爬杆机器人是一种专门用于攀爬杆状物(如路灯杆、广告牌杆、避雷针等)的设备,可以搭载一些特定作业设备来代替人工完成具有一定危险性的高空作业任务。本研究的爬杆机器人采用压缩空气驱动的方式,具有轻量化、适应变径、自动对心等功能和优点。首先,本文阐述了爬杆机器人的整体设计方案,并把方案分为三个子方案:夹持方案、攀爬方案、对心方案。然后,本文对三个子方案进行了详细的说明。(1)夹持方案:夹持机构环绕目标杆子,间隔120°安装了三个气缸。气缸活塞杆伸出时,实现夹持的功能。(2)攀爬方案:基于蠕动式的攀爬原理,通过上层夹持机构、竖直运动机构、下层夹持机构的交替动作配合来实现攀爬。另外,采用压力控制系统与双作用弹簧复位气缸实现了连续定位的需要。(3)对心方案:设计了推力控制系统,使气缸活塞杆产生的推力与气缸活塞杆伸出长度满足预设的弹簧特性。本文探究了流阻及容腔体积对于充放气速率的影响,并将此应用于推力控制系统中。然后本研究展示了不同运动频率的实验结果,在各个频率下推力控制系统的气缸能够表现出预设的“弹簧”刚度。对心功能能够使机器人实现机器人的中心与杆子保持一致。最后,本文给出了实机展示与实验,展示了两款不同尺寸的气动爬杆机器人,验证了机器人的可行性。