雙足式靜電吸附爬壁機器人系統(tǒng)設計及實驗.pdf

1、爬壁機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)機器人，在眾多行業(yè)及領域如核工業(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用。隨著科學技術的發(fā)展，國內(nèi)外許多研究人員已經(jīng)或正在開發(fā)一些爬壁機器人，但是，已有的爬壁機器人系統(tǒng)因其自身的一些缺陷和不足，影響著這類機器人系統(tǒng)得到更加廣泛的應用，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)新型爬壁機器人系統(tǒng)具有重要科學意義和實際應用價值。本文在分析研究爬壁機器人的研究進展和研究成果、已有爬壁機器人系統(tǒng)的特點和不足的基礎上，研究采用靜電吸附作為機器人的吸附方式，設計了一種結(jié)構簡單，控制方便的爬壁機器人系統(tǒng)，具有重量輕、噪聲小、低功耗、結(jié)構簡單以及適合多數(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)構吸附膜吸附壁面的工作情況進行了模擬，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行了記錄；并對二維雙電極型靜電吸附膜進行了仿真。⑵研究了爬壁機器人足部簡化模型的靜力學機理。對機器人在壁面上的滑落失效和傾覆失效進行了靜力學分析；根據(jù)靜力學分析和Maxwell仿真的靜電力，綜合設計了基于同心圓結(jié)構吸附膜的靜電吸附雙足爬壁機器人的機械結(jié)構