一、爬壁机器人在弧面上爬行时的吸附稳定性的分析（论文文献综述）
王李梦[1]（2021）在《基于仿生柔顺爪刺结构的履带式爬壁机器人研究》文中认为仿生爪刺式爬壁机器人模仿昆虫足部尖爪和倒刺在粗糙表面上抓附的原理,能够实现在陡峭甚至垂直的粗糙墙壁上爬行,在桥梁检测、灾难搜救、军事侦察、小行星探测等领域具有广泛的应用前景。目前仿生爪刺式爬壁机器人通常采用腿足式结构,足部交替抓附爬行,相对机器人本体来说其足部抓附面积较小,且足部爪刺对粗糙壁面复杂形貌的适应性不足,影响了机器人爬行的稳定性和可靠性。本文考虑实际壁面的表面形貌分布特点,建立了爪刺在粗糙壁面上抓附的概率模型,开展了爪刺足柔顺结构设计与分析,研制了履带式爬壁机器人,可以实现在粗糙壁面上连续稳定爬行。主要研究成果和创新点如下:考虑粗糙壁面凸起分布和爪刺接触壁面的随机性,通过实验测试分析了几种典型粗糙壁面凸起的分布特性与爪刺在壁面上抓附的统计特性,建立了单爪刺在粗糙壁面凸起上随机抓附的概率模型,进一步建立了单爪刺在壁面上产生抓附力的统计模型。针对现有爪刺柔顺结构切向和法向刚度耦合导致整体结构设计困难的问题,设计了内骨骼约束的爪刺柔顺结构,实现了切向刚度和法向刚度的独立设计,计算、分析了爪刺柔顺结构的刚度矩阵,验证了该柔顺结构设计的有效性。基于爪刺柔顺结构,设计并研制了爪刺足结构;结合抓附力统计模型,分析了爪刺足在典型粗糙壁面上抓附力,并通过爪刺足抓附实验验证了建立的抓附力统计模型的有效性。针对履带旋转运动带来爪刺脱附困难的问题,设计了具有双轨道导向机构的履带式爬壁机器人,仿真分析与实验结果表明在双轨道机构的导向作用下,爪刺足运动到机器人尾部时可以轻松脱离壁面,履带式爬壁机器人原理样机可以在砖面、砂纸等不同粗糙壁面上进行稳定攀爬,验证了机器人设计的有效性。研究成果对提高仿生爪刺式爬壁机器人和辅助设备在多种粗糙壁面环境下的爬行稳定性,具有一定的应用前景和工程实际意义。
张华胜[2]（2021）在《水冷壁爬壁机器人运动控制研究》文中研究指明随着技术的更新发展,水冷壁管的检测开始向智能化方向发展。最初的检测技术是通过人工携带检测装备,搭建脚手架攀爬进行检测。这种方式工作效率低下,费时费力且存在极大的安全隐患。目前,在高空壁面的清洗、喷漆和探伤等方面,爬壁机器人取代人工进行作业成为研究的热点,因其智能化、高效化和安全化的特点越来越受到研究人员的重视。因此,本文针对水冷壁管的特性,研制出了一套智能检测爬壁机器人,并对其运动控制进行研究,确保爬壁机器人工作更加安全可靠。在查阅大量国内外的相关资料的前提下,结合本文研究的爬壁机器人的工作环境水冷壁的特性和功能需求,对其基础结构和控制系统两部分进行方案研究。在结构方面,从吸附、行走和驱动三方面对爬壁机器人结构方案进行比较分析,确定永磁吸附、履带行走和电机驱动的方案,在此基础上,运用三维软件Solidworks对爬壁机器人的基础结构进行设计建模;在控制系统方面,结合实现的功能需求,采取上—下位机的控制系统方案。为了确保爬壁机器人能够安全可靠地吸附在水冷壁面上且能够稳定爬行,在建立其受力模型的基础上,分别从壁面静力学和动力学两方面进行力学特性分析。在静力学方面,分析静止吸附过程中主要会出现的三种壁面失效现象,包括沿壁面下滑、绕底端倾覆以及沿壁面下滚,得出安全吸附所需的吸附力大小;在动力学方面,通过比较上下链轮驱动时履带张力的影响,确定采用下链轮驱动方式,对爬壁机器人沿壁面向上和向下爬行两种状态进行动平衡分析,得出下链轮驱动所需的驱动力矩范围。为了实现爬壁机器人爬行检测的功能和运动控制的目的,对其控制系统进行研究。在系统硬件部分,分别对系统的四个主要模块包括主控电路模块、通讯模块、爬行驱动模块和检测模块进行分析设计;在系统软件部分,采用上-下位机两级控制方式,通过Keil u Vision4软件对下位机控制流程进行程序的编写。最终对爬壁机器人样机进行实验,验证其运动控制的有效性和可靠性。对爬壁机器人运动控制过程中可能出现的运动路径偏差,建立运动模型进行分析,提出基于自适应模糊PID的运动路径控制方法,在掌握算法基本原理的基础上,设计针对本文的控制器,通过MATLAB软件仿真,分析验证控制器的控制效果。本文完成了对水冷壁爬壁机器人整体结构和力学特性的研究分析,同时对运动控制系统进行硬件设计和软件的编程,研发出了爬壁机器人的样机,并进行了现场的实验验证,对运动过程中出现的路径偏差进行了深入的研究,提出了相应的运动路径控制方法,通过仿真验证了算法的有效性。
崔达[3]（2021）在《履带式爬壁机器人动力学分析及导航控制研究》文中研究说明爬壁机器人是指能够在竖直或倾斜壁面上移动并执行作业任务的自动化机械装置,其主要特点是在保证可靠吸附的同时实现运动和作业,在建筑、交通、石化、核能、消防及造船等许多高空极限作业领域,完成诸如监测、检查、维护和工程施工等危险的工作。从上世纪90年代开始,国内外科学家和工程师研发了多种适用于不同领域的爬壁机器人,其中采用负压吸附方式的履带式爬壁机器人具有适用范围广、运动性能好和承载能力强的优点,具有广阔的应用前景。本文结合国家自然科学基金项目“多履带行走装置机电耦合动力学及自适应控制”（No.51775225）,面向经济社会发展需要,对履带式爬壁机器人的动力学性能及导航控制技术进行了研究。建立了履带式爬壁机器人的动力学模型,分析了爬壁机器人安全工作条件和设计参数对机器人动态性能的影响;提出了吸附装置叶轮的优化设计方法;设计了爬壁机器人轨迹跟踪控制系统,并基于UWB/INS组合导航进行了轨迹跟踪控制实验研究。首先对国内外爬壁机器人的发展历程和研究现状进行了综述,提出了爬壁机器人现阶段在应用方面存在的问题和面临的挑战。根据爬壁机器人的结构特点和运动特性,分析了吸附系统的受力情况,建立了包含吸附装置、驱动装置和壁面参数的动力学方程。为了验证爬壁机器人动力学模型的准确性,设计并制造了爬壁机器人实验平台,通过比较模型仿真计算结果和实验结果,验证了模型的准确性。基于经过验证的动力学模型,分析了爬壁机器人的安全吸附条件和各项设计参数对机器人壁面行驶动态性能的影响。为了提高机器人吸附装置工作性能,满足其壁面行驶自适应负压控制的任务需求,提出了吸附装置叶轮的优化设计方法。采用计算流体动力学（CFD）仿真方法获得爬壁机器人工作时吸附装置内部流体的运动和受力情况,建立了叶轮设计参数与吸附性能之间关系的克里金模型,使用遗传算法进行优化获得最优设计参数。设计了爬壁机器人轨迹跟踪控制器,提出了根据机器人的位姿实时调整吸附装置的负压,使机器人在满足安全吸附条件的低能耗状态下跟踪参考轨迹。以爬壁机器人的位置、速度、姿态、负压和参考轨迹作为控制器输入,两侧履带驱动轮和吸附装置风扇的转速为控制器的输出,控制爬壁机器人沿参考轨迹自适应行驶。根据机器人的实际位置、速度、姿态与参考轨迹之间的偏差,基于模糊-计算力矩法计算运动机构的控制量。为了验证所提出的轨迹跟踪控制器的效果,分别针对直线参考轨迹和圆形参考轨迹进行了仿真分析。仿真结果表明所设计的自适应负压轨迹跟踪控制器能够根据机器人的位姿实时调整负压大小,快速、稳定、准确地跟踪参考轨迹。设计了基于UWB/INS组合导航的爬壁机器人轨迹跟踪控制实验平台,分别对多种直线参考轨迹和曲线参考轨迹的跟踪效果进行了实验研究。实验结果表明,所设计的爬壁机器人导航控制系统能够实现爬壁机器人的轨迹跟踪运动,并具有较高的控制精度。综上所述,本文建立了爬壁机器人动力学模型,提出了爬壁机器人的轨迹跟踪控制方法,并通过实验验证了动力学模型的准确性和控制方法的有效性。论文的研究工作为履带式爬壁机器人的设计和控制提供了参考。
