55、磁吸附爬壁机器人运动仿真与位置控制

磁吸附爬壁机器人运动仿真与位置控制

1. 引言

随着全球化的发展，海洋贸易需求不断增长，但许多相关技术却逐渐落后于时代。大型船舶的喷漆作业目前大多依靠人力完成，这不仅会造成严重的污染，还存在高空作业的危险，劳动强度也很高。因此，迫切需要一种能够适应船舶结构特点、替代人工喷涂的爬壁机器人，以实现自动化喷漆。

爬壁机器人有多种类型，如真空吸附式、磁吸附式和混合吸附式等。磁吸附爬壁结构具有运行平稳、适应过载、适用于大型钢结构表面等优点。

本文介绍的爬壁机器人采用麦克纳姆轮移动机构，能够在垂直钢平面上灵活移动，满足喷涂作业的要求。与普通四轮机构相比，麦克纳姆轮全向移动机构具有更多的自由度和更高的移动效率，能在保持机械姿态不变的情况下向任意方向移动。

然而，当爬壁机器人在垂直平面上水平移动时，由于重力和滚轮打滑的影响，会在垂直方向上出现一定的下降，影响轨迹精度。特别是在跨越焊缝时，极端情况下机器人一侧会被抬起，导致磁隙增大、磁力减小，使爬壁机器人的下降更为严重。为了解决这些问题，采用Adams - MATLAB/Simulink仿真技术建立了虚拟样机、位置和速度双闭环控制系统模型，以调整爬壁机器人的位置，解决横向移动中的打滑问题，确保机器人的轨迹符合要求。

2. 虚拟样机的建立

爬壁机器人的3D模型是一种通过麦克纳姆轮实现的全向装置，它由机械臂、磁装置和特殊轮子组成。

麦克纳姆轮由轮毂和滚轮组成，滚轮沿轮周排列，并与轴成一定角度（通常为45°）。这些滚轮可以自由旋转，当滚轮自由旋转时，垂直于滚轮轴的线速度会驱动爬壁机器人运动，这种特殊结构使爬壁机器人能够实现全向移动。

机器人下方的麦克纳