轮腿式壁面清洗机器人控制系统研究.pdf

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1、机器人现代制造工程（ＭｏｄｅｒｎＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）２０１３年第１１期倡轮腿式壁面清洗机器人控制系统研究王妹婷，齐永锋，蒋伟，程宏辉，李生权，包加桐，陆柳延（扬州大学能源与动力工程学院，扬州２２５１２７）摘要：针对高层建筑玻璃幕墙的清洗要求，采用模块化的设计方法，研究了轮腿式壁面清洗机器人控制系统。爬壁机器人系统采用多吸盘真空吸附方式，轮腿式与轮式相结合的运动方式，与高度自适应的清洗系统集成，并配备多种传感器，结构简单，壁面适应能力及越障能力强，具有较高的作业效率和智能化水平。研究了其遥控方式与

2、自动方式下的吸附系统控制、运动控制、越障与姿态控制，以及清洗作业控制。关键词：壁面自动清洗机器人；姿态控制；轮腿式运动方式；轮式运动方式；爬壁机器人中图分类号：ＴＰ２４２．３　文献标志码：Ａ文章编号：１６７１—３１３３（２０１３）１１—００２０—０５Controlsysteminvestigationofawheel-leggedwallcleaningrobotＷａｎｇＭｅｉｔｉｎｇ，ＱｉＹｏｎｇｆｅｎｇ，ＪｉａｎｇＷｅｉ，ＣｈｅｎｇＨｏｎｇｈｕｉ，ＬｉＳｈｅｎｇｑｕａｎ，ＢａｏＪｉａｔｏｎｇ，ＬｕＬｉｕｙａｎ（Ｃｏｌｌｅ

3、ｇｅｏｆＥｎｅｒｇｙａｎｄＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＹａｎｇｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙａｎｇｚｈｏｕ２２５１２７，Ｊｉａｎｇｓｕ，Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｃｌｅａｎｉｎｇｄｅｍａｎｄｏｆｇｌａｓｓｃｕｒｔａｉｎｗａｌｌｏｆｈｉｇｈ-ｒｉｓｅｂｕｉｌｄｉｎｇ，ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｏｆａｗｈｅｅｌ-ｌｅｇｇｅｄｗａｌｌｃｌｅａｎｉｎｇｒｏｂｏｔｗａｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄａｄｏｐｔｉｎｇｍｏｄｕｌａｒｉｚｅｄｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｗａｌｌｃｌｉｍｂｉｎｇｒｏｂｏｔ

4、ｗａｓｗｉｔｈｍｕｌｔｉ-ｓｕｃｋｅｒｅｄｖａｃｕｕｍａｄ-ｓｏｒｐｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄｔｗｏｓｅｔｓｏｆｍｏｖｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｆｗｈｅｅｌ-ｌｅｇａｎｄｗｈｅｅｌ．Ａｃｌｅａｎｉｎｇｓｙｓｔｅｍａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙａｄａｐｔｉｖｅｔｏｈｅｉｇｈｔｖａｒｉａｔｉｏｎａｎｄｖａｒｉｏｕｓｓｅｎｓｏｒｓｗｅｒｅａｐｐｌｉｅｄｔｏｔｈｉｓｗａｌｌｃｌｉｍｂｉｎｇｒｏｂｏｔ，ｗｈｉｃｈｍａｄｅｔｈｅｒｏｂｏｔｗｉｔｈｈｉｇｈｅｒｏｐｅｒａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｈｉｇｈｅｒｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎ

5、ｃｅ．Ｔｈｅｗｈｅｅｌ-ｌｅｇｇｅｄｗａｌｌｃｌｅａｎｉｎｇｒｏｂｏｔｗａｓｗｉｔｈｓｉｍｐｌｅｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｆｌｅｘｉｂｌｅｗａｌｌａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｓｔｒｏｎｇｏｂ-ｓｔａｃｌｅｃｒｏｓｓｉｎｇａｂｉｌｉｔｙ．Ｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｃｏｎｔｒｏｌ，ｍｏｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌ，ｏｖｅｒｓｔｅｐｐｉｎｇｏｂｓｔａｃｌｅｃｏｎｔｒｏｌ，ｐｏｓｔｕｒｅｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｃｌｅａｎｉｎｇｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｉｎｒｅｍｏｔｅｃｏｎｔｒｏｌａｎｄａｕｔｏ-ｃｏｎｔｒｏｌｍｏｄｅｗｅｒｅｉ

6、ｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．Keywords：ｗａｌｌａｕｔｏ-ｃｌｅａｎｉｎｇｒｏｂｏｔ；ｐｏｓｔｕｒｅｃｏｎｔｒｏｌ；ｗｈｅｅｌ-ｌｅｇｇｅｄｍｏｖｉｎｇｍｏｄｅ；ｗｈｅｅｌｅｄｍｏｖｉｎｇｍｏｄｅ；ｗａｌｌｃｌｉｍｂｉｎｇｒｏｂｏｔ尽管国内外开发了不少壁面清洗机器人的样机０　引言［３-４］和研究模型，但目前还没有实用化，究其原因是因目前国内外大中型城市高层建筑的外壁面广泛为存在建筑物外墙的情况比较复杂、工作条件苛刻、采用玻璃幕墙结构，许多大中型城市先后制定了城市机器人样机的通用性和继承性差、研发周期较长，机

7、建筑外立面需定期清洁的规定。清洁公司一般采用器人的壁面适应性、越障能力和通用性等关键问题，［１］吊绳或吊篮承载人员手工作业，这种清洁方式效率制约了壁面清洗机器人的发展。低，成本高，危险性大。少量作业通过擦窗机来完成，本文在系统分析国内外爬壁机器人与壁面清洗但需要在建筑物设计之初考虑擦窗机所用的轨道和机器人性能的基础上，结合玻璃幕墙的特点，针对自吊索系统，初期投资高；而且擦窗机不能用于没有其［５］［２］主研究的一款新型玻璃幕墙清洗机器人———能够轨道和吊索系统的已有建筑，适用范围窄。由于壁跨越窗框类障碍物且具有面面转换功能的轮

8、腿式壁面清洗市场需求越来越大，且作业量大，强度高，环境面清洗机器人，研究了机器人控制系统组成以及遥控恶劣，需要进行重复操作，因此急需实现作业自动化，利用机器人全部或部分地替代人，从而高速、高质和与自动两种方式下的运动控制、姿态控制与清洗作业高效地完成危险的高空清洗任务。控制。倡国家自然科学