谢超[4]（2021）在《柔性钩爪盘形足式爬壁机器人仿生机理与系统研究》文中研究指明爬壁机器人是一种能够在陡峭斜面甚至倒置壁面上攀爬行走的特种移动机器人,它在建筑物表面维护、大型液油气罐表面检测、灾难搜救、星球探测等方面有广泛的应用前景,是目前机器人领域的一个研究热点。与一般地面运动机器人不同,爬壁机器人需要特殊的附着力系统。传统的爬壁机器人主要利用电磁吸附、真空吸附、静电黏附、轨道固定等方式实现对重力的克服,部分技术经过几十年的发展,有些已成熟,有少量商业化案例。然而,这类技术方法都有着各自的先天不足,限制了其应用范围。例如,电磁吸附在非铁磁性壁面上完全失效;负压吸附无法在粗糙度较大的表面上产生持续的吸附力,而在真空条件下则完全失去作用;静电吸附能耗高,目前技术成熟度还处于初级阶段;轨道固定技术需要爬壁机器人在预先铺设的轨道上工作,不能适用于非结构化环境。所有的传统爬壁机器人都存在效率低,能耗大,易产生噪声等缺陷。现实世界中的壁面环境大多粗糙多灰,有着不规则的起伏表面,如何在这些表面上完成作业任务是爬壁机器人面临的主要挑战之一。自然界中蜥蜴、甲虫等许多动物天生具有飞檐走壁的能力。研究发现,它们的攀爬行走能力来源于其足部的精巧钩爪结构。本文从仿生学角度出发,系统地研究仿生钩爪式四足爬壁机器人的原理、结构设计及样机实验。首先,观察了典型生物东方绢金龟足部微钩爪形态结构,建立了钩爪与粗糙壁面凸起的弹性接触模型,分析了粗糙壁面附着机理。在理论分析的基础上,基于生物构型的启发,设计了双锚点柔性钩爪足片及其阵列结构,研制出相关仿生抓附关键部件。以抓附关键部件为基本单元,设计了具有自主“抓-脱附”能力的盘式钩爪阵列足抓附机构,并开展相关抓附装置集成试验。最后,根据盘式钩爪阵列足装置的抓附特点以及壁虎等典型四足攀爬动物的结构特征设计了两代四足仿生爬壁机器人,并完成了样机的系统集成和性能测试。本文完成的主要研究成果和创新点如下:（1）基于昆虫足部微钩爪形态结构,建立了仿生钩爪结构柔性接触耦合模型,利用刚度矩阵法,有效分析了仿生钩爪附着特性,为柔性钩爪片的设计提供了理论指导。（2）基于刚度矩阵调制方法设计了单锚点钩爪单元,结合钩爪与壁面的接触机理分析,创新性地提出了一种基于单锚点钩爪单元构型的双锚点柔性钩爪片。该钩爪片增加了单位空间上承力点的密度。根据柔性钩爪片的结构特点设计了一体化制作工艺,实现了柔性钩爪片的批量制作。（3）根据柔性钩爪片在粗糙壁面上附着和脱附的运动特点,设计了基于切比雪夫连杆机构的“抓附-脱附”机构。在此基础上采用圆周布置方案,设计了具有三排柔性钩爪片阵列的盘式仿生钩爪足。该足采用单个舵机,通过一套锥齿轮传动结构,实现抓附力的三向自主加载及卸载,从而实现稳定的抓附及有效脱附。（4）以盘式钩爪足为附着装置,参考爬壁动物的躯体结构特征,设计了两代四足仿生爬壁机器人,并开展了样机集成试验。经过试验及迭代设计,第二代爬壁机器人成功实现倒置粗糙壁面的挂附和垂直粗糙壁面的稳定爬行,有效验证了关键仿生部件的可靠性。
龚宇强[5]（2021）在《密集阵爪刺式四足爬壁机器人设计与运动学分析》文中研究表明爬壁机器人在灾难搜救、危险环境作业和军事侦察等领域具有广泛的应用前景,成为了国内外研究的热点课题。本文提出密集阵爪刺式四足爬壁机器人,较好地解决了机器人在粗糙、多尘的壁面爬行时,存在的稳定性差以及无法越障等问题,拓展了爬壁机器人在复杂墙壁环境中的应用,具有重要的工程价值。具体的研究内容如下:首先,分别建立爬壁机器人脚爪的单根爪刺在壁面上的动态和静态抓附模型,研究机器人爪刺抓附壁面的过程,分析各过程中影响爪刺抓附壁面的因素。结果表明:机器人脚爪上的爪刺受到的法向抓附力、爪刺与壁面接触点切线倾角、爪刺与壁面间的摩擦因数等均会对爪刺在壁面上的抓附性能产生一定影响,为脚爪的结构设计与抓附过程的运动设计提供了理论依据。然后,对影响密集阵爪刺式脚爪在壁面上抓附性能的各关键参数进行分析与建模,计算出各设计参数的最优值。同时,分析爬壁机器人脚爪上单根爪刺抓附壁面的失效形式,及不同失效形式下单根爪刺所能承受的最大载荷,以此计算出机器人整个脚爪所能承受的最大载荷。并对具有不同设计参数值的机器人脚爪在壁面上所能承受的最大载荷进行对比实验,验证对脚爪各关键设计参数的分析与所建立的数学模型的准确性。接着,基于曲柄摇杆机构与脚爪抓附形式对爬壁机器人的腿部运动方案进行研究,完成机器人腿部机构的设计,建立腿部运动方案的数学模型,并对其进行仿真分析。结果表明:腿部机构的运动能够保证本文所设计的脚爪稳定可靠地抓附于壁面,且能实现机器人在壁面上的连续爬行。同时完成爬壁机器人机身和尾部机构的设计,确定机器人的整体结构。最后,对爬壁机器人的步态进行规划,并结合步态规划完成爬壁机器人控制系统的设计。同时,根据爬壁机器人各组成部分的设计方案完成机器人样机的制作与安装,测试了样机在壁面上的爬升性能,结果表明:此机器人可以在小于80°倾角的斜面上稳定爬升。
徐养峰[6]（2021）在《基于尖钩的仿生四足爬壁机器人建模与运动学分析》文中研究表明爬壁机器人作为特种机器人的重要分支,在星球探索、军事搜救、地质勘测及核废料检测等领域有重要实用价值。爬壁机器人附着技术主要有磁粘附、负压粘附及仿生材料粘附等。然而针对陡峭的悬崖探测、桥梁安全检测及矿坑内壁探测等特殊环境,传统的磁吸附、负压吸附等方式很难附着在这些复杂的粗糙壁面上。仿生学研究发现,昆虫足部钩爪在其爬壁过程中有重要作用,因此我们设计了基于尖钩的仿生四足爬壁机器人,利用尖钩与壁面微凸起之间的机械锁合抓附在壁面上,以提高抓附可靠性。在利用仿生柔性手爪作为抓附机构的四足爬壁机器人设计过程中,首先定义粗糙壁面的表面特征,建立粗糙壁面微凸起的简化模型。根据微凸起之间的间距大小,研究尖钩与壁面微凸起的相互作用机理,并讨论尖钩末端尺寸、壁面微凸起的几何特征、尖钩与壁面之间的摩擦系数以及尖钩接触角等关键参数对抓附性能的影响。然后,基于对蟑螂足部跗节链的研究,设计了仿生柔性爪片结构,通过伪刚体建模方法计算柔性爪片的刚度矩阵,并利用有限元分析方法验证模型的正确性。通过柔性爪片平行阵列组合,设计了仿生对抓手爪,计算了手爪的最大抓附力,并设计了基于对抓手爪的四足爬壁机器人。为了提高爬壁机器人的抓附稳定性,设计了腿部平行四杆结构,可避免机器人手爪在爬行过程中受到额外扭矩的影响;同时,在机器人的每条腿上设计了三个转动关节,保证其可以跨越一定范围的障碍物,提高了机器人的灵活性。最后采用对角步态为机器人规划了直行与转弯的爬行轨迹,ADAMS软件仿真分析结果表明,设计的四足爬壁机器人在粗糙壁面上爬行速度为59 mm/s,转弯速度为4°/s,且稳定性好。
