近几十年来,随着机器人技术的发展和成熟,逐渐使人类从复杂,繁琐和高危的工作中逐渐解脱出来。机器人能够从事的工作有未知环境的探测,灾害救援,工业制造,家庭服务,高空作业和水下作业等,能够很好地替代人类去完成这些危险任务。目前,大多数的移动机器人只能在地面作业,而能够在墙面上工作的机器人相对较少。当今世界,爬墙类机器人的吸附方式主要有磁吸附式,仿生吸附式,静电吸附式,正压吸附式和负压吸附式。本论文在分析了这几类爬墙机器人优缺点和考察了生活中随处可见的建筑物墙角的特点后,创新性地提出一种利用建筑物的墙角进行墙角面攀爬的多轮足墙角面攀爬机器人。该机器人采用的吸附方式是基于墙角的摩擦力吸附,它的组成部分有吸附机构,攀爬机构和夹紧机构。本研究利用夹紧机构将机器人的吸附机构和攀爬机构夹紧在墙面上,吸附机构主要负责对墙角面的吸附,攀爬机构主要负责实现对墙角面的攀爬。为了使机器人具有更好的吸附能力,本研究采用相位同步技术来实现对墙角面的多点吸附,增强吸附稳定性。本研究提出的墙角面攀爬机器人结合了轮式机器人移动效率高和足式机器人能在不同墙面之间过渡的优点,目的在于使机器人不仅能够在地面上自由移动和在墙角面上攀爬,还能够实现在地面和墙角面之间过渡,并具有一定的抵抗爬墙失效的能力。本文第一部分阐述了本研究的选题目的和意义;着重介绍了国内外爬墙类机器人的研究背景和五种经典的爬墙吸附方式;叙述了本研究创新思路的来源以及指出了在本研究中的研究难点与要解决的关键问题。第二部分根据五种经典的爬墙吸附方式的优缺点,提出了本研究中所采用的吸附方案;根据实际的功能需求和工作环境,创新性地设计了多轮足墙角面攀爬机器人的总体结构;论述了本机器人的吸附和攀爬原理;根据爬墙机器人的高空作业需求,机器人各零部件必须满足轻量化的要求;采用相位同步技术来增强机器人的吸附稳定性。第三部分根据机器人的总体设计,提出了本机器人的地面三足步态和攀爬墙角面的四足步态,并且还分析了在地面和在墙角面上运动的静态稳定性条件。第四部分先从运动学角度求解出了机器人足的末端关节的坐标变换矩阵和速度矩阵;从动力学角度分析了机器人吸附和攀爬原理的可行性和约束条件;分析了机器人在爬墙过程中三种常见的失效—攀爬失效,吸附失效和接触失效;综合运动学,动力学分析和爬墙失效分析,建立了机器人的数学模型;并将模糊控制和PID控制结合的动态模糊PID运动控制算法作为本机器人的姿态控制算法。第五部分根据机器人的功能需求,对机器人的嵌入式系统进行设计,详细叙述了嵌入式硬件系统的工作原理,对所用到的各种元器件进行了介绍;该部分还对机器人的下位机驱动程序和上位机控制软件进行了设计,并有效解决了机器人与上位机的无线通信问题。第六部分根据前面各部分的理论研究和总体设计,制作了2台机器人实验样机,搭建了机器人的实验平台;设计了机器人的实验方案和性能评价指标,详细描述了机器人地面运动实验和墙角攀爬实验的过程;实验分别采用了三组不同转速和转矩的电机用于驱动机器人,并记录了全部实验数据;实验结果表明,在地面运动时,较高转速和低转矩的电机驱动的机器人运动效率最高;在墙面攀爬过程中,低转速大转矩的电机驱动的机器人攀爬墙面的成功率最高,也是最稳定的,但攀爬效率却要更低。实验证明了本文所述的墙角面攀爬机器人的墙角-摩擦力吸附方式是可行的,且具有比较高的墙角面攀爬成功率和较好的地面运动效率。本论文的最后一部分是总结和展望;总结了本研究所做的工作和取得的研究成果;针对本研究存在的不足提出了解决办法,展望了本研究的后续研究方向和应用场景。本论文为爬墙类机器人的研究提出了一种基于墙角-摩擦力的吸附方式,为爬墙类机器人的研究开拓了新的研究方向。在机器人的应用方面,可利用建筑物的墙角,使用多个机器人在多个墙角上组成一个系统并搭载相关设备,可用于墙面的清洁,喷涂,维护等工作。本论文采用墙角-摩擦力作为吸附方式的攀爬机器人,结构简单,控制方便,攀爬稳定,具有质量轻,噪音低,低功耗,工作表面适应能力较好的特点,拥有较高的研究价值和应用价值。