爬壁机器人,也称为壁面移动机器人,是特种作业机器人的一种。能够代替人类,工作在危险区域或人类无法到达的区域,如高空、有辐射的环境、狭窄的管道内等,应用前景广泛。本课题组开发了一种爬壁机器人,本文对此机器人控制相关问题进行探讨。首先,采用模块化和仿生的设计思想,以尺蠖为仿生对象,使用T关节模块、I关节模块和S吸附模块构建5自由度、双足爬壁机器人机构;采用D-H法建立运动学模型,推导出位置正逆解和雅可比矩阵,进而得出机器人摆动足在笛卡尔空间速度和关节空间速度间的关系,并将摇杆轴数据映射为摆动足速度闭环,分析了交换支撑足后摇杆与机器人的映射关系,以便于人工操控;介绍了3种典型步态,对越障和负载等参数进行了分析计算。其次,建立摆动足和壁面空间几何模型,分析得出摆动足和壁面夹角和距离的计算方法,及摆动足和壁面之间形成密闭腔体的必要条件;针对此模型,设计了吸附模块,选用STM32作为下位机控制芯片,超声波传感器作为距离传感器,设计了RS485通信电路、传感器信号采集电路和真空泵、电磁阀驱动电路;编写了下位机程序,通过模拟I~2C时序采集距离信号,通过ADC采集气压信号,并自定义了上位机和下位机的数据接收协议。再次,搭建了机器人控制系统,以EPOS伺服控制器作为从机,PC为主机,通过CAN总线将各个关节模块EPOS伺服控制器相互连接;使用霍尔传感器和磁钢为机器人设计了零位标定方法;分析软件需求,选用LabVIEW开发了机器人控制软件,以面向对象思想将机器人各个模块抽象、封装为类,提高了控制软件的可扩展性。最后,进行了样机实验,实验表明摇杆控制设计具有较好的实用性,自动吸附可将吸附耗时从数分钟缩短至几十秒。本样机重18kg,可实现最大爬行速度2m/min。