韩涛宇[7]（2020）在《大型金属罐体爬壁机器人的结构设计与力学性能分析》文中提出为了防止大型金属罐体出现泄露或爆炸等事故,需要对其进行定期的检测和维护,由于人工检测的方式存在检测成本很高、耗时长、污染环境等缺点,因此目前迫切需要使用机器人来代替人工进行检测。本文针对这一问题,设计了一款磁吸附轮式结构的爬壁机器人本体,用来携带无损检测装置进行大型金属罐体的检测。本文所做的主要工作如下:（1）对于爬壁机器人的吸附和移动两种关键功能进行了分析,选择了轮式移动方式以及永磁体吸附的方式,并将两者结合设计了永磁轮结构。由于金属罐体壁面为曲面,为了保证爬壁机器人在任何姿态下都能保持四轮均与壁面接触,本文设计了一种新型的分体式的车身结构,左右两侧车身通过一个转动连接机构相连,两者能发生相对转动,从而能自动适应罐壁曲面。为了满足车身整体结构的要求,对机器人的传动系统进行了详细设计,并给出了车身内部各部件的布置方案。（2）建立了爬壁机器人在圆柱罐体壁面上的位姿分析模型,为了避免爬壁机器人在罐体壁面上出现滑移、倾覆等危险情况,对爬壁机器人进行了静力学分析,得到了机器人不同工况下吸附力所要满足的条件,为磁吸附装置的设计仿真提供了依据。接着以力学分析为基础,分析了爬壁机器人的驱动特性,主要针对机器人上爬以及转向这两种运动情况,计算得到了机器人单侧所要满足的最大驱动力矩,并以此确定了电机以及减速器的型号参数。（3）对机器人的磁吸附装置进行了详细设计与分析。确定了磁轮不同零件的材料,并通过比较分析选择了最优的磁路方案,利用Ansoft的3D模块对磁轮进行了仿真分析,确定了磁轮完整的尺寸参数。由于实际的罐体壁面为曲面,爬壁机器人的磁轮与罐体壁面之间会存在一定的气隙,本文由此提出了磁轮与罐壁之间气隙的计算方法,分析了机器人与圆柱罐体的接触方式,利用坐标变换的方法描述机器人在罐体壁面上的位姿,之后用几何方法求解了磁轮与壁面之间气隙的数值,并通过Ansoft进行了仿真分析,得到了磁轮与壁面之间气隙对吸附力的影响,验证了磁轮能够满足吸附力的要求。（4）基于前文的研究,研制了爬壁机器人的初代功能样机,模拟圆柱罐体搭建了试验环境,并对样机进行了直线运动、跨越焊缝、转向等情况的初步测试,并从中发现初代样机存在的一些问题。针对初代功能样机的不足之处,进行了整体结构的改进,得到了新版功能样机,并对其进行了运动试验,试验结果表明,新版功能样机能够满足功能要求。
刘进福[8]（2020）在《多模式轮履型仿生爬壁机器人关键技术研究》文中研究说明爬壁机器人作为替代人们在陡峭壁面作业、实时获取三维空间层面环境信息的重要装备,能够有效地提高作业效率并保障作业安全,可广泛应用于化工设备、核燃料罐的检测、玻璃幕墙的清洗以及反恐侦查等领域。传统爬壁机器人采用的真空、强磁、静电等壁面附着方式仅适用于特定的应用场景,此后,人们通过模仿壁虎、蜘蛛、蝾螈、昆虫等生物特殊的附着与运动能力,开发出了一系列的仿生爬壁机器人。然而,现有仿生爬壁机器人大多数只能在单一类型壁面上攀爬,且不能实现多种附着方式的协同作用,未能很好地解决在不同壁面爬行时的稳定性和适应性问题。本文以典型生物苍蝇和壁虎、昆虫、鲍鱼和喉盘鱼的足部特征为仿生对象,分别观察其在壁面黏附、抓附、吸附运动时的动作特征,设计了相应的黏附履带、柔性爪刺、负压吸附系统三类仿生附着机构,集成关键运动结构与部件并利用机构构型综合方法,开发出黏附履带式与柔性爪刺式两类单模式仿生爬壁机器人,总结了单模式爬壁机器人在运动过程中存在的不足,提出了具有“黏附-抓附-吸附”组合结构的爬壁机器人构型方案,基于机器人在光滑与粗糙壁面的静态安全附着条件以及运动学、动力学仿真分析,研制出具有多模式运动特点的高可靠仿生爬壁机器人原理样机,并通过实验验证了机器人在多种壁面上的附着能力。本文的主要研究成果及创新点如下:1.创新设计了黏附履带、柔性爪刺、负压吸附系统三类仿生附着机构通过观察研究苍蝇和壁虎、昆虫、鲍鱼和喉盘鱼三类典型爬壁生物在复杂壁面上的黏附、抓附、吸附运动特性,提出了相应的黏附履带、柔性爪刺（爪刺轮和履带爪刺）以及负压吸附系统等仿生爬壁附着机构的设计方案,建立了各个运动机构与壁面之间的接触模型并分析了在多种粗糙和光滑壁面影响附着力大小的各特征参数,为单模式和多模式仿生爬壁机器人的设计提供理论依据。2.通过关键运动结构与部件综合集成方法,开发出黏附履带式与柔性爪刺式两类单模式仿生爬壁机器人面向表面单一特征颗粒的光滑或粗糙壁面,分别提出黏附履带式以及柔性爪刺式单模式爬壁机器人构型方案。基于Kendall黏附带与光滑壁面的剥离理论,建立含有预紧力的黏附带接触数学模型。采用快速成型以及精密加工技术制造了机器人原理样机并在玻璃和亚克力板光滑壁面测试其爬壁性能。基于昆虫的“挂附”运动形态,采用柔性爪刺与履带运动相结合的设计思路,提出平行履带爪刺式爬壁机器人构型方案,开展了爪刺在限位轨道内与壁面颗粒特征之间抓附与脱附运动的研究。面向粗糙振动壁面等应用环境,基于昆虫的“对抓”运动模式,提出了对抓履带爪刺式爬壁机器人运动机构设计方案,运用封闭矢量方程以及欧拉公式分析了爪刺末端在抓附与脱附动作过程中的变化规律,并通过动力学仿真平台分析和模拟了对抓机构的动态运动特性以揭示其结构参数、运动模式与力传递等的定量关系,最后开发出上述两款柔性履带爪刺式爬壁机器人样机并在静态的砂纸、纱窗、泡沫以及振动的砂纸等粗糙壁面上开展了爬壁性能测试。3.提出了具有“黏附-抓附-吸附”组合结构的机器人构型方案,结合运动学和动力学的仿真分析,研制了多模式仿生爬壁机器人鉴于单模式仿生爬壁机器人在爬壁过程中存在的不足,基于黏附履带、柔性爪刺轮以及负压吸附系统三种仿生附着机构,集成高功率密度动力系统,采取构型综合方法提出了具有“黏附-抓附-吸附”组合结构的仿生爬壁机器人设计方案,分析了机器人在静态环境下的安全附着条件,得出了真空吸附力相对于履带剥离力、爪刺抓附力以及机器人自身几何参数的关系,采用非完整约束方法分别在光滑与粗糙壁面上建立了机器人的运动学和动力学方程,最后开发出具备多种壁面适应能力的高可靠仿生爬壁机器人原理样机并进行机构功能验证,结果表明机器人不仅能够在垂直的粗糙以及光滑壁面稳定爬行,还可实现在部分天花板壁面快速行走。
