静电吸附爬壁机器人系统设计与实验

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1、静电吸附爬壁机器人系统设计与实验重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：谢理指导教师：秦岚教授专业：仪器科学与技术学科门类：工学重庆大学光电工程学院二O一六年五月DesignandExperimentofWallClimbingRobotSystemBasedonElectrostaticAdsorptionAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByXieLiS

2、upervisedbyProf.QinLanSpecialty：InstrumentScience&TechnologyCollegeofOpticalElectronicEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay,2016中文摘要摘要爬壁机器人是一种同时具有移动和吸附功能的极限作业机器人，在核工业、石化企业、建筑行业、消防部门、造船等领域得到了广泛的应用。尽管国内外不少科研机构已经研发出一些不同吸附方式的爬壁机器人，但是传统的爬壁机器人在实际场合中还不同程度存在一些缺点和不

3、足，制约着爬壁机器人更好地应用。论文借助静电吸附技术设计了一种新型的爬壁机器人系统，具有壁面适应能力强，重量轻，噪声小，功耗低，结构简单等优点。在分析研究导体壁面和电介质壁面静电吸附工作机理的基础上，论文进行了静电吸附力的等效分析计算，对导体和电介质壁面上的静电场分布进行了定性地分析，提出了爬壁机器人的移动方式，并设计了爬壁机器人系统的总体结构。作者分析研究了爬壁机器人的运动学和静动力学机理。针对爬壁机器人在壁面上的安全性，建立了机器人滑落失效和倾覆失效时的静力学模型；分析了爬壁机器人位置、速度和加速度之间的关系，建立了机器人的运动学

4、模型；分析了作用于爬壁机器人上的力和力矩与其运行状态之间的关系，建立了机器人的动力学模型。论文完成了爬壁机器人的控制系统设计与实现，包括上位机人机交互系统和下位机嵌入式控制系统。上位机用以完成对爬壁机器人的监控，使操作人员能够通过无线通信实现对机器人远程控制；下位机则设计了以ARM控制器为核心的嵌入式系统，其接收上位机发送来的任务命令，控制机器人本体完成吸附、移动的任务，并采集机器人的运动状态传送给上位机以供操作人员进行下一步决策。论文作者设计与制作了爬壁机器人的静电吸附装置，在不同壁面上进行了静电吸附力的实验测试，并根据实验结果研制

5、了履带式爬壁机器人的原理样机，同时完成了机器人样机在不同材质壁面上的吸附和驱动实验以及实验结论分析。关键词：静电吸附，爬壁机器人，控制系统I英文摘要ABSTRACTWallclimbingrobotisakindofextremeworkingrobotswithmobileandabsorptivefunction.Itiswidelyusedinthefieldofnuclearindustry,petrochemicalenterprises,constructionindustry,firefightingdepartment

6、andshipbuildingindustryandsoon.Althoughseveralkindsofwallclimbingrobotwithdifferentabsorptivemethodhavebeendevelopedindomesticandforeignresearchinstitutions,itsshortcomingsvariouslyrestricttheapplicationofwallclimbingrobotinsomepracticalsituations.Anewwallclimbingroboti

7、sdesignedinthispaperthroughelectrostaticadsorptiontechnologywiththeadvantagesofstrongadaptability,lightweight,lownoise,lowpowerconsumption,simplestructuresandsoon.Firstly,thispapercalculatedtheequivalentelectrostaticadsorptionforceandqualitativelyanalyzedthedistribution

8、ofelectrostaticfieldontheconductoranddielectricsurface,whichbasedonthestudyofthemechanismofelectrostaticadsorp