爬壁機器人動力特性研究及仿真分析.pdf

1、爬壁機器人（WCR）作為移動機器人領(lǐng)域的一個重要分支，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，也越來越受到人們的重視。使用輪式負壓吸附的爬壁機器人具有結(jié)構(gòu)簡單，工作效率高，實用化程度高等優(yōu)點。它在輪式移動機器人（WMR）的基礎(chǔ)上增加了吸附裝置，實現(xiàn)了在垂直或傾斜壁面爬行，并攜帶各種作業(yè)工具進行壁面作業(yè)的目的；它可以使人從危險、繁重的工作中解放出來，并能提高工作效率和自動化水平。
　　 本文通過對爬壁機器人進行樣機總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計，完成

2、樣機開發(fā)，在此基礎(chǔ)上研究爬壁機器人的運動特性及動力性能，最后基于虛擬樣機技術(shù)對其建模仿真分析。
　　 爬壁機器人的本體結(jié)構(gòu)設(shè)計部分包括車體外殼、吸附方案、密封方案、移動方式、動力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)部分。設(shè)計出樣機的結(jié)構(gòu)之后對爬壁機器人滑落與傾覆兩種情況進行靜力學(xué)分析，得出避免發(fā)生滑落與傾覆的吸附力的范圍及吸附力大小對運動性能與功耗的影響的結(jié)果。最終在原有爬壁機器人基礎(chǔ)上設(shè)計出一種體積小、成本低、移動靈活、壁面適應(yīng)能力強、吸附安全可靠

3、和可根據(jù)工作需要搭載不同設(shè)備的爬壁機器人。
　　 運動特性及動力性能分析部分首先通過對爬壁機器人運動學(xué)的分析，得出其速度與轉(zhuǎn)向的控制特性。然后基于拉格朗日方程，通過分別對爬壁機器人直線運動和轉(zhuǎn)向運動動力學(xué)的分析，將吸附力設(shè)為變量，使其根據(jù)實際情況可以調(diào)整大小，得出機器人直線運動滑動吸盤吸附力的變化對爬壁機器人運動特性的影響，與轉(zhuǎn)向運動時的驅(qū)動力與驅(qū)動力矩。從而得出一個通過改變吸盤吸附力來使爬壁機器人適應(yīng)不同工作環(huán)境的方案。在保證

4、安全可靠吸附力和壁面運動靈活能力的基礎(chǔ)下，改善和提高爬壁機器人的運動性能并為其機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計與運動控制提供理論研究基礎(chǔ)。
　　 基于虛擬樣機技術(shù)的仿真分析部分共用到了三種建模仿真分析軟件。首先通過使用三維實體建模軟件Pro/E建立三維參數(shù)化模型，然后將此模型導(dǎo)入動力學(xué)仿真分析軟件MSC.ADAMS中，在虛擬環(huán)境下對爬壁機器人進行運動特性及動力特性的仿真分析，求解出最佳吸附力與驅(qū)動力的值。最后用求解出的吸附力與驅(qū)動力的值，對車軸、車