基于钩爪的壁面检测机器人的研究

• 作 者: 李修平
• 机 构: 东南大学
• 出 处: 东南大学
• 发表日期: 2011年期
• 关键词: 爬壁机器人 钩刺抓取 粗糙壁面 吸附稳定性

爬壁机器人需要具备两个功能,即吸附功能和移动功能。对于斜拉桥索塔和高架桥桥墩等粗糙壁面的检测工作,本文设计了一种基于钩爪抓取、平行杆移动机构的爬壁机器人。利用微型钩刺抓取壁面微凸体的吸附方式,克服了真空吸附和磁吸附对壁面粗糙程度和材料的限制,采用抓取方式同时也提高了机器人在复杂受力壁面上的吸附稳定性。　　
本文主要从以下几个方面对爬壁机器人进行了研究:　　
首先,针对墙壁表面的复杂形貌,提出了表征壁面特征信息的有效参数,并对壁面微凸体进行了形状分析,建立了微凸体的形状参数与壁面特征参数之间的联系;　　
其次,基于昆虫的墙面附着情况,建立了微型尖钩与壁面微凸体的作用机理模型,得到了尖钩顶端尺寸与壁面特征参数、尖钩与壁面的摩擦因数和机器人设计接触角之间的函数关系,为尖钩的设计提供了理论依据;　　
再次,参照动物的前爪一般只以一根肌腱驱动,设计了爬壁机器人的钩爪抓取模块,并对其进行了运动分析和力分析。采用扭簧驱动实现了钩爪各个指头对壁面微凸体的独立抓取,从而提高了抓取机率;　　
最后,结合钩爪抓取壁面微凸体的吸附方式,设计了爬壁机器人的运动方案,即平行四边形机构,给出了机器人的样机模型。机体舵机和钩爪舵机相互协调运动,实现了钩爪对壁面微凸体的交替抓取和机器人的壁面爬行。