仿壁虎机器人单脚掌黏附碰撞性能测试

从图6.27中可以看出，当脚趾结构采用单弧结构时，无论脚趾处于状态A还是状态B，PVC片基底较薄时，仿壁虎机器人脚掌在发生碰撞后的最大黏附力更大，且脚掌的最大法向黏附力随着碰撞速度的增大而增大，但随着接触面积百分比趋于100%，最大法向黏附力也接近最大值。脚趾处于状态B比状态A的仿壁虎机器人脚掌对碰撞速度的适应性更好，且在PVC片基底厚度为0.3 mm、0.4 mm、0.5 mm时，其发生碰撞后的最大法向黏附力有明显的增大。

理论教育 2023-06-27

仿壁虎机器人单腿刚度控制实现

仿壁虎机器人的单腿有3个关节，可以视为一个具有三自由度的柔性机械手臂，末端通过黏附材料与墙面接触。阻抗控制是通过调整机器人末端的刚度，使位置和力满足动态关系，以实现柔性运动。仿壁虎机器人在爬行时，运动周期长，速度慢，此时机器人运动可以视为准静态运动。Pd为机器人在行走过程中给定的机器人步态，其与位置偏移量相加，即得到机器人足端相对于基坐标系下的坐标控制量。

理论教育 2023-06-27

仿壁虎机器人的未来发展趋势

经过对爬壁机器人国内外现状的分析和仿壁虎机器人各关键技术优缺点的比较，结合机器人技术发展的总体趋势，我们认为仿壁虎机器人的发展有如下趋势：吸附方式。因此，仿壁虎机器人的小型化和微型化是一个发展趋势。生物壁虎机器人在能源供给、运动灵活性、隐蔽性、机动性和适应性方面较仿生壁虎机器人具有更明显的优势。在仿壁虎机器人发展的同时，生物壁虎机器人也将成为另外一个新的研究发展方向。

理论教育 2023-06-27

主控芯片简介

该芯片具有实时性好、运行速度快、功耗低、可靠性高、安全性好以及接口资源丰富等优点［113］，属于增强型STM32，其内部结构如图5.2所示。

理论教育 2023-06-27

传感器的结构设计与工作原理

电阻应变片是一种能将试件上的应变变化转换成电阻变化的传感元件，其转换原理是基于金属电阻丝的电阻应变效应。三维力传感器由弹性体和电阻应变片组成，如图6.2所示。图6.2三维力传感器结构弹性体是将外载荷（多维力）转换为应变量的部件，是整个传感器的基础。应变式三维力传感器设计的关键是其结构应在三个方向上对不同方向的力敏感程度不同。

理论教育 2023-06-27

如何调整空间仿壁虎机器人的姿态？

当空间仿壁虎机器人靠近目标航天器时，需要调整自身的姿态，使得机器人身体所在的平面与目标航天器平面平行，便于机器人着陆。常用的姿态调整方法有主动控制和被动控制两种，本章研究的空间仿壁虎机器人姿态调控采用主动控制的方式。整个机器人姿态调控系统由测距模块、测速模块、控制器以及执行机构组成。

理论教育 2023-06-27

国内仿壁虎机器人研究综述

国内的一些高校和研究所也对仿壁虎机器人进行了一系列研究，主要包括对壁虎的运动行为进行观测、壁虎刚毛结构的研究及仿壁虎刚毛结构黏附材料的制备等方面［58-61］，并取得了不错的成绩。仿壁虎机器人的研究多以真空吸附、磁吸附、推力吸附的爬壁机器人为主［12，63］。图1.21静电吸附仿壁虎机器人以上机器人都只是在结构和运动方式等方面实现对壁虎的仿生，并未使用仿生的黏附材料。

理论教育 2023-06-27

空间仿壁虎机器人控制系统设计要点

空间仿壁虎机器人控制系统设计包括硬件设计和软件设计。该控制系统需要能够采集距离、自身角速度、碰撞力等数据，能对这些数据进行处理，并能和PC进行无线通信；利用姿态传感器、测距传感器和力传感器配合进行反馈控制，通过控制尾巴和四肢完成调姿和着陆等任务。

理论教育 2023-06-27

电源供电部分电路设计

整个控制系统的外接电源采用两节锂电池，电压约为7.4 V。该芯片为一个正向低压降稳压器，最大输出电流为1 A，输出电压为3.3 V，输出精度为1%，内部集成过热保护和限流电路。该控制系统电路板分为上下两层：上层为最小系统，所有的引脚均通过排针引出，增加了控制系统电路板的可拓展性；下层为电源供电以及接口部分。图5.3主控芯片最小系统电路图5.4舵机供电电路图5.5最小系统供电电路图5.6控制系统电路板实物

