双体爬壁机器人系统的研制论文

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1、工学硕士学位论文双体爬壁机器人系统的研制熊旺辉哈尔滨工业大学2008年6月国内图书分类号：TG456.7国际图书分类号：621工学硕士学位论文双体爬壁机器人系统的研制硕士研究生：熊旺辉导师：杨小平副教授副导师：程胜高级工程师申请学位级别：工学硕士学科、专业：机械电子工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2008年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG456.7U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONTWINBODYWALLCLIMBINGROBOTSYSTEM

2、Candidate:XiongWanghuiSupervisor:AssociateProf.YangXiaopingAssociateSupervisor:SeniorEngineerChengShengAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:MechatronicsEngineeringDateofOralExamination:June,2008University:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要爬壁机器人（WallClimbingRob

3、ot，WCR）是一种在壁面环境下作业的自动化机械装置，可将人从危险、繁重的工作中解脱出来，并能有效降低成本、提高作业效率和自动化水平。本论文通过分析对比国内外先进的爬壁机器人，提出了创新型设计方案，系统的介绍了双体爬壁机器人(TwinBodyWallClimbingRobot,TBWCR)的设计方法。在比较各种移动方式优缺点的基础上，本文选择了“2驱动轮＋1脚轮”的轮式移动方式。由电机直接驱动轮子，结构简洁，避免了有齿轮，传动带等带来的低效率问题，减轻了机器人的重量，而且转向灵活。文中详细分析了负压形成的原因，选择了主动吸附方式。并且使用了弹性密封圈密封的方式，解决了密

4、封效果和密封圈与墙壁之间摩擦力过大地矛盾问题，在实际使用中有很好效果。本文采用一级齿轮加二级蜗轮蜗杆的传动方式，解决了手臂设计中轻重量、大扭矩载荷之间存在的矛盾问题。文中采用安装在TBWCR内腔底部的三个互成等腰直角三角形的红外测距传感器做位姿检测。同时通过将TBWCR交叉壁面过渡过程的抽象，根据机器人学理论，建立了过渡过程的运动学方程。本文还将TBWCR交叉壁面过渡过程分为了壁面检测、姿态粗调、姿态细调、前端WCR贴近目标壁面、后端WCR姿态调节、后端WCR贴近目标壁面六步进行了详细的步态分析。本文TBWCR系统采用了分布式控制结构，分成信号层、控制层、协议层、驱动层

5、、机械层。控制层是LPC2292微控制器，协议层选用CAN总线作为各节点之间数据通讯的协议，电机驱动控制层选用DSP芯片TMS320F2812。同时本文在综合考虑各种方案的基础上采用控制电路和驱动电路分开设计的方案，使得驱动信号相互不受干扰，便于故障检查、设备维修，而且可以根据单体和双体的不同需要，增加或减少驱动模块，以组成单体和TBWCR的控制系统。同时本文通过分析TBWCR控制系统对实时性开放性要求，采用分布式控制结构。关键词双体爬壁机器人；连接手臂；嵌入式-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWall-climbingrobots(WCRs),asa

6、kindofautomateddevicesworkingathighaltitudeandathostileenvironment,canrelievehumanbeingsfromtediousandhazardousworks,reducethecostofactivity,andincreasetheworkingefficiencyandtheautomotivelevel.Inthispaper,anewmethodofdesigningWCRsandTwinBodyWallClimbingRobots,TBWCRswasintroducedindetail

7、s.Structureofmechanicalsystemisdesignedinthispaper.Aftercloselycomparisonoftheadvantagesanddisadvantagesofthekindsofdrivingmethods,theauthorchoosethe“2drivingwheels+1truckle”methodasthemovingmethodofWCR.Andthedrivingwheelsarefixeddirectlyontheshaftofthemotors.Inthispaper,