范崇远[9]（2020）在《一种桥梁墩塔健康检测机器人系统研究与设计》文中指出桥梁墩塔依靠人工检测,不仅费时费力还存在严重的安全隐患。为解决这一问题,迫切需要研制一款用于桥梁墩塔健康检测的爬壁机器人代替人工作业。爬壁机器人搭载检测装置对桥梁墩塔壁面进行检测,需要具备吸附能力、负载能力和一定的越障能力;关键技术主要集中在吸附装置和移动设备上。文章在对比国内外文献后,研究并分析了机器人吸附和爬行原理。根据桥梁墩塔表面的特点,本文提出了一种,吸附力随壁面倾角自动调节的爬壁机器人系统方案。本文采用正压吸附方式,作为爬壁机器人的吸附方案;采用轮式机构,作为机器人的移动装置。利用六轴传感器（MPU6500）获取桥梁墩塔壁面倾角,选择模糊控制算法,实现了爬壁机器人吸附力随壁面倾角自动调节的功能。在文中主要完成的工作有:（1）针对桥梁墩塔检测机器人系统,选择了吸附方案、爬行方式,同时设计了爬行机构。分析并类比各类吸附爬行方案,根据桥梁墩塔壁面特点分别选择正压吸附和轮式机构。为了保证机器人在壁面驻停时的可靠性,使用SolidWorks软件设计了机器人的爬行机构,实现了机构的自锁性。（2）对桥梁墩塔检测机器人进行运动学分析、静力学分析、动力学分析以及姿态解析。运动学分析,得到运动学方程和运动规律;静力学分析,得到安全吸附条件;动力学分析,研究并分析直线爬行、小半径转向和大半径转向这三种情况下的机器人,最终得出相应动力学模型。在四元数姿态解析算法的基础上,推导出由爬壁机器人机体姿态角,求解壁面倾角的方程。（3）构建桥梁墩塔检测机器人的虚拟样机,并使用SolidWorks/motion仿真软件,进行运动学的仿真研究,仿真结果证明本文方案的合理性。（4）设计了桥梁墩塔检测机器人控制系统的硬件电路。爬壁机器人硬件设计包括:主控板电路、压力检测模块电路、六轴传感器电路、爬行机构驱动电路和无线遥控电路。（5）针对桥梁墩塔检测机器人系统,选择模糊PID控制方案,同时采用MATLAB/Simulink软件对控制方案进行仿真,仿真结果验证了控制方案的鲁棒性。（6）制作物理样机,同时进行实验研究。根据设计方案编写控制程序,制造物理样机。实验测量了它的极限吸附力,并进行实地爬行实验。实验证明:爬行机器人在桥墩壁面上爬行的可靠性、稳定性。
胡捷[10]（2020）在《倒置面上爬行的钩爪式机器人设计》文中研究表明自然界中很多生物依靠足端的爪可以实现粗糙壁面的自由爬行,有些昆虫利用足端钩爪和腿部倒刺间的对抓锁合增大抓附力,进而实现三维空间无障碍爬行。钩爪机器人的三维空间表面无障碍运动能力在军事应用,狭小空间监测,外星球表面探测与采样等领域具有重大的研究意义和应用价值。目前大多数钩爪式机器人都只能实现竖直粗糙面爬行,并不适用于倒置面,因此实现机器人在倒置粗糙面稳定爬行是机器人模拟生物在三维空间表面无障碍运动的关键和难点。本文研究倒置粗糙表面爬行机器人,建立了钩爪尖端与倒置面粗糙颗粒之间的球面接触模型,分析了接触角、载荷角和摩擦系数等因素对钩爪附着能力的影响,研究钩爪的抓附机理。研制了采用单向钩爪的轮式爬壁机器人,验证其在竖直粗糙面以及倒置粗糙面的爬行能力,实验结果表明单向钩爪在竖直粗糙面以及最大倾斜角度为135°的倒置粗糙面可以稳定爬行。设计了足式钩爪爬壁机器人并通过理论计算验证腿部结构的合理性。设计了推杆式与提拉线式两种钩爪脚掌结构,通过实验验证抓附性能并将性能较优的钩爪脚掌应用于足式机器人。设计了涵道风扇辅助支撑的方案,在180°倒置面爬行时打开涵道风扇提供部分用于抵消自重的推力使机器人可以稳定爬行。对足式机器人进行运动学分析并计算运动学正/逆解。为足式机器人规划了仿生对角步态以及三角爬行步态,通过运动学仿真验证了机器人结构的合理性与步态的可行性。以安全、高效与简洁为原则开发了机器人控制系统,对机器人进行联合仿真提高控制精度。开展机器人爬行实验,通过实验验证了足式钩爪机器人可以实现倾斜倒置粗糙表面的稳定爬行,并且在涵道风扇的一定辅助作用下可实现180°倒置粗糙面的爬行。
二、爬壁机器人在弧面上爬行时的吸附稳定性的分析（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、爬壁机器人在弧面上爬行时的吸附稳定性的分析（论文提纲范文）
（1）基于仿生柔顺爪刺结构的履带式爬壁机器人研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 目前爪刺式爬壁机器人研究存在的不足 |
| 1.4 本文主要研究内容和组织结构 |
| 2 复杂壁面形貌下爪刺抓附机理 |
| 2.1 单爪刺在粗糙壁面上随机抓附的理论建模 |
| 2.1.1 粗糙壁面凸起随机分布理论模型 |
| 2.1.2 单爪刺在粗糙壁面上的随机抓附概率模型 |
| 2.1.3 单爪刺在壁面上产生抓附力的统计模型 |
| 2.2 单爪刺在粗糙壁面上随机抓附实验研究 |
| 2.3 本章小结 |
| 3 单个爪刺柔顺结构设计制造与分析 |
| 3.1 单个爪刺柔顺结构设计与结构分析 |
| 3.1.1 单个爪刺柔顺结构整体结构设计 |
| 3.1.2 单个爪刺柔顺结构相关设计参数分析研究 |
| 3.2 柔顺结构性能研究 |
| 3.2.1 基本理论 |
| 3.2.2 硅胶材料参数试验测定 |
| 3.3 内部刚性结构选型 |
| 3.4 单个爪刺柔顺结构制造工艺分析研究 |
| 3.4.1 单个爪刺柔顺结构的制造工艺 |
| 3.4.2 单个爪刺柔顺结构的制造 |
| 3.5 爪刺柔性结构静力学分析 |
| 3.5.1 爪刺柔性结构刚度分析 |
| 3.5.2 爪刺柔性结构变形分析 |
| 3.6 爪刺柔性结构抓附性能实验研究 |
| 3.7 本章小结 |
| 4 柔顺爪刺阵列足抓附性能研究 |
| 4.1 爪刺足结构抓附原理研究 |
| 4.1.1 爪刺足结构排布方式和加载轨迹研究 |
| 4.1.2 爪刺足结构抓附力统计模型 |
| 4.2 爪刺足结构设计与分析研究 |
| 4.2.1 爪刺足结构整体设计 |
| 4.2.2 爪刺足结构相关设计参数分析研究 |
| 4.3 爪刺足结构抓附力统计模型验证实验 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 履带式柔顺爪刺爬壁机器人设计分析与实验研究 |
| 5.1 机器人整体结构设计 |
| 5.2 机器人运动策略分析研究 |
| 5.2.1 机器人攀爬过程抓附、脱附动作分析 |
| 5.2.2 脱附过程中的受力分析与仿真分析 |
| 5.2.3 机器人静力学分析 |
| 5.3 机器人爬壁性能实验研究 |
| 5.3.1 爪刺足结构性能测试实验 |
| 5.3.2 机器人爬壁实验与分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间主要研究成果 |
（2）水冷壁爬壁机器人运动控制研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外爬壁机器人研究现状 |
| 1.2.1 国外研究现状 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.3 爬壁机器人的发展趋势 |
| 1.4 本文的主要研究内容及安排 |
| 2 水冷壁爬壁机器人方案研究 |
| 2.1 水冷壁爬壁机器人结构方案研究 |
| 2.1.1 水冷壁爬壁机器人吸附方式分析 |
| 2.1.2 水冷壁爬壁机器人行走方式分析 |
| 2.1.3 水冷壁爬壁机器人驱动方式分析 |
| 2.1.4 水冷壁爬壁机器人结构运动原理 |
| 2.2 水冷壁爬壁机器人控制系统方案研究 |
| 2.2.1 水冷壁爬壁机器人控制系统要求 |
| 2.2.2 水冷壁爬壁机器人系统方案研究 |
| 2.3 本章小结 |
| 3 水冷壁爬壁机器人力学特性分析 |
| 3.1 壁面静力学分析 |
| 3.1.1 沿壁面下滑分析 |
| 3.1.2 沿壁面下滚分析 |
| 3.1.3 绕底端倾覆分析 |
| 3.2 沿壁面运动的动平衡分析 |
