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足式爬壁机器人设计及底层控制系统

张栋  
【摘要】:爬壁机器人是极限作业机器人的一个分支,其目的是代替人类,在核工业、石化企业、建筑行业、消防部门、造船等领域中的危险状态下作业,具有极其广泛的用途和很高的使用价值。自从二十世纪六十年代出现以来,受到人们的广泛关注。 查阅了大量国内外文献资料,本文系统地综述了国内外爬壁机器人技术研究现状。基于爬壁机器人技术实现方面的考虑,深入分析了爬壁机器人系统在理论和实际开发中存在的难点,设计出四足吸盘式爬壁机器人系统,如果将此系统作为移动平台和任务搭载平台,会有很广泛的应用。 爬壁机器人系统包括机器人机械结构以及适应该机械结构的控制系统。本文首先介绍了四足吸盘式爬壁机器人的机械结构,在此之上介绍了机器人移动方式,通过精确控制步进电机转动步数和四个吸盘的吸附状态,爬壁机器人产生相应运动步态,从而实现机器人系统在壁面上的全方位移动功能,还探讨了步进电机的选取以及控制。 控制系统主要完成对爬壁机器人系统行走、吸附等装置的控制。我们采用的是上位计算机和底层PIC两级控制方式。上位机主要用来完成对机器人路径规划、信息处理等;考虑到爬壁机器人工作在建筑物外壁上,控制系统上位机对下位机的操作采用无线通信方式,上位机的控制信号通过基于nRF401的无线通讯模块发送给下位机,下位机主要完成输出动作控制和状态判别等工作。


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