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1、第28卷第10期东北大学学报(自然科学版)Vol128,No.102007年10月JournalofNortheasternUniversity(NaturalScience)Oct.2007小型爬壁机器人系统设计与应用1123肖军,贾宁宇,王洪光,XINing(1.东北大学信息科学与工程学院,辽宁沈阳110004;2.中国科学院沈阳自动化研究所,辽宁沈阳110008;3.MichiganStateUniversity,EastLansing,MI48824)摘要:针对一种小型的双足爬壁机器人,设计开发了基于DSP2812处理芯片的控制系统#该机器人系统采用双足真空吸盘式结构和用3
2、个电机驱动5个关节的欠驱动结构#双足真空吸盘式结构使其可以在光滑的墙面和天棚行走,又能够在交接面之间完成跨步行走#而欠驱动结构减少了电机的数目,从而减小了机器人的尺寸和降低了机器人的质量和能量消耗,但它也给机器人的控制和运动规划带来了新的挑战#已完成的系统设计包括运动模式设计、关节控制、通信模块设计和吸盘足控制等#实验结果证明了所提出方案的可行性#关键词:爬壁机器人;有限状态机;通信;PID控制;步态规划中图分类号:TP242文献标识码:A文章编号:1005-3026(2007)10-1442-04SystemDesignandApplicationofaMiniatureClim
3、bingRobot1123XIAOJun,JIANing-yu,WANGHong-guang,XINing(1.SchoolofInformationScience&Engineering,NortheasternUniversity,Shenyang110004,China;2.ShenyangInstituteofAutomation,ChineseAcademyofSciences,Shenyang110008,China;3.MichiganStateUniversity,EastLansing,MI48824,USA.Correspondent:XIAOJun,E-mai
4、l:xiaojun@ise.neu.edu.cn)Abstract:AcontrolsystembasedonDSP2812wasdesignedforanewminiaturebipedalclimbingrobot,adoptingthebipedalsuctionfeetandanunder-actuatedmechanismwiththreemotorstodrivefivejoints.Thesuctionfeetmaketherobotavailabletoclimbonasmoothplaneorceilingandtransitthepassagebetweentw
5、oinclinedsurfaces.Theunder-actuatedmechanismcanreducethenumberofmotorsrequiredhencetherobotsize/weightandpowerconsumption.However,itimposeschallengesonrobotcontrolandmotionplanning.Themotionmode,jointcontrol,communicationmoduleandsuctioncupfootcontrolhaveallbeendesigned,andtheexperimentalresul
6、tshaveverifiedthevalidityofthedesignschemeproposed.Keywords:climbingrobot;finitestatemachine;communication;PIDcontrol;motionplanning[9]近年来,特种机器人的开发受到了越来越多特殊环境的要求#本文描述了一种新型的双足[1]的关注#高层建筑物的清洁、核设施的检查与爬壁机器人,该机器人系统采用双足真空吸盘式[2][3]维护、消防与抢险工作、危险环境的远程监结构,具有5个自由度,RRPRR结构#为了减少[4]测等,这些实际问题都对特种机器人的开发提机器人质量
7、,采用了3个电机驱动5个关节的欠出了迫切的要求#爬壁机器人由于可吸附在墙面驱动结构#机器人吸盘足由吸盘、真空泵、压力传并可以携带一定的传感器和仪器而成为这类环境感器、接触传感器、微型气阀等元件组成#该机器[5]下的最佳选择#目前世界各国对于爬壁机器人人具有尺寸小(长约100mm,宽约60mm,高约的研究已经取得了丰富的成果,美、英、法、德等国50mm)、质量轻(小于900g)的特点#它能够爬行相继研制出应用于一些特殊领域的排爆机器人、于光滑的壁面,如地面、墙面及天棚等
