● 摘要
对于爬壁机器人，吸附和移动是它最基本和重要的功能。无源振动吸附是最近提出的一种机器人的吸附方式，是爬壁机器人研究的关键技术之一,可以方便的实现机器人的小型化和轻量化。本文在对无源振动吸附原理进行了深入研究，设计了实验装置并通过实验测量了各个参数对无源振动吸附的影响，分析了振动吸附力学特性；在实验结果以及前期制作的机器人的基础上设计了新型振动吸附模块为吸附装置，以多关节运动链为移动机构的小型爬壁机器人。主要研究工作如下：第一、设计了单吸盘振动吸附试验平台的机构和控制系统，通过实验测量了各个参数对无源振动吸附的影响，讨论了参数权重问题，完善了原来的理论模型，分析了振动吸附力学特性建立了力学模型，最后对振动吸附模块的设计起到了指导作用。第二、分析和总结了之前设计的几种振动吸附模块存在的问题，在新的理论模型的基础上设计了一种新型的振动吸附模块。解决了振动吸附模块中，吸盘组中部分吸盘边缘吸附导致吸附效果差的问题。最后对振动吸附模块进行了性能测试，证明了新的模块在壁面的适应能力和吸附能力方面有显著的提高。第三、设计了一种基于振动吸附模块的小型多关节爬壁机器人。介绍了机器人的总体方案、机构及其控制系统设计。该机器人平台具有重量轻，结构简单与操作方便的特点。设计了机器人在壁面上直线行走，转弯以及面面转换的实验，证明了机器人平台的可行性以及振动吸附理论应用前景。