| 3.2.1 沿壁面上行动平衡分析 |
| 3.2.2 沿壁面下行动平衡分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 水冷壁爬壁机器人系统研究 |
| 4.1 水冷壁爬壁机器人系统硬件研究 |
| 4.1.1 水冷壁爬壁机器人主控电路模块 |
| 4.1.2 通讯模块 |
| 4.1.3 爬行驱动模块 |
| 4.1.4 检测模块 |
| 4.2 水冷壁爬壁机器人系统软件研究 |
| 4.2.1 通讯程序 |
| 4.2.2 爬行控制程序 |
| 4.2.3 壁厚检测程序 |
| 4.3 爬壁机器人爬行实验与分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 水冷壁爬壁机器人运动路径控制研究 |
| 5.1 水冷壁爬壁机器人运动学分析 |
| 5.1.1 水冷壁爬壁机器人运动学模型建立 |
| 5.1.2 运动路径误差分析 |
| 5.2 基于自适应模糊PID算法的运动路径控制研究 |
| 5.2.1 水冷壁爬壁机器人路径控制方案研究 |
| 5.2.2 模糊控制基本原理 |
| 5.2.3 基于模糊PID的路径控制器设计 |
| 5.2.4 MATLAB实验仿真分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 6 总结 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间研究成果 |
| 致谢 |
（3）履带式爬壁机器人动力学分析及导航控制研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符号说明 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 爬壁机器人研究现状 |
| 1.2.1 移动方式 |
| 1.2.2 附着原理 |
| 1.2.3 运动控制技术 |
| 1.3 论文主要研究内容 |
| 第2章 爬壁机器人动力学建模 |
| 2.1 爬壁机器人动力学建模 |
| 2.1.1 吸附系统受力分析 |
| 2.1.2 运动学模型 |
| 2.1.3 动力学模型 |
| 2.2 模型求解 |
| 2.3 本章总结 |
| 第3章 爬壁机器人动力学性能仿真分析 |
| 3.1 爬壁机器人设计 |
| 3.1.1 爬壁机器人设计要求 |
| 3.1.2 机器人总体设计 |
| 3.1.3 吸附系统设计 |
| 3.1.4 运动机构设计 |
| 3.1.5 环境感知系统 |
| 3.2 负压吸附系统性能实验研究 |
| 3.3 动力学模型实验验证 |
| 3.3.1 直线行驶工况 |
| 3.3.2 转向行驶工况 |
| 3.4 安全吸附条件分析 |
| 3.4.1 防止滑落约束分析 |
| 3.4.2 防倾翻约束分析 |
| 3.4.3 直行运动约束 |
| 3.5 动力学性能仿真分析 |
| 3.5.1 质量参数 |
| 3.5.2 尺寸参数 |
| 3.5.3 负压参数 |
| 3.5.4 质心位置 |
| 3.5.5 壁面参数 |
| 3.6 本章总结 |
| 第4章 吸附装置叶轮优化设计 |
| 4.1 CFD仿真 |
| 4.2 代理模型 |
| 4.2.1 叶轮优化模型 |
| 4.2.2 克里金模型 |
| 4.3 离心风扇叶轮优化 |
| 4.3.1 遗传算法 |
| 4.3.2 优化结果 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 爬壁机器人轨迹跟踪控制系统设计 |
| 5.1 控制系统方案设计 |
| 5.1.1 总体方案 |
| 5.1.2 自适应负压控制 |
| 5.2 轨迹跟踪控制器设计 |
| 5.2.1 非完整约束 |
| 5.2.2 偏差计算与控制器设计 |
| 5.2.3 模糊推理规则 |
| 5.3 仿真分析 |
| 5.3.1 直线参考轨迹仿真 |
| 5.3.2 圆形参考轨迹仿真 |
| 5.4 本章总结 |
| 第6章 基于UWB/INS的爬壁机器人导航控制实验 |
| 6.1 实验平台总体方案 |
| 6.2 UWB/INS组合导航定位原理 |
| 6.2.1 UWB系统概述 |
| 6.2.2 惯性导航系统基本原理 |
| 6.2.3 UWB/INS组合导航定位方法 |
| 6.3 实验结果分析 |
| 6.3.1 直线轨迹 |
| 6.3.2 曲线轨迹 |
| 6.4 本章总结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 主要工作与成果 |
| 7.2 本文的创新点 |
| 7.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介及科研成果 |
| 致谢 |
（4）柔性钩爪盘形足式爬壁机器人仿生机理与系统研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 爬壁机器人的研究现状及附着机制 |
| 1.2.1 传统爬壁机器人的附着机制 |
| 1.2.2 仿生黏附机理与结构 |
| 1.2.3 仿生钩爪附着机制 |
| 1.3 仿生钩爪式爬壁机器人国内外研究现状 |
| 1.3.1 仿生钩爪式爬壁机器人国外研究现状 |
| 1.3.2 仿生钩爪式爬壁机器人国内研究现状 |
| 1.4 目前仿生钩爪式爬壁机器人研究领域不足及关键问题 |
| 1.5 论文主要研究内容与组织结构 |
| 第2章 仿生柔性钩爪的设计 |
| 2.1 昆虫足部形态特征及接触模型 |
| 2.2 钩爪与凸起柔性接触模型 |
| 2.2.1 柔性接触模型的建立 |
| 2.2.2 钩爪与凸起接触模型设计 |
| 2.3 柔性钩爪结构设计与制备 |
| 2.3.1 柔性钩爪结构设计 |
| 2.3.2 柔性钩爪的制备 |
| 2.4 柔性钩爪的性能测试 |
| 2.4.1 测试平台搭建 |
| 2.4.2 接触力测试 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 仿生柔性对抓足设计与测试 |
| 3.1 柔性钩爪抓附结构设计 |
| 3.1.1 对抓机构模型 |
| 3.1.2 对抓足结构设计 |
| 3.1.3 分足运动轨迹分析 |
| 3.2 对抓钩爪足的制作与性能测试 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 盘形对抓四足爬壁机器人设计及系统研究 |
| 4.1 机器人结构设计 |
| 4.1.1 腿足设计 |
| 4.1.2 躯干与尾巴设计 |
| 4.2 机器人步态规划及动力学仿真分析 |
| 4.2.1 足端步态规划 |
| 4.2.2 运动仿真 |
| 4.3 机器人实验及分析 |
| 4.3.1 机器人爬壁性能实验 |
| 4.3.2 实验结果分析及改进方案 |
