煤礦救災機器人畢業(yè)論文

(此文檔為word格式，下載后您可任意編輯修改！)摘要煤礦救援機器人是一種能夠在煤礦井下災害環(huán)境遙控或自主導航工作的機器人，能代替煤礦的搜救隊員深入井下，搶救礦難后被困礦工，并以這種方式減少甚至避免救護隊員的傷亡。同時在煤礦爆炸事故后的探測救援過程中，救護人員在井下高溫環(huán)境下負重作業(yè)，其體力以及氧氣消耗都很大。救援機器人主要作用是代替救護人員搬運、轉移傷員和遇難者至安全區(qū)域，而且救援機器人需要攜帶必要的救護設備和儀器，因此救援機器人應該具有足夠大的尺寸和動力以及良好的續(xù)航能力。首先，本文在滿足上述要求的基礎上，設計了煤礦救援機器人行走機構的機械部分。在綜合比較后選擇輪式的行走機構。同時考慮到救援機器人的特殊工作環(huán)境，通過鏈傳動實現了各輪的同步移動，克服了輪式移動機構跨溝能力差及易打滑等缺點。參照PACKBOT機器人增加擺臂，機器人伸出擺臂有利于越障。其次，詳細設計了煤礦救災機器人控制系統(tǒng)的硬件電路，包括數據采集單元電路、運動控制單元電路、編碼器解析單元電路等。關鍵字：輪式；同步移動；擺臂；數據采集；運動控制ABSTRACTCoalminerescuerobotisonekindofrobotsusedinundergrounddestroyedcoalmine.Itcanrescuetrappedminersintheundergroundinsteadofminerescueteamafterminedisaster.Itwillavoidcasualtiesofminerescueteaminthisway.Atthesametimeaftertheexplosionandtherescueprocessofdetectioninthecoalmine,minerescueteaminundergroundloadoperationunderofoxygenisthecoalminerescuerobotistoreplacetheminerescueteamtotransport,andtransferthewoundedandthevictimstoasafearea.Rescuerobotsthebasisoftheserequirements,Idesignedthemechanicalpartsofthecoalrescuerobot.Incomparison,Ichoosethewheelbody.Atthesametime,Itakethespecialworkingenvironmentforthecoalminerescuerobotintoaccount,soItrytoachieveall-roundmobilesynchronizationthroughthechaindrive.AnditcanovercometheshortcomingsofWheeledMobileinstitutionssuchasthecross-channelcapabilitiesandeasytospin.InrefertoPACKBOTrobot,Idesignthearmfortherobot,soitcanacrossthebarriersmoreeasily.Secondly,detail,suchasdataacquisitionunitcircuit,motioncontrolunitcircuit;encoderanalyzingunitcircuitandsoon.Keyword：Wheeled；Syncmobile；Arm；DataAcquisition；MotionControl畢業(yè)論文（設計）誠信聲明本人聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設計）是在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果，論文中引用他人的文獻、數據、圖表、資料均已作明確標注，論文中的結論和成果為本人獨立完成，真實可靠，不包含他人成果及已獲得或其他教育機構的學位或證書使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。論文（設計）作者簽名：日期：年月日畢業(yè)論文（設計）版權使用授權書本畢業(yè)論文（設計）作者同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文（設計）的復印件和電子版，允許論文（設計）被查閱和借閱。本人授權青島農業(yè)大學可以將本畢業(yè)論文（設計）全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本畢業(yè)論文（設計）。本人離校后發(fā)表或使用該畢業(yè)論文（設計）或與該論文（設計）直接相關的學術論文或成果時，單位署名為。論文（設計）作者簽名：日期：年月日指導教師簽名：日期：年月日

目錄1緒論 11.1引言 11.2設計背景、意義 11.2.1設計的背景和意義 11.3設計基礎 31.4國內外研究與應用現狀 41.5本章小結 52行走機構方案確定 62.1煤礦災害現場特征 62.2礦井災害的非結構環(huán)境特征 72.3行走機構方案選擇與確定 72.3.1輪式機器人 72.3.2履帶式機器人 82.3.3腿式機器人 92.3.4其它形式機器人 92.4行走方案的確定 112.5本章小結 113機器人行走機構的機械設計 133.1機器人行走機構總體方案 133.1.1主傳動系統(tǒng)設計 143.1.2擺臂方案設計 143.2機器人行走機構具體設計 153.2.1主傳動系統(tǒng)的具體設計 153.2.2擺臂方案的具體設計 383.3本章小結 424電氣系統(tǒng)的分析與設計 434.1數據采集單元電路 434.1.1AD轉換電路設計 434.1.2高速光耦電路設計 454.1.3串行通信電路設計 464.1.4單片機程序設計 474.2運動控制單元電路 484.2.1后輪電機驅動電路 484.2.2擺臂電機驅動電路 494.2.3串行通信電路設計 504.2.4單片機程序設計 514.3編碼器解析單元電路 554.3.1電路設計 554.3.2單片機程序設計 564.4本章小結 575結論 58參考文獻： 59翻譯部分： 61英語原文 61中文翻譯 68致謝 721緒論1.1引言第一代工業(yè)機器人(1956年)問世至今已整整60年了。機器人日益成為傳統(tǒng)機構學和近代電子計算機技術的主要結合點，也成為二十一世紀高科技發(fā)展的一個重要內容。現在，一般說來，國際上對機器人的概念，人們都可以接受這種說法，即機器人是靠自身動力和控制能力來實現各種功能的一種機器。聯合國標準化組織采納了美國機器人協(xié)會給機器人下的定義：一種可編程和多功能的，用來搬運材料、零件、工具的操作機；或是為了執(zhí)行不同的任務而具有可改變和克編程動作的專門系統(tǒng)。