四轮驱动滑动吸盘爬壁机器人的动力学研究

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1、第201302年卷第9月5期机器人ROBOTVbSle-3p2．NO．52010．，Doh10．3724／SRJ．1218．2010．0060l四轮驱动滑动吸盘爬壁机器人的动力学研究李志海，付宜利，王树国(哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室，黑龙江哈尔滨150001)摘要：研究了四轮驱动滑动吸盘式爬壁机器人在滑动导向运动方式下的动力学问题．首先分析了机器人在壁面上安全移动的运动状态和约束条件，然后对驱动轮支撑力分布、驱动轮与壁面间的横向摩擦力以及密封圈摩擦力进行分析，进而基于牛顿一欧拉法建立

2、了机器人的动力学方程，并用驱动力矩安全系数来表征驱动力矩的安全程度．通过动力学仿真，分析了吸附力、驱动轮分布、密封圈刚度等对驱动力矩的影响，为四轮驱动滑动吸盘式爬壁机器人结构优化和安全运动控制提供理论依据．关键词：爬壁机器人；四轮驱动；动力学；滑动导向：驱动力矩中图分类号：TP242文献标识码：A文章编号：1002—0446(2010)一05—0601—07DynamicAnalysisonFour-·wheelDrivingWall—-climbingRobotwithSlidingSuctionC

3、upsLIZhihai，FUYili，WANGShuguo(StateKeyLaboratoryofRoboticsandSystem，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150001，China)Abstract：Dynamicsofthefour-wheeldrivingwall-climbingrobotwithslidingsuctioncupsinskid·-steeringmodeisstudied．First，motionstateandconstrain

4、toftherobotworkingonwallsurfacesafelyareanalyzed，thendistributionofsupportingforcesactingondrivingwheels，lateralfrictionforcebetweendrivingwheelandwallsurface，andfrictionforceactingonsealskirtofsuctioncupsareanalyzed，anddynamicmodeloftherobotisconstruct

5、edbasedontheNewton—Eulermethodintheend．Asafetyfactorofdrivingtorquesisestablishedtodenotethesafetydegreeofdrivingtorques．Theinfluenceofadhesionforce，distributionofdrivingwheelsandrigidityofsealskirtondrivingtorqueisanalyzedbydynamicsimulation．Asaresult，

6、itlaysthetheoreticalfoundationformechanismoptimizationandsafemotioncontrolofthefour—wheeldrivingwall—climbingrobotwithslidingsuctioncups．Keywords：wall—-climbingrobot；four·-wheeldriving；dynamics；skid·-steering；drivingtorque1引言(Intr0ducti0n)了轮式驱动的低噪声负压吸附反

7、恐爬壁机器人【5]；北京航空航天人学、北京理工大学等也分别研制了爬壁机器人作为一种能在垂直外壁进行移动作配置双轮和四轮移动机构的爬壁机器人样机．业的机器人移动平台，可搭载多种T具执行多种任由于爬壁机器人[作于壁面的特殊性，研究其务，可应用于石化、能源、船舶、建筑等多个行业，具动力学问题对机器人的结构设计和运动控制有重要有重要的研究意义和实用价值[1]．轮式驱动滑动吸意义．王巍等针对履带驱动双车体结构的爬壁机器附爬壁机器人由具有较高的移动速度，得到较为人建立了动力学模型_8】，钱志源等建立了双轮差速广泛

8、的研究．日本的Miyake等研制了双轮驱动湿密驱动爬壁机器人的动力学模型[9]．四轮驱动爬壁机封吸盘擦窗爬壁机器人“WallWalker”[2]．千炎等研器人具有车体稳定性好的优点，其支撑力分布、驱制了用于高楼外壁清洗作业的双轮差速驱动爬壁机动轮摩擦状态等与双轮驱动不同，但针对四轮驱动器人Xiao等研制了以反恐侦察为目的的双轮驱滑动导向爬壁机器人动力学问题的研究文献较少．动滑动吸附爬壁机器人样机【3J．Longo等研制了用本文针对所研制的四轮驱动双吸盘爬