| 4.4 本章总结 |
| 第5章 改进型盘形四足爬壁机器人设计及系统研究 |
| 5.1 机器人结构设计 |
| 5.1.1 机器人总体结构设计 |
| 5.1.2 腿部设计 |
| 5.1.3 脚踝与躯干设计 |
| 5.2 机器人步态规划与运动学分析 |
| 5.2.1 整体步态规划 |
| 5.2.2 足部运动学分析与轨迹规划 |
| 5.2.3 逆运动学求解 |
| 5.2.4 动力学分析 |
| 5.3 机器人实验及分析 |
| 5.3.1 机器人控制系统搭建 |
| 5.4 机器人爬壁性能实验 |
| 5.5 本章总结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 主要研究成果与创新点 |
| 6.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
（5）密集阵爪刺式四足爬壁机器人设计与运动学分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题的研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 仿生粘附方式的研究现状 |
| 1.2.2 钩爪式爬壁机器人 |
| 1.3 本文的研究目的 |
| 1.4 本文的研究内容 |
| 第2章 爪刺抓附机理研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 单根爪刺动态抓附过程分析 |
| 2.3 单根爪刺静态抓附过程分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 密集阵爪刺式脚爪的设计与分析 |
| 3.1 影响抓附性能的相关参数分析 |
| 3.1.1 爪刺的排列密度 |
| 3.1.2 爪刺伸出基底的长度 |
| 3.1.3 爪刺与基底所成角度 |
| 3.1.4 爪刺的尖端直径 |
| 3.2 抓附失效形式分析 |
| 3.3 脚爪所能承受最大载荷的实验分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 爬壁机器人腿部运动方案研究与总体结构设计 |
| 4.1 爬壁机器人腿部运动方案的设计与分析 |
| 4.2 爬壁机器人总体结构设计 |
| 4.2.1 爬壁机器人机身结构设计 |
| 4.2.2 爬壁机器人尾部结构设计 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 爬壁机器人控制系统设计及爬升实验 |
| 5.1 爬壁机器人的步态规划 |
| 5.2 爬壁机器人控制系统设计 |
| 5.3 爬壁机器人爬升实验 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文 |
（6）基于尖钩的仿生四足爬壁机器人建模与运动学分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及意义 |
| 1.2 爬壁机器人研究现状 |
| 1.2.1 磁粘附 |
| 1.2.2 负压粘附 |
| 1.2.3 仿生材料粘附 |
| 1.2.4 钩爪抓附 |
| 1.3 论文主要内容及结构 |
| 第2章 钩爪与壁面作用机理研究 |
| 2.1 粗糙壁面的定义 |
| 2.1.1 概述 |
| 2.1.2 微凸起平均高度的描述 |
| 2.1.3 微凸起平均间距的描述 |
| 2.2 尖钩末端与微凸起作用机理研究 |
| 2.2.1 尖钩末端与微凸起简化模型 |
| 2.2.2 微凸起间距对抓附作用的影响 |
| 2.2.3 对抓模型的建立与分析 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 柔性爪片设计与有限元分析 |
| 3.1 仿生抓附机理研究 |
| 3.1.1 蟑螂柔性跗节链的研究 |
| 3.1.2 对抓结构的研究 |
| 3.2 柔性爪片的结构设计及分析 |
| 3.2.1 柔性爪片结构设计 |
| 3.2.2 柔性爪片伪刚体模型建立 |
| 3.2.3 柔性爪片有限元分析 |
| 3.3 柔性爪片在变形过程中力的变化 |
| 3.4 尖钩末端尺寸的设计 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 柔性手爪设计与静力学分析 |
| 4.1 单个手爪结构设计与分析 |
| 4.2 仿生柔性对抓手爪结构设计与分析 |
| 4.2.1 柔性对抓手爪的结构设计 |
| 4.2.2 对抓手爪静力学分析 |
| 4.2.3 手爪抓附、脱附研究 |
| 4.3 仿生柔性手爪的抓附仿真 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 四足爬壁机器人设计、建模及运动学分析 |
| 5.1 机器人结构设计 |
| 5.2 机器人运动学分析 |
| 5.3 机器人步态规划 |
| 5.3.1 前进步态规划 |
| 5.3.2 转弯步态规划 |
| 5.4 机器人爬行仿真 |
| 5.4.1 ADAMS仿真软件介绍 |
| 5.4.2 机器人前进爬行仿真 |
| 5.4.3 机器人转弯爬行仿真 |
| 5.5 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 结论 |
| 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文 |
（7）大型金属罐体爬壁机器人的结构设计与力学性能分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 国外研究现状 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.2.3 爬壁机器人发展趋势 |
| 1.2.4 课题主要研究内容 |
| 第二章 爬壁机器人的机械结构设计 |
| 2.1 爬壁机器人设计要求 |
| 2.1.1 总体功能要求 |
| 2.1.2 设计指标 |
| 2.2 爬壁机器人结构方案选择 |
| 2.2.1 吸附方案的选择 |
| 2.2.2 移动方案的选择 |
| 2.3 爬壁机器人的结构设计 |
| 2.3.1 磁轮结构设计 |
| 2.3.2 传动结构设计 |
| 2.3.3 车身箱体结构设计 |
| 2.3.4 转动连接机构设计 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 爬壁机器人的静力学以及驱动性能分析 |
| 3.1 力学分析模型的建立 |
| 3.2 爬壁机器人静力学分析 |
| 3.2.1 罐体壁面上的滑移分析 |
| 3.2.2 罐体壁面上的倾覆分析 |
| 3.3 爬壁机器人驱动性能分析 |
| 3.3.1 爬壁机器人上爬驱动力矩分析 |
| 3.3.2 爬壁机器人转向驱动力矩分析 |
