小型爬壁機(jī)器人仿真環(huán)境建立與路徑規(guī)劃算法研究.pdf

1、近年來(lái)，特種機(jī)器人的開(kāi)發(fā)受到了越來(lái)越多的關(guān)注。高層建筑物的清潔、核設(shè)施的檢查與維護(hù)等，所有這些實(shí)際問(wèn)題都對(duì)特種機(jī)器人的開(kāi)發(fā)提出了迫切的要求。爬壁機(jī)器人由于可吸附在墻面并可以攜帶一定的傳感器和儀器而成為這一類環(huán)境的最佳選擇。 本文描述了一種新型的雙足爬壁機(jī)器人，它能夠爬行于光滑的墻表，在交接面之間行走。該機(jī)器人系統(tǒng)采用雙足真空吸盤(pán)式結(jié)構(gòu)和用三個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)五個(gè)關(guān)節(jié)的欠驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。欠驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)減少了電機(jī)的數(shù)目，從而減小了機(jī)器人的尺寸，降低了

2、機(jī)器人的重量和能量消耗，但它也給機(jī)器人的控制帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。 通過(guò)對(duì)爬壁機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及運(yùn)動(dòng)方式的研究，建立了爬壁機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和動(dòng)力學(xué)模型，并且進(jìn)行了力學(xué)分析。在此基礎(chǔ)上，利用虛擬仿真軟件Pro/E和ADAMS，建立了爬壁機(jī)器人實(shí)體虛擬仿真環(huán)境。在虛擬環(huán)境下，通過(guò)增加力、約束以及驅(qū)動(dòng)等，模擬爬壁機(jī)器人實(shí)體的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)一步優(yōu)化爬壁機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方式。 針對(duì)移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃問(wèn)題的特點(diǎn)，采用了遺傳算法對(duì)機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境下

3、運(yùn)行進(jìn)行了路徑規(guī)劃，并且對(duì)遺傳算法的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了細(xì)致的分析，包括地圖環(huán)境的建立，染色體的表示和編碼、適應(yīng)度函數(shù)的設(shè)計(jì)，遺傳操作算子的設(shè)計(jì)，遺傳算法參數(shù)的分析和選取。提出了將數(shù)字勢(shì)場(chǎng)和遺傳算法相結(jié)合的綜合解決方法，并借鑒自動(dòng)控制的思想，采用位置反饋，運(yùn)動(dòng)方向預(yù)測(cè)，路徑重規(guī)劃的方法來(lái)處理爬壁機(jī)器人在靜態(tài)環(huán)境下的避障和路徑規(guī)劃問(wèn)題。最后用VC++編寫(xiě)仿真程序，在靜態(tài)環(huán)境下進(jìn)行仿真。 通過(guò)對(duì)仿真結(jié)果的分析表明，該遺傳算法能夠成功地在各