一种新型爬壁机器人研究

构， 图 １ 如 所示 。
发生器 ， 每个吸盘组用 １ 个真空感测器 ， 这就要解决判 断 吸盘组 中 ３个吸 盘真空 是否 建立 的问题 。吸盘组 各 个吸盘都安装真空安全 阀， 以保证单个吸盘的真空建 立独立于其他吸盘。机器人本体和负载重量共为 ３０ ５
２ 机器 人机 构 组成
一
这两 个基 本功 能 。 目前 ， 面 吸 附功 能 的 实 现 主要 依 壁 靠真空 吸附和磁 吸 附两 种 方 式 ； 动 功 能则 大 多 通 过 移
轮式 、 履带式 、 双层 框 架 式 和 足式 等几 种 机 构来 实现 。 爬壁机 器人 应该 具有 以下 技术 特点 ：
关键 词 ： 壁机 器人 ； 空吸 附 ； 爬 真 位姿 误差 ； 心调 整 质
中 图分类 号 ： Ｐ ４ 文献标 识码 ： 文章编 号 ：０ ０ ５ （ ０ ０ １ －０ ５０ Ｔ２ Ｂ １０ ４８ ８ ２ １ ）００ ５ －４
１ 引 言
机 构 移动 速度快 、 载能 力强 和腿 足式机 构快 、 障能 负 越
爬壁 机器 人在机 器人 领域 中作 为一种 特 殊 的移动
机器 人受 到越来 越 多 的重 视 。为 了在壁 面环 境 中顺利 执行 作业 任务 ， 爬壁 机 器人 必 须 具 备 壁 面 吸 附 和移 动
力好 、 壁面适应性高的优点 ， 了一种框架腿足复合 设计
式爬 壁机 器人 机构 。文 中介绍 了这 种复 合式 机构 的构 型及 结构特 点 ， 建立 了运 动学模 型 ， 在 此基 础上分 析 并 了位姿 误差 ， 出 了仿 人质 心调 整 步态控 制方 法 ， 提 最后 对 机器 人 的运 动控制 过程进 行 了实验 验证 。
般来 说 ， 多 足 机器 人 的腿 部 机 构安 装 在 一个 将
（ ）具 有一 定 的吸 附 力 ， 盘 与壁 面之 间产 生 的 １ 吸 摩擦力 足 以使 之 牢 固的吸 附于壁 面 ， 致 滑落 ， 不 同时具
整体的躯体结构上 ， 便于实现躯体的主动驱动 ， 增加行 程， 提高移动速度 。例 如动物界 中奔跑速度最快的猎 豹， 就是靠背部的屈伸来增大步幅。还有一种机构 ， 利 用躯体驱动减少腿的 自由度 ， 使整体机器人的质量减 轻 等 ， 就促 成 了框 架 式结构 的产 生 。经研 究证 明 ， 这 在
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机体 的稳定 性也 不会 有 较 大 的改 善 。因此 ， 维 持 步 为
架各 ３组 ， ｌ 吸盘 。为 了减轻机器 人重 量和 节省 共 ８个 控 制 器资源 ， 我们设 计 躯 体 ３个 吸 盘 组共 用 １个真 空
行 较 高的稳 定性 ， 确定 机器 人 的腿数 为 六足 。机 器人 由上下 躯体 、 双腿 六个 吸盘 足 、 类 中间移动关 节 和转动 关 节组 成 ，构成 了基 于框 架腿 足复 合 式爬 壁机 器人 机
参考文献 ：

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液 压 与 气 动
的复杂性 ， 机器 人必 须能 够跨 越焊 缝 和小 的障碍 ， 且 而 能够 避 开不能 跨越 的障 碍 ； （ ）具有 一定 的适应 凸 凹不平 的壁 面 的能力 。 ４
在框 架式 和腿 足式 爬 壁 机 器人 研 究 的基 础 上 ， 基
于双 层框架 交 替运 动及 双 足 真 空 吸 附原 理 ， 合 框 架 结 测结果 中的耦 合使 得差 压特 性不 能完 全与 上述模 型 相 符 ， 际操作 中 可以通 过 增 加 温 度基 准点 进 行 多 点 检 实 测 ， 次测量 的方法 改 进修正 模 型 ， 高检 测精度 。 多 提
２１ ０ ０年第 １ Ｏ期
液压 与气动
５ ５
于
今 ， 雪 飞 刘
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｅ ｗａ ｌｃ ｉ ｉ ｇ ｒ ｂ ｔ ｓ ａ ｃ ｎ ａ ｎ ｗ ｌ ｌ — ｍｂ ｎ ｏ ｏ
ＹＵ Ｊｎ ．Ｈ Ｕ Ｘｕ － ｉ ｉ ｅｆ ｅ
（ 重庆大学 机械工程学院重庆大学－Ｅ Ｔ Ｆ Ｓ Ｏ气动技术 中心 ， 重庆
领域 ： 流体传动及智 能控制 、 特种机器人技术及机 电一体化 。
出版 社 ，９４ １９ ．
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机体 尺 寸一定 的限制 下 ， 四足增 加 到六足 ， 从 机体 稳定 性 将 显著增 加 ； 增加 到六 足之 后 ，即使 继续 增加 腿数 ，
收稿 日期 ：０ ０ ３ ２ １ ２ 作 者简介 ： 于今 （９ ４ ） 男 ， １６ 一 ， 副教授 ， 硕士研究生导 师 ， 研究
有抗倾覆能力 ， 能承载一定负载 ， 不致倾翻 ； （ ）具有 驱动 力 ， 在垂 直壁 面上 自由行走 ， 且 ２ 能 并 能灵活 转 向 ； （ ）具有 一定 的越 障 和避 障能 力 ， ３ 由于 作 业 环 境
４０ ４ ） Ｏ Ｏ４
摘
要 ： 于真 空吸 附的原 理 ， 出 了一种 新 型框 架式 多吸盘 爬壁 机 器人 系统 ， 绍 了机 构 的 构 型及 结 基 提 介
构特 点 ， 导 了运动 学方程 ， 推 分析 了位 姿误 差 矩 阵和误 差计 算 ， 并提 出 了仿人 质 心调整 步 态控制 方 法 ， 实验 结 果表 明该机 构 具有移 动速 度较 快 、 结构 简单 、 障 能 力强、 制 简单 、 量化 等特 点 。 越 控 轻