| 3.3.3 爬壁机器人驱动电机及减速器选型 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 爬壁机器人磁吸附装置设计 |
| 4.1 永磁轮设计分析 |
| 4.1.1 磁轮基本尺寸分析 |
| 4.1.2 磁轮材料确定 |
| 4.1.3 磁轮磁路设计 |
| 4.2 基于Ansoft的有限元分析 |
| 4.2.1 电磁场基本理论 |
| 4.2.2 磁力的计算理论 |
| 4.2.3 Ansoft仿真分析 |
| 4.2.4 磁轮尺寸确定 |
| 4.3 磁轮与罐体壁面之间气隙的求解以及对吸附力的影响 |
| 4.3.1 爬壁机器人与罐体壁面接触点坐标的求解 |
| 4.3.2 磁轮与罐体壁面之间气隙δ的求解方法 |
| 4.3.3 磁轮与罐体壁面之间的气隙δ对吸附力F_m的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 爬壁机器人功能样机的研制与试验 |
| 5.1 爬壁机器人样机研制方案 |
| 5.2 初代功能样机的研制与试验 |
| 5.2.1 初代功能样机介绍 |
| 5.2.2 初代功能样机的运动试验 |
| 5.3 新版功能样机的研制与试验 |
| 5.3.1 新版功能样机介绍 |
| 5.3.2 新版功能样机的运动试验 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士期间发表的论文 |
（8）多模式轮履型仿生爬壁机器人关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究意义 |
| 1.2 国内外爬壁机器人研究现状及发展趋势 |
| 1.2.1 真空吸附爬壁机器人 |
| 1.2.2 磁力吸附爬壁机器人 |
| 1.2.3 静电吸附爬壁机器人 |
| 1.2.4 仿生黏附爬壁机器人 |
| 1.2.5 爪刺抓附爬壁机器人 |
| 1.3 目前爬壁机器人研究中存在的不足及关键问题 |
| 1.4 论文主要研究内容与组织结构 |
| 第2章 典型生物附着机理研究 |
| 2.1 生物黏附机理研究 |
| 2.1.1 生物黏附结构形态特征 |
| 2.1.2 生物黏附机理分析 |
| 2.2 昆虫抓附机理研究 |
| 2.2.1 昆虫抓附结构形态特征 |
| 2.2.2 昆虫抓附机理分析 |
| 2.3 生物吸附机理研究 |
| 2.3.1 生物吸附结构形态特征 |
| 2.3.2 生物吸附机理分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章仿生爬壁附着机构研究 |
| 3.1 仿生黏附履带材料制备与实验研究 |
| 3.1.1 黏附履带材料的制备 |
| 3.1.2 黏附履带材料的实验性能测试 |
| 3.2 仿生柔性爪刺足制备与实验研究 |
| 3.2.1 仿生柔性爪刺轮设计与实验分析 |
| 3.2.2 平行履带式爪刺设计与实验分析 |
| 3.2.3 对抓履带式爪刺设计与实验分析 |
| 3.3 负压吸附系统制备与实验研究 |
| 3.3.1 密封机理研究 |
| 3.3.2 吸附性能实验测试 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 单模式仿生爬壁机器人系统研究 |
| 4.1 黏附履带式仿生爬壁机器人 |
| 4.1.1 黏附履带式机器人结构设计 |
| 4.1.2 履带与壁面的剥离运动分析 |
| 4.1.3 黏附履带式机器人的实验性能测试 |
| 4.2 履带爪刺式爬壁机器人 |
| 4.2.1 平行履带爪刺式爬壁机器人 |
| 4.2.2 对抓履带爪刺式爬壁机器人 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 多模式仿生爬壁机器人系统研究 |
| 5.1 多模式爬壁机器人构型设计 |
| 5.2 机器人安全附着条件分析 |
| 5.2.1 机器人在光滑壁面上的安全附着条件 |
| 5.2.2 机器人在粗糙壁面上的安全附着条件 |
| 5.3 机器人运动学与动力学研究 |
| 5.3.1 机器人在光滑壁面上运动学与动力学分析 |
| 5.3.2 机器人在粗糙壁面上运动学与动力学分析 |
| 5.4 机器人爬壁性能实验测试 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 主要研究成果与创新点 |
| 6.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
（9）一种桥梁墩塔健康检测机器人系统研究与设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究的背景和意义 |
| 1.2 爬壁机器人的国内外研究现状 |
| 1.2.1 真空负压吸附式爬壁机器人 |
| 1.2.2 磁吸附式爬壁机器人 |
| 1.2.3 仿生爬壁机器人 |
| 1.2.4 其它类型爬壁机器人 |
| 1.3 爬壁机器人研究现状分析 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 1.5 本章小结 |
| 第二章 机器人总体方案设计 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 机器人的设计目标 |
| 2.3 机器人总体方案分析 |
| 2.3.1 吸附方式选择 |
| 2.3.2 爬行方式选择 |
| 2.3.3 动力源选择 |
| 2.3.4 能源供给选择 |
| 2.4 机器人总体方案设计 |
| 2.5 吸附方案设计 |
| 2.5.1 吸附装置的电机选型 |
| 2.5.2 螺旋桨简介 |
| 2.6 爬行方案设计 |
| 2.7 压力检测方案设计 |
| 2.7.1 力敏传感器选型 |
| 2.7.2 测量电路和应变结构设计 |
| 2.8 本章小总 |
| 第三章 机器人力学分析和姿态解析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 机器人运动学建模 |
| 3.3 机器人静力学分析 |
| 3.4 机器人动力学分析 |
| 3.4.1 机器人直行状态下动力学分析 |
| 3.4.2 机器人转向状态下动力学分析 |
| 3.5 机器人机体姿态解析 |
| 3.5.1 欧拉角推导姿态变换矩阵 |
| 3.5.2 四元数推导姿态变换矩阵 |
| 3.5.3 利用四元数解析姿态 |
| 3.5.4 依据机体姿态求壁面倾角 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 机器人虚拟样机仿真 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 SolidWorks Motion仿真环境简介 |
| 4.3 机器人虚拟样机建模 |
