桥梁检测用多足蜘蛛型机器人的步态规划与姿态控制研究

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1、桥梁检测用多足蜘蛛型机器人的步态规划与姿态控制研究-->第一章绪论1.1课题背景及大型桥梁的建设，在一定程度上促进了区域经济贸易和国民经济的发展。尤其是20世纪桥梁建设工程的预应力技术和钢桥梁技术的成熟发展，促使国内外大跨度桥梁日益增多。截至2010年底，我国拥有的公路桥梁的数量已达到65.81万座之多（3048.31万延米），比上年末增加了3.62万座（322.25万延米），其中包括了特大桥梁2051座（346.98万延米），占3.12%；大桥49489座（1167.04万延米），占7.52%。但大型桥梁安全性和耐久性的发展要求所带

2、来的问题则日益突出，据调查结果显示，近几年来我国的危桥数量呈上升趋势，已超过了1万座，将对桥梁的正常运作造成严重安全隐患，影响人们的生命财产安全。有关专家认为，桥梁使用超过25年则进入老化期。据相关统计，我国40%以上的桥梁服役时间已超过25年，进入了老化期，属老龄桥梁，每年都需将巨额资金用于这些桥梁的日常维护、结构加固和材料更换等方面。因此，只有加强对桥梁的全方位检查，增强对桥梁检测的步骤和方法以及工作具体流程的细化改进，才能减少桥梁维护成本，提高桥梁建设水平。除了对桥梁外观进行检查，还需进一步对桥梁结构材料和载荷进行测试，以便准确

3、判定桥梁的实际工作状况，桥梁试验检测得到的直接数据，为桥梁的养护工作提供了依据，涉及面较广且复杂，技术难度也较高，因此需要采用先进的检测设备来提高检测精度和效率。桥梁的安全检测可以帮助了解桥梁的现状，正确评估桥梁的载荷能力，规避风险，也为桥梁的维护和加固等提供有用的依据，由此可见，桥梁安全检测的工作势在必行，具有十分重大的社会和经济效益。在桥梁检测要素中，桥梁底部和侧面的无损检测更显得尤为重要。在桥梁检测问题中，尤以桥底检测为当今一大难题。传统的桥底检测方法主要有两种：1.用简易平台搭载人工检测的方法，2.通过用大型工程机械臂搭载检测

4、人员到桥梁底部进行检测。前者一般采用临时的支架或吊架把检测人员送到桥底进行检测，但这种人工检测的方法，误差大，得到的检测效果不理想，而且移动性差，检测人员的安全也存在隐患。后者一般是有检测车把人送到桥底，提高了检测的移动性及安全性，但受制于不同桥梁的不同环境，灵活性较差，同时，检测车价格昂贵，检测成本较高。多足爬壁机器人是一种特殊的多足步行机器人，是应用于高空极限作业的一种自动机械装置。它的特殊性在于：1.通过足底的吸附装置适应于各种不同情况下不同姿态的支撑，2.行走姿态不单是直立行走，还包括侧立行走及倒立行走。更重要的是爬壁机器人通

5、常是高空极限作业，所以对其安全性要求较高。多足爬壁机器人可在建筑、消防、交通等领域完成清洗、救援、检测等作业，具有较为广泛的应用前景。为提高桥梁检测的效率及安全性，设计搭载视频采集系统的多足蜘蛛型机器人用于桥梁检测，其中，通过视频的采集及传输，通过专业的软件系统分析所传回视频中桥梁的缺陷信息，提高了效率，减小了误差。同时，多足蜘蛛型机器人是多冗余结构，行动灵活，具备一定的越障和避障能力，能够适应于各种复杂的环境，相对传统的检测车有更好的适应能力。本课题源于2011年度西部交通建设科技项目重大科技专项——“新一代公路基础设施维护关键技术

6、、重大装备与示范：基于机器人平台的桥梁沿程扫描式无损检测技术及系统装备研发”。1.2多足爬壁机器人的研究现状多足爬壁机器人是机器人的一个重要分支，在实际的应用当中也很广泛。多足爬壁机器人的工作环境主要是垂直或倾斜的壁面，所以需要通过吸附装置来保持在壁面的正常作业。这也是多足爬壁机器人与普通的多足机器人最大的区别之一。目前常见的壁面吸附装置主要有磁吸附、真空吸附、刚毛吸附等。其中磁吸附方式主要依靠永磁或电磁的吸附方式，但其工作壁面必须是导磁面。真空吸附方式主要是依靠真空发生器在吸盘面内产生一定的真空度，从而达到吸附的效果。刚毛吸附运用的

7、是仿生学原理，通过模仿壁虎的刚毛与壁面产生范德华力，但只使用与体型较小，体重较轻的机器人。近年来，爬壁机器人也成了国内外研究的热点，世界各国如等相继研制出一系列各具特色的爬壁机器人，我国在国家自然基金和各部委项目的大力支持下，从上世纪90年代中期也相继展开了对爬壁机器人的研究，不少高校及科研机构也相继推出了他们的爬壁机器人实验样机。1.2.1国外机器人的研究现状国外对多足爬壁机器人的研究工作比较多，研究的重点主要体现在这两个方面：1.吸盘的吸附方式，2.机器人的运动方式。第二章多足机器人整体方案分析2.1引言本课题所研究的六足爬壁机器

8、人，为桥梁检测，尤其是桥底检测提供了一种新的模式。传统的桥梁检测方法对于桥梁墩、台、主塔以及桥梁侧面及地面的效率不高，且存在一定的误差，通过搭载视频及检测系统的六足爬壁机器人能很好的解决这一问题，同时也降低了成本，提高了