一种多吸盘爬壁机器人原型的研制*孟宪超1,王祖温1,包钢1,SKTSO2,邵浩2(1.哈尔滨工业大学机电学院,黑龙江哈尔滨150001;2.香港城市大学)摘要:介绍了一种仿坦克的爬壁机器人原型设计,该机器人新颖之处在于采用多个吸盘组成的吸附机构和单链条爬行及转向机构,它可以在玻璃幕墙和船壳等墙面上连续爬行,并有一定的越障能力。主要阐述了爬壁机器人关键结构的设计、安全性分析、转弯技术和越障实现的设计思想,并简要对其控制系统进行了介绍。关键词:爬壁;爬行机器人;吸盘;链条中图分类号:TP24文献标识码:A文章编号:1001-2354(2003)08-0030-04表面检测和清洁等工作对于高层建筑物或大型结构的安全使用和寿命非常必要,而传统的吊篮人工操作方式既危险,劳动强度又高,在世人对生命越来越尊重、对生活质量追求越来越高的同时,在过去的20多年中,科研人员研制了多种类型的爬壁机器人,希望借此能将人从危险和枯燥的工作中解放出来。目前为止,根据机器人吸附在工作墙面上的方式,爬壁机器人大体上分为三类:真空吸附型[1~8]、磁力吸附型[1,2,3]和推力型[1]。现阶段应用最多的就是真空吸附型爬壁机器人,这种类型的机器人又分为单吸盘爬壁机器人[1,2,4]和多吸盘机器人,前者如哈工大王炎教授主持研制的清洗机器人[2];后者如ROBINSPEC[5],Robug-II[6],Cleanbot-I[7]等。在过去几年中,香港城市大学智能设计、制造及控制中心(CIDAM)和内地大学合作,致力于爬壁服务机器人的研制,开始研制了一种笛卡尔坐标式爬壁机器人[7],该机器人由平移机构和吸附装置构成,通过X轴和Y轴的交替移动,配合两轴上对应的吸盘Zx和Zy相应交替吸附,实现机器人本体的移动,该机器人稳定性好,但由于机构所限,移动不是连续的。为了提高工作效率,受坦克履带爬行方式的启发,继而研制了这种可以连续爬行的多吸盘单链爬壁机器人Cleanbot-IV,该机器人的优点是能够跨越一定的障碍,并且能够连续爬行。1系统概况和关键结构Cleanbot-IV能够在地面和垂直的玻璃幕墙等工作面上爬行,主要由行走及转向机构、吸附机构、吸盘组导向和提升装置以及控制系统组成,主要部件如图1所示。该机器人长约720mm、宽370mm、高约370mm、重约20kg。1.1行走机构行走机构模仿坦克履带结构。坦克采用双履带行走和转向,对于爬壁机器人,爬行中底部的履带要通过吸盘吸附在工作面上,如果采用双履带,机器人转向理论上不易实现,因此决定采用单履带模式。在一封闭链条上安装吸盘形成一条行走履带,通过前后两个直径为122mm的链轮,来支撑驱动履带,并象坦克一样,在链轮上方设置支撑张紧轮。前轮用来控制爬行的方向,一个双作用气缸用来控制前轮转向,后轮用于驱动爬行,由一交流伺服电机通过减速机构来驱动,减速机构的核心是一谐波减速器(1B126),电机选的是三菱的交流伺服电机(HC-KGS12B),体积小,单位体积功率大。电机驱动后轮驱使机器人向前运动,当转向气缸驱动前轮偏转一定角度,前部链条会随之转动一定的角度,因而,机器人会改变其前进方向,所以,链条具有一定的柔性对系统的转向很重要,链条的每一关节可偏转2.4b。转向的实现问题在下面进一步探讨。1.框架2.气源3.转向气缸4.前轮5.链条6.导向凸轮7.伺服电机+谐波减速器8.吸盘9.导向滚轮10.后轮(驱动轮)图1Cleanbot-Ô的构成图theregressionanalysiswascarriedoutupontheexperiment,thustheoptimumparametersofleafpeelingcomponentwerefoundrapidlyandeffectively.Throughassemblyofthewholemachine,simulationanalysisandmodificationupontheexperiment,thedigitizedmdoelofproductleveledleafpeelingoffmachinewasobtained.Keywords:sugarcaneleafpeelingoffmachine;simulationanalysis;virtualorthogonalexperimentFig5Tab4Ref5/JixieSheji02598第20卷第8期2003年8月机械设计JOURNALOFMACHINEDESIGNVol.20No.8Aug.2003*收稿日期:2002-07-20;修订日期:2003-02-21基金项目:香港政府工程研究基金(CERG#9040407)和科技创新署科技创新基金(ISF#9350006)共同资助项目。作者简介:孟宪超(1971-),男,山东青岛人,助理研究员,博士研究生,专业方向:机器人机构及控制技术。1.2吸附机构吸附机构由安装在链条上的13组吸盘及真空发生器等组成,如图1和...