| 4.3.1 机器人几何模型的建立 |
| 4.3.2 机器人虚拟样机约束和作用力的添加 |
| 4.4 仿真结果与分析 |
| 4.4.1 虚拟样机爬行时吸附力的临界值 |
| 4.4.2 虚拟样机在垂直壁面上的运动仿真 |
| 4.4.3 虚拟样机在倾角为α=130o壁面上的运动仿真 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 机器人控制系统硬件电路设计 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 硬件系统设计 |
| 5.2.1 硬件系统总体设计 |
| 5.2.2 硬件设计具体要求 |
| 5.3 主控芯片硬件电路设计 |
| 5.3.1 主控芯片简介 |
| 5.3.2 主控芯片电路设计 |
| 5.4 六轴传感器硬件电路设计 |
| 5.4.1 MPU6500 芯片简介 |
| 5.4.2 MPU6500 芯片电路设计 |
| 5.5 压力传感器电路设计 |
| 5.6 直流电机驱动电路设计 |
| 5.7 无线遥控介绍 |
| 5.8 本章小结 |
| 第六章 机器人控制系统软件设计 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 六轴传感器工作原理介绍 |
| 6.2.1 三轴加速度计的角度测量原理 |
| 6.2.2 陀螺仪传感器的角度测量原理 |
| 6.3 互补滤波算法介绍 |
| 6.4 模糊PID控制器设计 |
| 6.4.1 模糊控制原理 |
| 6.4.2 PID控制简介 |
| 6.4.3 模糊PID控制器的结构 |
| 6.4.4 模糊控制器的实现 |
| 6.5 模糊PID控制器Simulink仿真 |
| 6.5.1 建立数学模型 |
| 6.5.2 在Simulink中创建模糊PID控制器 |
| 6.5.3 确定仿真参数并创建仿真模型 |
| 6.5.4 仿真结果分析 |
| 6.6 控制系统软件设计 |
| 6.7 本章小结 |
| 第七章 样机实验研究 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 样机组装 |
| 7.3 样机吸附力实验 |
| 7.4 样机传感器实验 |
| 7.5 样机爬行实验 |
| 7.6 本章小结 |
| 第八章 总结与展望 |
| 8.1 本文总结 |
| 8.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间取得的研究成果 |
（10）倒置面上爬行的钩爪式机器人设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 研究意义与课题来源 |
| 1.4 论文的主要工作 |
| 第二章 钩爪的抓附机理与轮式爬壁机器人设计 |
| 2.1 钩爪的抓附机理研究 |
| 2.1.1 钩爪在粗糙竖直面的球接触模型 |
| 2.1.2 钩爪尖端同时与粗糙颗粒和基底表面作用时的球接触模型 |
| 2.1.3 钩爪仅与粗糙颗粒作用时的球接触模型 |
| 2.1.4 多对抓钩爪脚掌的抓附模型 |
| 2.2 滚轮式钩爪爬壁机器人设计 |
| 2.2.1 滚轮式钩爪机器人的结构设计 |
| 2.2.2 滚轮式钩爪机器人的设计原则与工艺研究 |
| 2.2.3 滚轮式钩爪机器人的爬行实验 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 倒置粗糙面足式爬壁机器人设计 |
| 3.1 机器人结构设计 |
| 3.1.1 机器人机身结构 |
| 3.1.2 机器人的足部结构 |
| 3.1.3 机器人钩爪脚掌抓附力实验 |
| 3.2 机器人静力学分析 |
| 3.3 机器人运动学分析 |
| 3.3.1 位姿变换 |
| 3.3.2 机器人正运动学 |
| 3.3.3 机器人逆运动学 |
| 3.4 机器人的动力学分析 |
| 3.5 机器人的步态规划 |
| 3.5.1 四足机器人的对角步态 |
| 3.5.2 四足机器人的三角步态 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 钩爪式四足机器人运动仿真 |
| 4.1 四足机器人的运动学仿真 |
| 4.1.1 仿真软件介绍 |
| 4.1.2 四足机器人竖直面的对角步态仿真 |
| 4.1.3 四足机器人倒置面的三角步态仿真 |
| 4.2 四足机器人ADAMS与 MATLAB联合仿真 |
| 4.2.1 仿真软件介绍 |
| 4.2.2 仿真步骤 |
| 4.2.3 结果分析 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 机器人系统集成与爬行实验 |
| 5.1 控制系统硬件设计 |
| 5.1.1 微控制器模块 |
| 5.1.2 电源模块 |
| 5.1.3 驱动模块 |
| 5.1.4 无线遥控模块 |
| 5.1.5 传感器模块 |
| 5.2 控制系统程序设计 |
| 5.2.1 程序开发工具介绍 |
| 5.2.2 机器人周期步态设计 |
| 5.2.3 机器人遥控端程序设计 |
| 5.3 足式机器人爬行实验 |
| 5.3.1 足式机器人在135°粗糙倒置面爬行实验 |
| 5.3.2 足式机器人在180°粗糙倒置面爬行实验 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在校期间研究成果和已发表的学术论文 |
四、爬壁机器人在弧面上爬行时的吸附稳定性的分析（论文参考文献）
- [1]基于仿生柔顺爪刺结构的履带式爬壁机器人研究[D]. 王李梦. 西安理工大学, 2021(01)
- [2]水冷壁爬壁机器人运动控制研究[D]. 张华胜. 常州大学, 2021(01)
- [3]履带式爬壁机器人动力学分析及导航控制研究[D]. 崔达. 吉林大学, 2021(02)
- [4]柔性钩爪盘形足式爬壁机器人仿生机理与系统研究[D]. 谢超. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [5]密集阵爪刺式四足爬壁机器人设计与运动学分析[D]. 龚宇强. 兰州理工大学, 2021(01)
- [6]基于尖钩的仿生四足爬壁机器人建模与运动学分析[D]. 徐养峰. 兰州理工大学, 2021(01)
- [7]大型金属罐体爬壁机器人的结构设计与力学性能分析[D]. 韩涛宇. 东南大学, 2020(01)
- [8]多模式轮履型仿生爬壁机器人关键技术研究[D]. 刘进福. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [9]一种桥梁墩塔健康检测机器人系统研究与设计[D]. 范崇远. 重庆交通大学, 2020(01)
- [10]倒置面上爬行的钩爪式机器人设计[D]. 胡捷. 南京航空航天大学, 2020(07)