在機器人發(fā)展的歷史上,存在著兩條不同的技術路線:一條是日本和瑞典所走的“需求牽引，技術驅動”的路線，把美國開拓的機器人，結合工業(yè)發(fā)展的需求，開發(fā)出一系列特定應用的機器人，如弧焊、點焊、噴漆、裝配、刷膠、建筑等，從而形成了龐大的機器人產業(yè)；另一條路線是把機器人作為研究人工智能的載體，看成計算機科學的一部分，即從單純技術上模仿人的某些功能出發(fā)，研究智能機器人，如美國、英國相當一部分大學及研究經濟界研究所所做的，由于人工智能和其他智能技術的發(fā)展遠落后于人們對它的期望，致使絕大部分研究成果始終走不出實驗室。因此，被譽為“中國機器人之父”的蔣新松院士曾提出“我們必須對需要與可能二者作認真的研究，按‘需求牽引，技術導向’的原則，才能得出正確的研究方向，制定出一個可行的技術路線。1.2設計背景、意義1.2.1設計的背景和意義我國是一個產煤大國，是一個嚴重依賴煤炭能源的國家，但也是礦難多發(fā)國。煤炭行業(yè)作為我國國民經濟主要傳統(tǒng)行業(yè)之一，年產量約占世界35%，但中國礦難的死亡人數卻占世界的80%。最讓人痛心的乃是中國煤礦百萬死亡率是美國的100倍、南非的30倍！挺拿最近在國家安全生產監(jiān)督管理總局、國家煤礦安全監(jiān)察局網站上公布一些數字來看，可以說觸目驚心：2008年9月4日遼寧阜新市河西鎮(zhèn)八礦發(fā)生瓦斯爆炸27人遇難；2008年9月20日，黑龍江省鶴崗市興山區(qū)富華煤礦發(fā)生井下火災事故，31人遇難。2009年2月22日山西焦煤集團屯蘭礦“2.22”瓦斯事故共78名礦工遇難我國煤礦事故發(fā)生的原因極為復雜，是偶然性和必然性的結合。由于大多數為井工開采，不安全因素很多，瓦斯煤塵和火災等災害事故頻繁發(fā)生，災害事故危害嚴重，傷害人員多，中斷生產時間長，損毀井巷工程或生產設備。各類災害事故還存在突發(fā)性、災難性、破壞性和繼發(fā)性等特點。目前，救災方式只是根據事故的類型確定救災的方案，一般救護人員無法進入危險區(qū)域，只能通過采用提升絞車清除垃圾、移動式風車向井下通風，然后再搜救遇險礦工。這種方式危性大，傷亡人數多，救災周期長，往往效率低，因此，研究救災新裝備是一項緊迫的任務。從煤礦救災的“需求牽引”上分析，如果能使用救災機器人代替或輔助救護人員進行井下災害救助不失為一種提高礦井救災效率的有力途徑。這是由于在井下發(fā)生災害時，受高溫、煙霧、有害氣體和缺氧等影響，救護人員很難接近或到達災害的現場，而機器人卻有可能進入或比救護人員更接近災區(qū)。另外，機器人先于救護人員對災區(qū)進行探測，對救災人員的生命也多了一份保障。在很多條件下，機器人進入災區(qū)的時間都將比救災隊員所需要的更短。從煤礦救災的“技術導向”上分析，將具有一定智能扽救災機器人用于危險和復雜的災難環(huán)境“搜索和營救”幸存者，是機器人學中的一個新興而富有挑戰(zhàn)性的領域。世界上許多國家都在研制軍用機器人、掃雷機器人、排爆機器人和消防機器人等危險作業(yè)機器人。救災機器人是機器人的一個新興發(fā)展領域，屬于危險作業(yè)機器人的一個分支，具有危險作業(yè)機器人的特點。救災機器人利用自身的優(yōu)點，能迅速找到井下遇險礦工的位置，降低事危害性，對提高救災效率具有重大意義，具體表現為：⑴機器人具有靈活性好、機動性強的特點，有較好的爬坡和越障能力，能適應現場各種各樣的地理環(huán)境。⑵機器人的探測技術發(fā)展迅速，能迅速找到井下遇難礦工的位置。機器人利用傳感器通過探測井下遇難礦工的呻吟聲、體溫的變化及心臟跳動的頻率的信息能找到他們的位置。其次，機器人的視頻探測器（CCD攝像頭）具有信息直觀、能實現計算機輔助控制等特點，可以將現場環(huán)境的圖像返回到救災中心，為進一步控制機器人的運動方向，制定下一步救災的方案提供決策依據。