具有双负压吸盘的爬壁机器人吸附特性

介绍了一种双负压吸盘式爬壁机器人吸附机构,分析了机器人可靠吸附于垂直壁面的基本吸附条件.基于流体网络理论建立了吸盘模型并得到吸盘在风机突然启动、机器人遇障碍以及风机突然关闭三种情况下的等效电路.通过对等效电路的分析得到吸盘内负压动态响应曲线,进而得到了流阻、流容等吸盘结构参数对吸盘腔内负压的影响关系.最后通过试验和仿真进行了验证.     

具有双负压吸盘的爬壁机器人吸附特性

介绍了一种双负压吸盘式爬壁机器人吸附机构，分析了机器人可靠吸附于垂直壁面的基本吸附力条件．基于流体网络理论建立了吸盘模型并得到吸盘在风机突然启动、机器人遇障碍以及风机突然关闭三种情况下的等效电路．通过对等效电路的分析得到吸盘内负压动态响应曲线与流阻、流容的影响，进而得到了吸盘机构参数对吸盘腔内负压的影响关系．最后通过试验和仿真进行了验证．     

一种壁面牵引移动式玻璃幕墙清洗机器人

提出了一种新颖的平面玻璃幕墙清洗机器人结构设计原则,据此设计了2个自身无行走机构并依靠壁面牵引移动的清洗机器人系统.机器人吸附在壁面上,在楼顶卷扬机的牵引作用下依靠自身重力沿壁面下滑,同时完成清洗作业,并通过双负压吸盘的交替吸附跨越突起的水平窗框障碍.为提高机器人的工作能力,进行了作业安全分析,并研究了吸盘吸附力的调整控制方法.现场试验表明机器人能有效完成幕墙清洗任务,具有机构简单、效率高、成本低、清洗效果好的特点.     

差动式形状记忆合金驱动器驱动的仿生吸盘

为促进爬壁机器人负压吸附机构的微型化和小型化,根据生物负压吸附器官的结构特点,设计了一种形状记忆合金(SMA)驱动器驱动的仿生吸盘.由于SMA响应速度慢,为加快负压响应,仿生吸盘采用差动式SMA弹簧驱动器驱动,并引入电阻反馈监测SMA相变程度,设计了一种变结构控制器控制SMA加热电流.仿真和实验结果表明:该吸盘产生负压较快,并具有一定的吸附能力,能够作为微型和小型爬壁机器人的吸附机构.     

爬壁机器人履带吸盘的多体渐变磁化系统设计

介绍了基于多体渐变磁化系统理论研究设计的有别于传统普通吸盘结构的爬壁机器人履带吸盘结构。根据稀土永磁履带吸盘结构和性能特点， 建立了履带吸盘的简化模型和吸盘与金属壁面间隙工作空间的镜像模型。基于以上模型和稀土永磁体内部磁化强度与均匀分布的特性，推导出间隙工作空间在y方向的磁场强度的多次谐波方程表达式，证明该结构的吸盘比传统普通吸盘有更良好的磁场性能。通过对比实验验证，该履带吸盘的吸力比普通吸盘大得多，完全能满足爬壁机器人爬行性能的要求。     

爬壁机器人

爬壁机器人采用真空吸附形式吸附壁面,吸盘贴近壁面时受挤压力作用排出空气实现真空吸附。脱离时空气单向阀打开与大气相通吸附力消失脱离壁面。在爬行方式上．该机器人使用2组8个吸盘,8吸盘结构能够保证整个机器人自身稳定性,2组吸盘在曲柄连杆机构带动下交替运动．克服了其他机器人爬行速度慢的缺点,同时具备更好的越障性。     

双动力臂爬壁机器人运动吸附控制系统设计

本文设计了一种能够适应多种壁面、安全性高的爬壁机器人运动吸附控制系统.首先介绍了机器人的结构和运动原理,并详细描述了机器人吸附机理和真空回路控制原理.在此基础上,设计出一种通用双动力臂爬壁机器人运动吸附控制系统.分析表明,该控制系统工作性能良好,使该机器人吸附系统安全可靠,有较强的越障能力,能较好地适应各种材质和倾角壁面的作业要求.     

间隙式单吸盘爬壁机器人动力特性分析

研究了带有新型吸盘结构的具有间隙式负压吸附方式特点的爬壁机器人的动力学问题。采用间隙吸附方式的爬壁机器人,其运动性能(可操作性、驱动性能等)主要由轮式移动结构决定,因此对爬壁机器人运动结构进行动力学分析是合理和必要的。基于拉格朗日乘子方程建立了机器人的动力学模型。利用Matlab/Simulink的动力学仿真,分析了吸盘吸附力和机器人方位角变化对爬壁机器人运动特性的影响,为改善和提高机器人的运动性能并为其结构优化设计与运动控制提供了理论研究基础。     

基于冗余控制理论的壁面机器人真空系统的安全性

壁面爬行机器人必须具备吸附和移动功能,吸附系统的安全性是决定整机性能的关键指标．将冗余控制理论应用于负压式壁面爬行机器人的真空吸附系统中,分析了冗余理论应用于真空吸附系统的可行性并建模,提出了提高其安全性的有效措施——双真空泵冗余系统．从理论上证明了该冗余系统可以使壁面机器人的平均无故障工作时间至少延长1倍．通过实际的实验数据分析得出,该系统具有实用性和可调性,并且双泵切换具有快速性和稳定性．     

