随着“一带一路”的不断推进,我国至2016年隧道总长度超过28000km,数量约29000座。隧道数量的剧增,给隧道安全检测带来了巨大的压力和挑战。为丰富隧道检测方式,降低人工检测劳动强度和危险性,提出一种适用于隧道检测的新型双轮足复合式串联机构的爬壁机器人。所设计的双轮足复合式串联机构可实现多种运动模式,不仅具备壁面快速移动能力,还具备交叉面过渡,跨越壁面障碍的能力,能应对隧道复杂的壁面环境,同时设计一种多级密封装置,使机器人可以稳定吸附于粗糙壁面。针对特殊壁面环境,从设计需求上对爬壁机器人进行结构设计;对所设计的机器人进行运动分析,对其越障过程进行运动学正向/反向求解以及动力学分析;建立其越障过程的稳定性判据,并对爬壁机器人越障过程进行仿真分析;制作样机,并进行样机验证试验,验证所设计爬壁机器人结构的合理性,运动的可靠性。具体研究内容如下:1.针对隧道特殊壁面环境设计出一款新型双轮足复合机构的爬壁机器人。分析隧道壁面对爬壁机器人的特殊设计需求,根据需求对每个装置进行结构设计,利用SOLIDWORKS建立虚拟样机三维模型并对其进行机构自由度分析。2.对所设计的爬壁机器人进行运动分析,描述其各运动模式下的运动步态,描述其越障过程的运动轨迹;基于D-H参数法,对所设计的双轮足复合式串联机构进行杆件简化,并进行运动学正向求解,获得末端吸盘的位姿方程,再通过解析法进行运动学反向求解,推导各关节转角表达式,明确各关节转动与爬壁机器人末端吸盘位姿之间的映射关系。3.对爬壁机器人越障过程进行动力学分析,基于凯恩法建立其动力学方程组;基于空间力系平衡条件建立爬壁机器人越障过程的稳定性判据。通过ADAMS动力学仿真与MATLAB数值仿真联合验证,判断理论推导的正确性和爬壁机器人越障过程的稳定性。根据仿真结果分析爬壁机器人各变量参数与越障稳定性之间的影响关系。4.根据虚拟样机设计,对爬壁机器人通用件选型,根据选型结果对结构件进行尺寸参数调整与优化。通过3D打印加工出调整后的部件,然后组装爬壁机器人样机。通过样机试验,验证爬壁机器人吸附能力、负载能力以及越障能力等。试验结果表明所设计的基于隧道检测的新型双轮足复合机构爬壁机器人结构合理、功能完善、优势突出。