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多足爬壁机器人建模、运动控制及在桥梁检测中的应用

贺钿  
【摘要】:在微型计算机发达的当今,人类社会的现实生活中活跃着各种各样的机器人,如工业车间中使用的工业机器人及水下、高空、腐蚀性环境、辐射性环境等人类不便到达的危险场所作业的机器人,还有娱乐机器人等。 本文针对桥梁检测这个高难度任务进行了多足爬壁机器人的研究。 首先,本文介绍了多足爬壁机器人的国内外发展现状,学习了机器人运动学、动力学基础,提出了真空吸附、电机驱动的六足爬壁机器人设计方案。 其次,本文完成了机器人控制系统软硬件平台选型与设计工作,包括CAN总线方式、蚁群算法路径规划、三角步态规划、末端轨迹曲线等。 最后,针对多足爬壁机器人高空作业时的安全性问题,引入安全系数概念,提出基于安全性多足爬壁机器人足力优化分配方法。在建立关节驱动力和足底接触力转换基础上,推导多足爬壁机器人的动力学模型,确定机器人运动学、动力学约束条件,用PSO粒子群算法求解在能耗最优目标下安全系数与吸盘吸附力的关系。该方法有效减少优化变量数量,同时还反映了机器人安全系数与未知环境(主要指真空吸盘吸附力)的关系,提高了机器人的环境适应能力,并通过实例验证了该方法的可行性与有效性。 运用机器人技术完成工程施工,代替人工作业,提高工作效率,使工程施工更加安全可靠。机器人技术的发展与应用有助于提高生产力,多足爬壁桥梁检测机器人应工程的需要而产生,并将逐步发展应用于更多的领域,为各个行业贡献力量。


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