爬壁机器人

高楼大厦的瓷砖外表或玻璃幕墙往往要工人爬上爬下清洗来保持清洁,而哈尔滨工业大学日前研制成功一种新型壁面清洗爬壁机器人,将替代这种低效率、不安全的人工清洗方式。这种新型壁面清洗爬壁机器人为第二代清洗机器人,采用弹性气垫密封负压吸附。工作时,它脸盆大的吸盘紧紧地吸附在墙壁上,以每分钟２～１０ｍ的可调整速度双轮驱动上下左右灵活移动,可以适应弧形壁并跨越沟槽。这种机器人不再依靠巨大的控制柜和大量的电缆芯线进行控制,而直接将缩小了体积的控制器安放在机器人本体上,实现了控制器的小型化,机器人仅重２３．２ｋｇ…     

Fast Control of Negative Pressure Response of a Bio-inspired Suction Cup Actuated by Shape Memory Alloy

A bio-inspired suction cup actuated by drape memory alloy (SMA) for miniature wall climbing robots ls developed based on studying characteristics of biological suction apparatus. Some fast control strategies are introduced to improve negative pressure response. model of the suction cup is built,and simulation and experiments results indicate the effectiveness of the fast control strategies. The largest negative pressure of the suction cup can reach 14 000 Pa,and its generating and cancelling just need 5 s. Research results Indicate the suction cup can be used as an adhesion mechanism for miniature wall climbing robots.     

小型爬壁机器人系统设计与应用

针对一种小型的双足爬壁机器人,设计开发了基于DSP2812处理芯片的控制系统.该机器人系统采用双足真空吸盘式结构和用3个电机驱动5个关节的欠驱动结构.双足真空吸盘式结构使其可以在光滑的墙面和天棚行走,又能够在交接面之间完成跨步行走.而欠驱动结构减少了电机的数目,从而减小了机器人的尺寸和降低了机器人的质量和能量消耗,但它也给机器人的控制和运动规划带来了新的挑战.已完成的系统设计包括运动模式设计、关节控制、通信模块设计和吸盘足控制等.实验结果证明了所提出方案的可行性.     

基于鲫鱼吸附原理的仿生吸盘设计与性能分析

针对现有仿生吸盘主要应用于干燥环境的现状,对鮣鱼吸盘吸附机理进行探究,运用仿生学原理和负压吸附原理,设计出一种椭圆状外形的仿生吸盘,并分别从吸附能力、摩擦抗阻能力和抗倾覆力矩能力三方面阐述各影响因素对吸盘吸附性能的影响。最后建立有限元仿真模型,利用ANSYS软件对仿生吸盘实体模型进行有限元分析,分析结果表明对鮣鱼吸盘的吸附性能起主要影响作用的是吸盘密封边的密封效果,而该密封效果与材料特性和接触面所受压应力直接相关。     

面向沙土环境的仿生软体机器人及交互力学模型

现有的沙土移动机器人大多采用刚性结构, 在复杂的工作环境中 常常会发生打滑、沉陷、翻倒等问题, 缺乏良好的环境适应能力. 针对该问题设计了一种面向沙土环境的仿弹涂鱼气动软体机器人; 基于地面力学理论和软体机器人建模方法, 考虑机器人在沙土环境下的约束条件, 通过对软肢体与沙土间力学交互特性的分析, 建立了软肢体/机器人-沙土交互力学模型, 并构建了输入气压与机器人运动特性的关联; 通过实验验证了软体机器人-沙土交互力学模型的有效性和准确性. 实验结果表明, 该软体机器人具有环境适应性强、控制简单、柔顺性高等优点.     

基于动态矩阵控制的自主移动机器人模型预测控制方法研究

自主移动机器人运动转向系统的精确控制是其实现直线运行、原地转向功能和完成自主巡航、自治搬运任务的重要基础。为实现对机器人运行转向系统的有效控制,通过分析自主移动机器人的运动转向系统的数学模型,构建出传递函数的表达形式,提出了一类基于动态矩阵控制(dynamic matrix control, DMC)的模型预测控制方法。此外,面向自主移动机器人的运动转向系统,利用Matlab平台开展了基于DMC的模型预测控制方法的仿真研究,仿真结果表明,在运动转向系统的控制过程中,基于DMC的预测控制方法同传统比例-积分-微分(proportion-integral-derivative,PID)控制器相比,在抑制超调、防止稳态误差等方面具有更强的控制性能;开展针对模型失配问题的仿真研究,进一步证明了该算法的鲁棒性和适应能力。同时,通过无障碍和有障碍两类情形下的机器人行走实验,验证了机器人运动系统的有效性。     

一种用于电站清扫的新型移动机器人的研制

火力发电站大型排管锅炉的水冷壁排管壁面清扫和检测一直是一项繁重、复杂和危险的体力劳动。现研制出一种新型机器人－－水冷壁清扫检测爬壁机器人,采用独特的抗倾覆双履带结构、牲的磁路设计和开放式控制系统。该机器人可实现电站锅炉水冷壁排管壁面的清扫和壁面厚度检测,自动化程度高,工作效率和安全可靠性远远高于手工作业,具有较高的推广应用价值。该机器人已通过几次现场测验,各项指标均达到设计要求。