爬壁機(jī)器人動(dòng)力特性研究及仿真分析.pdf

1、爬壁機(jī)器人（WCR）作為移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域的一個(gè)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(fù)壓吸附的爬壁機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作效率高，實(shí)用化程度高等優(yōu)點(diǎn)。它在輪式移動(dòng)機(jī)器人（WMR）的基礎(chǔ)上增加了吸附裝置，實(shí)現(xiàn)了在垂直或傾斜壁面爬行，并攜帶各種作業(yè)工具進(jìn)行壁面作業(yè)的目的；它可以使人從危險(xiǎn)、繁重的工作中解放出來，并能提高工作效率和自動(dòng)化水平。
　　 本文通過對(duì)爬壁機(jī)器人進(jìn)行樣機(jī)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，完成

2、樣機(jī)開發(fā)，在此基礎(chǔ)上研究爬壁機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)特性及動(dòng)力性能，最后基于虛擬樣機(jī)技術(shù)對(duì)其建模仿真分析。
　　 爬壁機(jī)器人的本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分包括車體外殼、吸附方案、密封方案、移動(dòng)方式、動(dòng)力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)部分。設(shè)計(jì)出樣機(jī)的結(jié)構(gòu)之后對(duì)爬壁機(jī)器人滑落與傾覆兩種情況進(jìn)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(duì)運(yùn)動(dòng)性能與功耗的影響的結(jié)果。最終在原有爬壁機(jī)器人基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出一種體積小、成本低、移動(dòng)靈活、壁面適應(yīng)能力強(qiáng)、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(jī)器人。
　　 運(yùn)動(dòng)特性及動(dòng)力性能分析部分首先通過對(duì)爬壁機(jī)器人運(yùn)動(dòng)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(duì)爬壁機(jī)器人直線運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)的分析，將吸附力設(shè)為變量，使其根據(jù)實(shí)際情況可以調(diào)整大小，得出機(jī)器人直線運(yùn)動(dòng)滑動(dòng)吸盤吸附力的變化對(duì)爬壁機(jī)器人運(yùn)動(dòng)特性的影響，與轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)時(shí)的驅(qū)動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)力矩。從而得出一個(gè)通過改變吸盤吸附力來使爬壁機(jī)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(yùn)動(dòng)靈活能力的基礎(chǔ)下，改善和提高爬壁機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)性能并為其機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)控制提供理論研究基礎(chǔ)。
　　 基于虛擬樣機(jī)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(shí)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(dòng)力學(xué)仿真分析軟件MSC.ADAMS中，在虛擬環(huán)境下對(duì)爬壁機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)特性及動(dòng)力特性的仿真分析，求解出最佳吸附力與驅(qū)動(dòng)力的值。最后用求解出的吸附力與驅(qū)動(dòng)力的值，對(duì)車軸、車