運動速度較低，越障能力較弱的問題，提出了解決途徑。最終研制出的仿壁虎爬壁機器人具有結(jié)構(gòu)輕巧、低壓驅(qū)動、靈活性好，功能可靠等優(yōu)點。本文的研究工作為具有廣泛適應(yīng)性的仿壁虎爬壁機器人的實用化奠定了基礎(chǔ)。 工作中的創(chuàng)新點主要體現(xiàn)在：①在機器人機構(gòu)設(shè)計方面：本文提出了用四根連桿鉸接，具有三個自由度的對稱的軀干結(jié)構(gòu)形式，它具有結(jié)構(gòu)輕