最后，機器人還能進入井下區(qū)域，監(jiān)測事故現場（如溫度、瓦斯以及有害氣體的濃度）的變化，防止事故的二次發(fā)生。⑶機器人具有為井下遇難礦工投放小包食品、藥物和通訊裝置等輔助功能，可以有效減少遇難礦工的傷亡人數。綜上所述，煤礦救災機器人的研制，對煤礦安全生產，建立特種危險環(huán)境下的工業(yè)救災具有十分重要的意義。同時，救災機器人又是機器人研究的熱門領域，但目前國內外研制救災機器人大都集中在地面火災和地震等自然災害的救災，而對礦井地下救災機器人的研制基本屬于空白。研制救災機器人已成為了我國煤礦生產的迫切需要。對于礦井內的搜救機器人的研制，技術上有很多難題需要解決，國內還沒有現成的具解決方案，這也正是我們需要研究的意義所在。1.3設計基礎在本設計之前，已經有許多研究人員和研究公司對非結構環(huán)境移動機器人進行了許多方面的工作。這些都是非常有價值的參考資料。我們試驗室已制作出包括“CUMT-1”圖1.1雙履帶機器人“CUMT-1”在CUMT-1試驗時,試驗人員發(fā)現該機器人存在以下不足：⑴在翻越垂直障礙和溝槽的過程中,機器人存在卡鏈、托扣等現象,傳動系統(tǒng)可靠性不高.機器人越障后,履帶無緩沖,著地時沖擊大,對內部控制電路和傳動系統(tǒng)都具有破壞性。⑵機器人越障時，整體穩(wěn)定性不高，車體擺動較大，對圖像采集非常不利。同時，機器人的越障性能也有待提高。⑶機器人的續(xù)航能力差，CUMT-1型在額定功率狀態(tài)下運行時間不超過2.5小時。⑷整體的密封性設計欠缺。在試驗中這些缺點非常突出，并直接影響了機器人運行的穩(wěn)定性。1.4國內外研究與應用現狀對于礦井救災機器人的研究工作，美國起步較早，已有多家高?；蜓芯繖C構研發(fā)了針對不同用途的礦井救災機器人。如美國智能系統(tǒng)和機器人中心開發(fā)RATLER礦井探索機器人，用于災難后的現場偵查工作，采用電傳遙控方式，有主動紅外攝像機、無線射頻信號收發(fā)器、陀螺儀和危險氣體傳感器等裝備。無線遙控距離（直線距離）約76ｍ。這種機器人已經形成系列化，除了礦井方面的應用，還有軍事方面的應用。美國南佛羅里達大學研制的Ｓｉｍｂｏｔ礦井搜索機器人，這種機器人小巧靈活，攜帶數字低照度攝像機和基本氣體監(jiān)視組件，可以通過一個鉆出的小洞鉆進礦井，越過碎石和爛泥，并使用其攜帶的傳感器發(fā)現受害礦工，探測氧氣、甲烷氣體含量，生成礦井地圖。另外，卡內基梅隆大學機器人研究中心也開發(fā)了２款全自主礦井探測機器人Ｇｒｏｕｎｄｈｏｇ和Ｆｅｒｒｅｔ。Ｇｒｏｕｎｄｈｏｇ主要用于探測井下環(huán)境，精確繪制井下立體地圖。機械結構采用四輪導向、液壓驅動，可實現零半徑轉彎，最高速度可達１９ｋｍｈ。裝備有激光測距傳感器、夜視攝像機、氣體探測傳感器、ｓｉｎｋａｇｅ傳感器、陀螺儀等，能夠對礦井下的環(huán)境進行綜合性測量，建立礦井立體模型。機器人雪貂用于礦井鉆孔探測，裝備有長距離低反射率三維激光掃描儀、嵌入式微處理器、磁指南針、傾角傳感器、活動云臺攝像機、照明燈、接近傳感器等設備。能夠完成三維激光掃描地圖生成，地圖核對，可通過性分析等任務，一次充電可連續(xù)工作４ｈ。由Ｒｅｍｏｔｅｃ公司制造的Ｖ２煤礦救援機器人，大約５０英寸高，１２００英磅重，使用防爆電動機驅動橡皮履帶。安裝有導航和監(jiān)控攝像機、燈、氣體傳感器和一個機器臂，具有夜視能力和２路語音通訊功能?？稍冢担埃埃坝⒊咭酝獾陌踩恢眠h程遙控，使用光纖通訊傳送礦井環(huán)境信息，操縱者能夠看到實時視頻信息和易燃的有毒氣體的濃度。國內研究礦井救災機器人的工作相對較晚，研究機構也相對較少，目前報道的只有中國礦業(yè)大學。