题目：具有跌落防护功能的负压爬壁机器人的研制

随着科学技术的发展以及社会的需求，爬壁机器人的应用越来越广泛，其技术也得到了飞速的发展。负压爬壁机器人相较起来较为成熟，适用于一般墙面的爬行，如粉刷墙面、玻璃等，其扩展功能也在逐步增加，如喷涂、拍摄等，但目前仍存在一些问题，如体积较大，机器人较为笨重，结构复杂，成本较高，操作设备携带不便，还有安全防护功能较弱。这些问题都亟待解决，特别是防护性能方面，因为负压爬壁机器人常常为空中作业，且吸附力受外界影响较大，容易吸附失效机器人跌落坠毁，故而防护装置的设计很有必要。

本文以开发一款城市巡查机器人为平台，对这些问题进行了研究，主要的研究重点为机械结构的优化设计，机器人跌落姿态研究及防护装置设计，气囊刚度模型和控制系统优化设计等。本文的研究内容具体如下：

1) 确定爬壁机器人的总体方案，在此基础上对机器人的转弯性能、抗滑动性能、抗倾覆性能进行理论分析，以获得对结构设计的指导，然后针对经典的压力分配问题进行详细分析，确定影响因子，并从中获得优化该问题的方法或者思想；另外对机器人的跌落姿态进行研究，以掌握重点防护位置，在结构设计中进行重点防护；

2) 根据理论分析进行机械结构设计，利用先进制造技术，将机器人的结构化零为整，将风机架、移动装置支撑架、负压底板与机架设计为一体，并将机器人移动装置、吸附装置、密封装置模块化，针对以前机器人出现的结构问题进行改进，这样就简化了机器人的结构，减少了装配问题，另外，针对机器人的重点防护位置设计缓冲装置，以对机器人进行全方面保护；

3) 气囊对压力分配问题具有至关重要的地位，建立气囊刚度模型，找到影响气囊刚度的因素，并据此改进气囊的参数，优化压力分配问题；

4) 针对机器人需要实现的动作，选择恰当的主控芯片，将整个控制系统集成化，之前使用的设备不是可持性差就是可视性差，故而上位机载体选择平板或手机，基于此来开发上位机界面，改善使用体验，并选用WIFI来进行上位机与下位机之间的通信以及视频的传输。