理论教育 2023-06-27

空间仿壁虎机器人姿态调控样机设计优化

图5.24空间仿壁虎机器人模型结构该结构设计主要有四个部分：机身、尾部、腿部及足端结构设计。其作用主要是将空间仿壁虎机器人的四条腿连接在一起。图5.25尾部结构实物通过改变机器人尾巴的旋转速度，可以改变机身的角速度，从而验证了在微重力环境下空间仿壁虎机器人利用自身尾巴来实现姿态调整的可行性。实际仿壁虎机器人姿态调控样机如图5.26所示。

理论教育 2023-06-27

仿壁虎机器人步态规划研究探讨

针对壁虎脚掌黏附力的特点，研究壁虎黏附脚掌形态具有重大的意义。图3.1壁虎在竖直面运动时右前脚的摆放姿态在爬行过程中壁虎灵活的选择前脚掌姿态与落点位置，以使得整个爬行运动稳定、协调，同时由于脚掌黏附力存在各向异性，为使得整个运动过程中脚掌受力更加合理，前脚掌姿态与落点位置的可选择性就起到重要作用。这对进行仿壁虎机器人步态规划研究具有重要的参考作用。图3.2壁虎在竖直面运动姿态

理论教育 2023-06-27

机器人碰撞动力学分析

空间仿壁虎机器人与目标航天器的着陆碰撞，采用如图6.35所示的碰撞模型来进行分析。基于以上问题提出了空间仿壁虎机器人碰撞着陆时的力反馈柔顺控制策略，力反馈柔顺控制采用的是弹簧-阻尼模型，其计算公式如式所示。图6.36左前腿力反馈控制结构从图6.36可以看出，机器人左前腿足端所受到的碰撞力由三维力传感器测得。

理论教育 2023-06-27

仿壁虎脚掌预压力黏附性能测试实验

为保证脚掌每次所受预压力不变，选择用500 g和1 000 g的砝码向其施加法向预压力，测试所得数据图如图4.17所示。从图中可以明显看出，在脚趾运动模式B下，得到了与脚趾运动模式A下相似的结论。脚趾结构采用双弧的仿壁虎机器人脚掌在预压力为10 N时最大法向黏附力最大。由于仿壁虎机器人在负表面运动过程中，其脚掌与目标面进行黏附时，所受预压力较小。

理论教育 2023-06-27

Simulink和SimMechanics的概述

SimMechanics是物理建模的一部分，它主要用于工程设计和机械刚体系统的仿真。Sim-Mechanics同一般的Simulink模块使用方法相同。SimMechanics可以完成把各组件组成子系统。为确定机械系统的部件和特性及解算系统的运动方程，SimMechanics扩展Simulink模块库，坐标特性是SimMechanics所独有，这些SimMechanics模块同其他的Simulink模块相似。SimMechanics模块组中包含下面几个子模块组，如图7.1所示。图7.1SimMechanics模块界面刚体子模块组。要使SimMechanics模块和普通Simulink模块进行数据交换，就必须用这样的中间环节。

理论教育 2023-06-27

壁虎机器人姿态调控策略仿效优化

为有效削弱仿壁虎机器人与接触平面交互时产生的碰撞力，现提出将仿壁虎机器人与接触面间的碰撞简化为弹簧阻尼模型，通过对仿壁虎机器人足端位移进行反馈控制实现对机器人足端碰撞力的主动柔顺控制。图8.5仿壁虎机器人足端与接触平面的模型在仿壁虎机器人上安装姿态传感器，将姿态传感器正放在机器人质心处。图8.6仿壁虎机器人控制框图

理论教育 2023-06-27

仿壁虎机器人实验：负表面黏附运动优化

仿壁虎机器人在光滑负表面上实现了以三角步态稳定黏附运动，这是国内基于干黏附技术的仿壁虎机器人首次实现在负表面的稳定黏附运动。图8.14仿壁虎机器人在负表面的一个周期三角步态运动过程将采用三角步态的仿壁虎机器人置于负表面进行黏附运动，具体的黏附运动过程如图8.14所示。实验结果表明仿壁虎机器人运动有较强的稳定性，且对不同倾斜度的黏附运动表面具有自适应性。

理论教育 2023-06-27