中國礦業(yè)大學可靠性工程與救災機器人研究所于２００６年６月成功研制了我國第.臺用于煤礦救援的CUMT-1型礦井搜救機器人，該機器人裝備有低照度攝像機、氣體傳感器和溫度計等設備。能夠探測災害環(huán)境，實時傳回災區(qū)的瓦斯、ＣＯ、粉塵濃度和溫度以及高分辨率的現場圖像等信息；具有雙向語音對講功能，能夠使救災指揮人員與受害者進行快速聯絡，指揮受傷人員選擇最佳的逃生路線；具有無線網絡通訊功能；同時還攜帶有食品、水、藥品、救護工具等救助物資，使受害者能夠積極開展自救。上述礦井搜救機器人代表了當前國內外在該領域的研究現狀和發(fā)展水平，但它們離實際應用的要求還有很大距離。例如RATLER礦井探索機器人的通訊方式單一，通訊距離短；機械結構方面，其原型設計是基于野外全地形運動車輛的使用要求，沒有按照適合于礦井環(huán)境來設計運動系統(tǒng)，底盤較低，越障性能一般。由于采用輪式差速轉彎，轉彎半徑大，轉向不靈活，結構不太適合于巷道等狹窄空間且沒有任何自主避障方面的設計。Ｓｉｍｂｏｔ是一種體積非常小的機器人,這就決定了它不可能擁有較遠的控制范圍，只能在較近的范圍內進行有線控制，攜帶的傳感器數量也很有限，必須由搜索隊員攜帶下井，使用方式非常有限。Groundhog機器人的自主性和移動性都非常強，但它是為了探測正常礦井地形而設計的試驗平臺，攜帶有非常多的儀器設備，由于美國的礦井巷道比較寬敞，道路平坦，瓦斯含量少，條件比較優(yōu)越，所以其設計的體積巨大，并不適合用作煤礦搜救，曾經陷入泥漿地，被用線纜拉了出來。Ｖ２機器人是比較成熟的一款礦井救災機器人，結構設計很好，但體積略顯巨大，而且也沒有自主避障功能，僅僅是遙控而已，并且只有光纖一種通訊方式，其可靠性也有待提高。CUMT-1型礦井搜救機器人同樣存在通訊、避障和機械可靠性等方面的技術問題。1.5本章小結本章從機器人的發(fā)展史出發(fā)并結合我國煤炭生產的安全現狀引出我國目前發(fā)展煤礦救災機器人的可行性及緊迫性。并簡要介紹了國內外煤礦救災機器人研究和應用的現狀。2行走機構方案確定對于機器人行走機構而言,腿式機器人運動速度過慢,無法滿足于救災的時效要求，這里不作討論。而輪式和履帶式各有其憂缺點，本章從分析礦井發(fā)生災害后的非結構環(huán)境的特征入手，結合現有的技術條件和知識儲備，通過典型特征分析的方法討論兩者在非結構環(huán)境中的性能。從而得出輪式機器人相對于履帶式機器人在救災應用中的優(yōu)點。2.1煤礦災害現場特征煤礦開采必須從地面向地下開掘一系列井巷（本文不對露天采礦進行分析），其正常生產過程的自然條件比較復雜，環(huán)境惡劣。巷道路面多積水，有礦車軌道、水溝、風管、線纜等障礙物；支巷道路面窄而不平，多有斜坡；工作面的路面坡度大，有碎煤、支撐、滑道等障礙。災害發(fā)生后，脫落的頂板、巖石煤塊等形成新的障礙物。復雜的路況要求井下機器人要有較強的越障、避障能力和行駛功能恢復能力。下面對礦井主要存在的瓦斯、煤塵、頂板、火、水五大災害進行簡要說明。⑴瓦斯、礦塵災害。根據瓦斯-粉塵-空氣混合氣體燃燒、爆炸時的火焰?zhèn)鞑ニ俣燃皼_擊波的大小，瓦斯爆炸有三種：速燃，火焰?zhèn)鞑ニ俣仍?0ms以內，沖擊波壓力較小。它可以使人燒傷，引起火災；爆燃，火焰的傳播速度在音速以內，沖擊波壓力較大，對人和設備有較強的殺傷力和摧毀作用；爆炸，火焰的傳播速度超過音速，達到每秒數千米，沖擊波壓力達到數個至數十個大氣壓，對人和設備具有強烈的毀滅作用。救護人員往往由于高溫而無法接近災區(qū).此外,災害過后,井下通風系統(tǒng)常受到破壞,使井下氣候發(fā)生明顯的變化,常見瓦斯和粉塵濃度增大,災變區(qū)域的溫度、濕度增加，風量減少。