● 摘要
针对反恐救灾作业对爬壁机器人要求体积小、重量轻、适应性强等特点，本论文设计了一种多功能的小型负压爬壁机器人。机器人具有较强的壁面适应能力及负载能力，能完成面面转换、越障碍和越沟槽等复杂任务。本论文首先系统地介绍了小型单体负压爬壁机器人的设计过程。分析了影响单体爬壁机器人性能的关键因素，通过对机器人静力学分析提出了增强吸附稳定性和降低功耗的压力配置方法，最后对比分析了单体爬壁机器人样机性能。其次，介绍了小型双体爬壁机器人的设计过程。分析了双体爬壁机器人的运动空间和吸附性能，介绍了机器人中间转动关节设计和关键零部件的受力变形分析，建立了双体爬壁机器人动力学模型并分析，最后针对双体机器人各项任务做了相应的运动规划。 然后，介绍了爬壁机器人控制系统的设计。讨论了小型负压爬壁机器人控制系统需求，选用了基于ARM7的主控制器和AVR的辅助控制器。采用了控制与驱动分开、控制部分集成化、驱动部分模块化的设计方法，可分别组成单体机器人和双体机器人的控制系统。介绍了传感器的选择及标定，通过传感器融合技术，在一定程度上实现了爬壁机器人的智能化控制。最后，进行了相关实验，验证了理论分析得到的小型负压爬壁机器人设计关键因素推导的正确性。对研制的单体机器人样机和双体机器人样机进行了功能实验，单体爬壁机器人性能有较大提高，双体爬壁机器人可以完成面面转换等复杂动作和任务。