爬壁清洗机器人及壁面适应性研究

• 作 者: 刘华涛
• 机 构: 上海交通大学
• 出 处: 上海交通大学
• 发表日期: 2006年期
• 关键词: 爬壁机器人 幕墙清洗 壁面适应 负压吸附 姿态调整

本文研究的爬壁清洗机器人是一种能够在垂直壁面上移动并完成清洗作业的服务机器人，该机器人可实现高楼外墙清洗的自动化，大大改善了工作环境、提高了清洗效率。
首先介绍了目前爬壁机器人的研究现状，阐明本课题的研究目的和意义。在参阅大量文献、总结和借鉴现有清洗机器人的基础上，提出并实现了一种采用双吸盘负压吸附式且自身无驱动装置的高楼玻璃幕墙清洗机器人方案。
介绍了清洗机器人的组成结构，详细分析了各部分的工作原理。在此基础上阐述机器人控制系统的主要问题，并提出一种保证机器人稳定工作的主从分布式控制方案。分别研究了楼顶安全保护系统、机器人本体系统、便携控制箱三个分系统及它们之间采用无线通讯的控制方案。
在介绍该清洗机器人的基础上，根据其带有滑动式吸盘的特点着重研究了该机器人的壁面适应性。通过吸盘负压吸附控制和机器人姿态调整两个方面的研究，提高了机器人的壁面适应能力。
研究了负压吸附式爬壁机器人吸盘的理想密封系统模型，并采用流体网络理论，将吸盘结构参数分别等效为流阻、流容，建立了双吸盘流体网络模型。在该模型基础上分析吸盘系统在不同情况下的负压动态响应曲线，为吸盘的结构设计以及提高吸盘壁面适应能力提供了理论依据。
从分析机器人的运动学方程入手，对调整机器人姿态的算法进行了研究，并采用高精度的倾角传感器作反馈，将其应用到机器人的姿态控制中，从而提高了机器人的运动控制精度和工作效率。
最后介绍了该爬壁清洗机的实验情况，实验结果表明该机器人对壁面泄漏具有一定适应能力，下滑清洗过程中能始终保持平稳姿态，并能很好的完成壁面清洗工作，具备较好的壁面适应性。