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微小型爬壁仿生机器人是能够代替人类进行各种极限作业的移动机器人,它能够进入大楼通风管道进行灾情现场考察、敌情侦察,或进入空间狭窄的核工业管道群之间进行外管壁的检测和维修。因此开发类似壁虎仿生机构的微小型爬壁机器人具有很高的市场潜力和实用价值。本课题得到国家自然科学基金(编号:50275091)和上海市青年科技启明星计划(编号:02QMF1411)的资助,研究的目的是开发能像壁虎一样适应各种材质和任意形状壁面的微小型爬壁仿生机构。本文主要介绍了此微小型爬壁机器人的机构设计、步态规划、控制算法设计、控制系统软/硬件设计等内容。在阅读大量文献和借鉴已有类似成果的基础上,理论联系实际,研制出了体形微小、具有良好机动性的微小型四足仿生机器人。
作者本着“实用化”的目的,并结合实际条件完成了仿生机器人机械结构设计和控制系统硬/软件设计等工作。主要内容如下:
本文首先介绍了壁虎的吸附机理和移动机理,在此基础上,基于仿生学原理设计了微小型爬壁机器人的机械整体结构,然后对四足机器人的各种步态进行了分析比较,最终选择静步行三角支撑作为微型爬壁机器人的运动步态,随后基于所选择的步态设计了机器人的运动控制算法,在此基础上设计了爬壁机器人的控制系统硬件电路,并完成嵌入式实时多任务操作系统μC/OS-Ⅱ在上面的移植工作,编写、调试了控制软件。最后通过实验测试机器人的各种运动性能。实验结果表明,该机器人运动灵活,能实现前进、后退和转弯等运动。