爬壁机器人气动位置伺服控制研究.pdf

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1、2004年8月北京航空航天大学学报August2004第30卷第8期JournaIofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsVoI.30No.8爬壁机器人气动位置伺服控制研究张厚祥刘荣王巍宗光华（北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京100083）摘要：针对高层幕墙清洗作业的特点，设计并实现了新型全气动爬壁机器人系统.为解决气动系统低刚度和非线性的特点，针对机器人气动结构中两个主运动气缸的运动定位问题提出了一种分段变结构bang-bang控制方法，并应用于气动脉宽调制高速开关阀控气缸位置伺服，实验及应用结

2、果表明该方法使得控制性能得到明显改善，满足使用要求.关键词：机器人；bang-bang控制；气动脉宽调制中图分类号：TP242.6文献标识码：A文章编号：1001-596（52004）08-0705-04ResearchonthepneumaticpositionservosystemforclimbingrobotZhangHouxiangLiuRongWangWeiZongGuanghua（SchooIofMechanicaIEngineeringandAutomation，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronau

3、tics，Beijing100083，China）Abstract：TomeetthereguirementsofgIass-waIIcIeaningforhigh-risebuiIdings，apneumaticaIIyactuatedcIimbingrobothasbeendeveIoped.However，thecharacteristicsofIow-stiffnessandnonIinearityinpneumaticsys-temmakeaccuratecyIinderpositioncontroIdifficuIty.TosoIvethispro

4、bIem，anewbang-bangcontroImethodwasproposed.ThewhoIecontroIprocessissegmentedintoseveraIbang-bangperiodsaccordingtothepistonpositionandveIocityofcyIinder.Withthismethod，whenthepistonofcyIinderisfarfromsetpositionitcanmoveguickIyto-wardsthetarget，andwhenthepistonisnearthesetpointitwiI

5、IreachthetargetaccurateIy.TestingresuItsshowthatthiscontroImethodcaneffectiveIyimprovethecontroIguaIity.Keywords：robots；bang-bangcontroI；pneumaticpuIsewidthmoduIation随着城市建设的发展，越来越多的高层建筑特点，使得对气动伺服系统的控制难以收到十分出现在大都市中.高大建筑物玻璃幕墙的清洗是满意的效果.一项繁重的工作，人工清洗不仅费用高、效率低，本文介绍的全气动爬壁机器人系统为产品样而且十分危险.机器

6、人技术的发展为解决高层建机，并成功应用于上海科技馆幕墙的清洗作业.以筑玻璃幕墙的清洗问题提供了一个新的思路.普通高速开关阀作为气动伺服的控制元件，采用壁面作业机器人的研究在国内外均有开展，新型分段变结构bang-bang控制器实现机器人!，目前主要有框架式［1］、步行式［2］、轮式或履带式［3］"两个无杆气缸的位置伺服，运动速度快，精度等结构形式.气动技术成本低廉、工作效率高、清高.洁无污染，已在越来越多的领域中得到广泛应用.［1］!擦窗机器人系统构成日本清水建设株式会社研制的玻璃清洗机器人采用气动方式，能完成纵向、横向直线运动，但不擦窗机器人系统包括3部分：

7、楼顶随动安全能横向越障和转向.气体介质的可压缩性使系统小车、地面小车和机器人本体，如图1所示.楼顶整体的刚度较低，并在控制中呈现严重的非线性随动安全小车与机器人通过钢丝绳中的电缆连收稿日期：2003-05-07基金项目：国家863计划资助项目（863-512-9913-03）作者简介：张厚祥（1974-），男，天津人，博士生，rIiu@buaa.edu.cn.706北京航空航天大学学报2004年动功能的关键，两个主气缸气动控制结构如图3所示.图3X，Y主气缸气动控制结构根据反馈信号，控制器产生对气缸两端高速l—地面小车；2—管缆；3—机器人本体；4—钢丝绳；开

8、关阀的控制信号U，当阀l与气源接通，阀