所以，二次瓦斯爆炸的危險也常常是影響救護隊員及時下井救護的一個主要因素。機器人的移動系統(tǒng)除要能夠適應瓦斯和煤塵發(fā)生爆炸后的非結構環(huán)境外，為了防止煤塵和積水進入車體內部和運動副，廂體要進行密封、防水設計。為能在高瓦斯下安全工作，控制系統(tǒng)需要進行礦用隔爆或本案型設計，電子元件在井下溫度變化范圍也應能可靠地工作。⑵頂板災害。在地下采掘過程中，由于礦山壓力的作用，頂板會垮塌。如果頂板管理工作出現漏洞或者地層變動等原因，則可能會發(fā)生頂板事故。⑶火災。礦井火災也是煤礦生產中的主要災害之一，一旦發(fā)生礦井火災，不但會造成煤炭資源的損失，打亂各項工作的布置，還會造成瓦斯、煤塵爆炸，使災害程度和范圍擴大。⑷水災。礦區(qū)內的大氣降水、地表水、地下水通過各種通道涌入井下，稱為礦井涌水。當礦井涌水量超過礦井正常的排水能力時，就將發(fā)生水災。為保證礦井正常建設與生產，必須采取各種措施防止水進入礦井或者將進入礦井的水排至地面，但當礦井涌水超過正常排水能力，或在采掘工作時挖掘工作時挖透老塘積水或巖溶等地下水時，就會造成水害。積水有時會突然逼通煤墻傾斜而出，礦工退避不及導致傷亡事故。礦井發(fā)生水災后，排水前還要對水源量進行調查，這些都不可避免地對救災工作造成延誤。由以上簡要分析可見，各類災害事故普遍存在突發(fā)性、災害性、破壞性和繼發(fā)性的特點，災害后的情況各家難以預料。只能把針對有限目標的實際應用放在首位，機器人并不是“萬能”的。因此，本設計的救災機器人把目標限定為瓦斯、粉塵爆燃后的輔助救援工作。2.2礦井災害的非結構環(huán)境特征非結構環(huán)境是復雜、未知、多樣的三維地形，包括平坦地面、斜面、障礙、臺階、溝壕、淺坑等地形。而井下發(fā)生災害后，工作環(huán)境會遭到不同程度的破壞，因此機器人的移動機構對井下環(huán)境的適應也可以說是對于非結構環(huán)境的適應。通過對這些不同地形的分析，我們發(fā)現各種復雜地形都是由于少數幾種基本的地形特征構成，我們稱之為“典型地形特征”。常見的典型地形特征有三種，即水平面、傾斜面和垂直面障礙。常見的大多數非結構環(huán)境的地形都可以視為這三種地形特征不同形式的組合，如溝壕可視為下垂直障礙和上垂直障礙的組合，階梯可視為連續(xù)垂直障礙的組合。如果移動機器人能夠以某種動作或動作序列適應這幾種典型地形，則可以通過動作序列的有效組合達到適應這幾種典型地形，則可以通過動作序列的有效組合達到適應復雜三維的目的。2.3行走機構方案選擇與確定2.3.1輪式機器人輪式行走系統(tǒng)在相對平坦的地形中具有相當的優(yōu)勢，運動速度迅速、平穩(wěn)，結構和控制也較簡單，很多機器人的行走系統(tǒng)都設計成輪式結構。由于輪式移動系統(tǒng)比較適合平緩的環(huán)境，大多數的研究者通過選擇合適的懸架系統(tǒng)來使其適應凹凸不平的地形。目前出現的機器人輪式行走系統(tǒng)有單輪、兩輪、四輪、五輪、六輪以及多輪等幾種形式。下面列舉一些具有代表意義的典型結構。四輪式機器人:美國噴氣推進實驗室(JPL)在非結構環(huán)境特別是行星表面科學探測車技術方面處于領先水平。Nanrover是JPL研制的一種小型四輪可旋轉支架式探測車，四個輪子通過擺臂與車體中心的一根軸相連。這是一部非常輕巧的探測車,其重量僅為1.5kg。NASA的“火星科學實驗”正在研制另一種四輪機器人，其前后輪均采用了三維互動懸掛結構。日本東芝公司也研制了四輪火星探測機器人，四個輪子均采用獨立的彈性懸掛系統(tǒng)，其中前輪帶有擺臂，可以引導車身爬上較高的臺階。