三角履带爬壁机器人越障动力学建模与仿真 .pdf

三角履带爬壁机器人越障动力学建模与仿真

王瑞;高荣慧;翟华

【摘要】针对一些工作场合对爬壁机器人有较高的越障性能要求,设计了一种包含

4个三角形履带轮组构成的磁吸附爬壁机器人.首先设计了三角履带爬壁机器人的

整体结构,研究了越障过程中机器人结构变化,以及爬行越障和翻转越障通过原理.建

立了翻转越障过程动力学模型,该模型体现了机器人机构尺寸等因素对电机输出力

矩的影响.根据此模型,能确定机器人越障过程所需最小驱动力矩.利用ADAMS软件

进行仿真验证,仿真结果证明了动力学模型的正确性,表明了机器人结构简单,具有较

强的越障能力.%Anewmagneticadsorptionwall-climbingrobotwith4

triangulartracksisdesignedtohelptherobotcrosstheobstacleforsome

workoccasions.Firstly,theconstructionoftherobotandthestructural

deformationofobstacle-climbingprocessarestudied.Thentheprinciple

ofthecreeping-obstaclewayandtheturning-overobstaclewayare

expounded.Thedynamicmodelfortheturning-overobstacleprocessis

builtandthemodeldescribestheinfluenceofstructuresizeonmotor

torque.Basedonthismodel,theminimumdrivingtorquefortheturning-

overobstacleprocesscanbedetermined.Avirtualmodelissimulatedby

ADAMS,whichprovethatthedynamicmodelfortheturning-overobstacle

processiscorrect,andtherobotwithtriangulartrackscanclimbover

higherobstacle.

【期刊名称】《机械设计与制造》

【年(卷),期】2017(000)0z1

【总页数】4页(P205-208)

【关键词】三角形履带;磁吸附;爬壁机器人;越障;虚拟仿真

【作者】王瑞;高荣慧;翟华

【作者单位】合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽合肥230009;合肥工业大学

机械与汽车工程学院,安徽合肥230009;合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽

合肥230009;合肥工业大学工业与装备技术研究院,安徽合肥230009

【正文语种】中文

【中图分类】TH16;TP24

1引言

爬壁机器人是极限作业机器人的一个分支，其目的是代替人类，在核工业、石化企

业、建筑行业、消防部门、造船等领域中的危险状态下作业，具有极其广泛的用途

和很高的使用价值[1]。爬壁机器人按照移动方式主要分为轮式、履带式与多足式

三种。其中，轮式移动速度快、转向灵活，但车轮与壁面接触面积小，磁吸附力小

[2]。履带式接触面积大，负载能力强，但不易转向和壁面过渡[3]。多足式可灵活

实现壁面过渡和转向等功能，但移动速度慢，各足的运动协调性要求较高，控制难

度大[4]。这些机器人多数针对平坦壁面设计，缺乏越障能力[5]。当前，爬壁机器

人研究方向逐渐朝混合式发展，试图综合不同类型爬壁机器人的优点[6-7]。针对

以往爬壁机器人存在的不足，提出了一种结构较简单、越障能力强的新型爬壁机器

人，首次将三角形磁吸附履带应用到爬壁机器人上。三角形履带结合了轮式和履带

式特点，具有四个三角履带轮组，运动较灵活；同时对比轮式吸附，履带接触面积

大，吸附力较大，负载能力强。三角履带结构可使机器人根据障碍物的高度自行采

用爬行越障或者翻转越障两种通过形式，其中，翻转越障形式较大的提高了机器人

越障高度。

从理想的角度看，机器人的驱动力越大，越障能力必然越强，但由于体积、重量以

及能源等多方面的限制，其驱动力不可能无限制地选择[8]。针对机器人翻转越障

过程建立了越障动力