摘要
爬壁机器人工作于垂直壁面，经常会存在牵引力不足、适应性差、高处工作安全不能保障等问题。目前，这些问题一般通过增加爬壁机器人自身驱动力，针对不同壁面设计不同种类的爬壁机器人以及搭载防坠器来分别解决，但缺少一个可以综合解决上述问题的方案。 本课题就针对爬壁机器人负载不足、适应性单一、安全性差这几个问题，提出设计一种基于阻抗控制的爬壁机器人牵引装置。它的作用是当爬壁机器人向上运动时为其提供一个稳定的牵引力，当爬壁机器人向下运动时其进行跟随运动，与此同时保证爬壁机器人的安全。文章选用串联弹性驱动器作为牵引装置的驱动部分，弹性元件在代替传统力传感器的同时使装置具有柔性，提升交互双方的安全性。将可以综合控制输出力与位置的阻抗控制作为本系统的控制方法。 论文首先是绪论部分，介绍了课题的背景意义并分别论述了爬壁机器人与阻抗控制的国内外研究现状。其次，通过需求分析、力学分析等完成由串联弹性驱动器和爬绳机构组成的牵引装置机械结构设计。然后，对串联弹性驱动器和阻抗控制进行理论分析，建立对应模型，分析阻抗控制各参数对系统的影响。建立基于位置的阻抗控制模型，对跟随控制和力输出控制进行仿真。再者，通过对各硬件部分选型，设计了牵引装置的硬件电路，根据阻抗控制方法完成系统的单片机程序设计。最后，通过实验测试牵引装置的随动性能和力矩输出性能，对比搭载牵引装置前后爬壁机器人的各项性能。实验结果表明，该牵引装置能有效进行随动和精确力矩输出，且牵引装置可以显著提高爬壁机器人的负载能力和越障能力，增加爬壁机器人的适应性和安全性。
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