雙足式靜電吸附爬壁機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計及實驗.pdf

1、爬壁機(jī)器人是將壁面吸附能力和移動能力集合于一體的特種作業(yè)機(jī)器人，在眾多行業(yè)及領(lǐng)域如核工業(yè)、建筑行業(yè)、消防部門、石油工廠、造船、反恐等具有廣泛的應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外許多研究人員已經(jīng)或正在開發(fā)一些爬壁機(jī)器人，但是，已有的爬壁機(jī)器人系統(tǒng)因其自身的一些缺陷和不足，影響著這類機(jī)器人系統(tǒng)得到更加廣泛的應(yīng)用，比如不同的吸附方式適用于不同的作業(yè)環(huán)境，不同的運(yùn)動方式可能又會被某些作業(yè)環(huán)境所局限等等。為此，深入開展爬壁機(jī)器人系統(tǒng)新的吸附方式研究

2、并集成開發(fā)新型爬壁機(jī)器人系統(tǒng)具有重要科學(xué)意義和實際應(yīng)用價值。本文在分析研究爬壁機(jī)器人的研究進(jìn)展和研究成果、已有爬壁機(jī)器人系統(tǒng)的特點和不足的基礎(chǔ)上，研究采用靜電吸附作為機(jī)器人的吸附方式，設(shè)計了一種結(jié)構(gòu)簡單，控制方便的爬壁機(jī)器人系統(tǒng)，具有重量輕、噪聲小、低功耗、結(jié)構(gòu)簡單以及適合多數(shù)壁面的特點。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴研究了導(dǎo)體壁面和電介質(zhì)壁面靜電吸附原理。將電介質(zhì)壁面的高壓導(dǎo)電情況簡化為電容電路模型并通過靜電場能量和虛位移定理得到

3、了膜的靜電吸附力計算公式；利用Ansoft Maxwell仿真軟件對三維同心圓結(jié)構(gòu)吸附膜吸附壁面的工作情況進(jìn)行了模擬，并得到了仿真的靜電吸附力；對兩種材料不同激勵電壓下的仿真靜電吸附力進(jìn)行了記錄；并對二維雙電極型靜電吸附膜進(jìn)行了仿真。⑵研究了爬壁機(jī)器人足部簡化模型的靜力學(xué)機(jī)理。對機(jī)器人在壁面上的滑落失效和傾覆失效進(jìn)行了靜力學(xué)分析；根據(jù)靜力學(xué)分析和Maxwell仿真的靜電力，綜合設(shè)計了基于同心圓結(jié)構(gòu)吸附膜的靜電吸附雙足爬壁機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)