五自由度机步行机器人步态设计及控制策略研究 (2)
结 论 26
致 谢 27
参考文献 28
1 绪 论
1.1 爬壁机器人课题背景及课题意义
1.1.1. 课题背景
随着工业和科技的不断发展，许多在艰难环境中替代人工的小型机器人得到越来越多的需求，其中在不平整的立面上的爬壁机器人在当代的各行业中都有广泛的使用，而且未来发展前景很大。部署在城市环境中的用于侦察的小型爬壁机器人可以减少保安人员的风险。这种机器人应足够小，以避免检测，并且能够旅行在建筑物的外部和内部表面。有几种抓捕技术适合附着于平坦的倾斜面，以提供吸力，尽管受到限制，对大多数实际应用是必然的选择。我们研究的目的一直是设计有吸力抓捕技术以及高运动性能的微型爬壁机器人。这些特征包括在任意倾斜面伸展表面的能力，在这些表面上完成运动，有能力用合理的步伐运动，和在不同的倾斜的表面之间的运动。虽然在不同的倾斜面之间运动的能力以及在表面上完成移动需要多个致动器，但致动器的重量和从移动的快速脚步所得的动态负载能超越市售微型吸附机制的限制。因此，设计的挑战是用最，少的致动器提供全方位的机动性。【1】
1.1.2. 课题意义
机器人的诞生和机器人学的发展是20世纪自动控制领域最杰出的成就。机器人技术的发展，可以提高生产率，改进生产质量，降低生产成本。对于一个经常变化的市场来说，对机器人重新调整和编程所需要费用，远远低于重新调整固定化的自动化机器。机器人还可以承担很多高危或枯燥的工作，可以将人工从许多危险的环境解放出来。因为机器人的可编程性和精确性，所以可以避免人工生产时人员的失误所造成的损失，使得产品质量十分稳定，这也会给制造者带来确定的效益。【2】
随着机器人技术的飞速发展，机器人的应用领域不断扩大，已经从制造业进入人们的工作和生活领域，成为人们日常工作和生活的伙伴和帮手。虽然机器人一次性投资比较大，但它的日常文护和消耗相对于它的产出远比完成同样任务所消耗的人工费用小。因此，从长远看，产品的生产成本还会大大降低。而机器人价格的降低使一些中小企业投资购买机器人变得轻而易举。因此，工业机器人的应用在各行各业得到飞速发展。
1.2 国内外研究现状分析
2. 运动学分析
2.1爬壁机器人双足式越障机构综合及其系统结构
相对比较平整的光滑壁面，基于负压吸附原理的爬壁机器人已被成功地应用。虽然负压吸附技术已经得到了人们的认可，但目前所研制的爬壁机器人还不能满足实际军事需求。其主要原因，或是越障机构过于复杂，难于操作和适用，或是过于简单，无法克服复杂的凸起壁面结构。因此关键问题在于减少越障机构的运动关节和自由度，同时又具有一定高度和跨度的翻越能力，因此，轻便、灵活、高效的越障机构的研制是非常具有挑战性的工作【7】。
从理论上讲，可重构爬壁机器人单体模块越小，重构链越长，其越障能力就越强，爬壁机器人可以通过自身的重构变形，使爬壁机器人的外形像蛇一样“拟合”所攀爬壁面，进而实现越障功能。然而令人遗憾的是，受硬件的限制，相对常见壁面障碍尺寸，爬壁机器人单体不可能制作得非常小，因而这种越障原理目前无法真正实现。【8】至于多足式越障机构，由于其自由度较多，控制复杂，可靠性低，移动速度慢，也不是爬壁侦察机器人最好的选择。