小型爬壁機器人仿真環(huán)境建立與路徑規(guī)劃算法研究.pdf

1、近年來，特種機器人的開發(fā)受到了越來越多的關注。高層建筑物的清潔、核設施的檢查與維護等，所有這些實際問題都對特種機器人的開發(fā)提出了迫切的要求。爬壁機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器人，它能夠爬行于光滑的墻表，在交接面之間行走。該機器人系統(tǒng)采用雙足真空吸盤式結構和用三個電機驅(qū)動五個關節(jié)的欠驅(qū)動結構。欠驅(qū)動結構減少了電機的數(shù)目，從而減小了機器人的尺寸，降低了

2、機器人的重量和能量消耗，但它也給機器人的控制帶來了新的挑戰(zhàn)。 通過對爬壁機器人系統(tǒng)結構以及運動方式的研究，建立了爬壁機器人的運動學模型和動力學模型，并且進行了力學分析。在此基礎上，利用虛擬仿真軟件Pro/E和ADAMS，建立了爬壁機器人實體虛擬仿真環(huán)境。在虛擬環(huán)境下，通過增加力、約束以及驅(qū)動等，模擬爬壁機器人實體的運動，進一步優(yōu)化爬壁機器人的運動方式。 針對移動機器人路徑規(guī)劃問題的特點，采用了遺傳算法對機器人在復雜環(huán)境下

3、運行進行了路徑規(guī)劃，并且對遺傳算法的各個環(huán)節(jié)進行了細致的分析，包括地圖環(huán)境的建立，染色體的表示和編碼、適應度函數(shù)的設計，遺傳操作算子的設計，遺傳算法參數(shù)的分析和選取。提出了將數(shù)字勢場和遺傳算法相結合的綜合解決方法，并借鑒自動控制的思想，采用位置反饋，運動方向預測，路徑重規(guī)劃的方法來處理爬壁機器人在靜態(tài)環(huán)境下的避障和路徑規(guī)劃問題。最后用VC++編寫仿真程序，在靜態(tài)環(huán)境下進行仿真。 通過對仿真結果的分析表明，該遺傳算法能夠成功地在各