五輪、六輪式機器人：日本NASDA的Micro5是典型的五輪式探測車。他的四個輪子是驅動輪，另外一個中間輪是支撐輪。采用的是“五級輔助懸掛”行走系統(tǒng)。Micro5機器人系統(tǒng)全重約5kg，整體尺寸為55×53×25cm，越障高度13cm，爬坡能力40°，行走速度1.5cms。由中國科學技術大學研制的高機動性越障機器人行走系統(tǒng)采用六輪形式。行走系統(tǒng)有前部叉式雙擺桿越障機構、車身、平行四邊形支撐機構以及后輪支撐機構組成，外形像個大蜘蛛。該行走系統(tǒng)可以越過高于輪子直徑1.5倍的垂直障礙。在攀越單側小型障礙時，前后輪可以分別攀越，從而保證了整個機構平穩(wěn)越障。在六輪機器人中，最具代表性的可能要數NASAyanzhi的火星系列機器人了。自1989年來，NASAkaishi研究質量在5-50千克之間的Rocky系列微型漫游者。在“索杰納”、“勇氣好”和“機遇號”中都采用了同一種類型的機械結構——“rocker-bogie”。這種結構沒有涉及軸與彈簧，但可以很好避開障礙物?？梢允沽鶄€輪子都著地，而且還能使機器人傾斜45°而不倒。機器人六個輪子中，每個都有獨立的驅動電機。前面兩個輪子可以分別控制其運動，使機器人向需要的地方運行。國內的一些探月機器人上也能看到類似的結構。2.3.2履帶式機器人履帶式行走系統(tǒng)具有較好的越障性能，較強的適應和使用壽命。但其往往重量大，且能耗高。日本大阪大學研制出蛇形履帶機器人，能在高低不平的廢墟上前進，每節(jié)的周圍都布有履帶。美國iRobot公司研制了“PackBot"系列機器人，在普通雙履帶底盤的基礎上添置了一對前擺臂，在一定程度上增加了它的適應能力。InuKtun公司研制了機器人MicroVGTV，機身履帶可變?yōu)?，采用電纜控制，含有直視的彩色或黑白攝像頭，并帶有微型話筒和揚聲器，可以用于與壓在廢墟中的幸存者通話，適用于在小的孔洞和空間中執(zhí)行任務。北京航天航空大學機器人研究所提出的模塊化可重構履帶結構是一種新型的非結構環(huán)境移動機器人行走系統(tǒng)。2.3.3腿式機器人腿式行走系統(tǒng)在機動性和能效方面優(yōu)于輪式系統(tǒng)，由于腿式行走系統(tǒng)的落足點時幾個離散的位置點，可以越過更復雜的障礙，竄過更崎嶇的地形，具有較強的越野能力。腿式行走系統(tǒng)能夠自主隔振?？梢员ＷC傳感器和科學設備沿平滑預定的軌跡運行。美國卡內基-梅隆大學和美國航空航天局合作開發(fā)了Dante系列機器人。DanteⅡ高3m，寬6m,重770kg，速度1mmin，步長1.1m，最大可跨越障礙1.27m，最大單步轉彎11°.1994年7-8月，DanteⅡ對距安克雷奇145千米的斯帕火山進行考察，傳回了數據機圖像。仿生腿式機器人是腿式機器人中的重要成員，也是腿式機器人研究熱點，其利用仿生移動的原理進行行走和越障。諸如美國軍方研制的四足機器人有良好的魯班性，即使被踹一腳也不會摔倒，可以自動快速恢復狀態(tài)，能夠適應各種路面。2.3.4其它形式機器人日本東京工業(yè)大學研制的可重構機器人“SMCRover”由母機器人和多個子機器人組成。其中母機器人本身不能移動，只有在與子機器人結合后成為輪式移動機器人。而子機器人既可以做母機器人的單個輪子，也可以由2個子機器人連接在一起，用連接臂做平衡和轉向的車體部分從而單獨做行星探險機器人。中國科學院沈陽自動化研究所的可重構星球探測機器人也有類似的結構。中科院機器人重點實驗室研制的CLIMBER機器人采用的也是復合式行走系統(tǒng)。機器人由輪、腿、履帶復合構成，具有翻越障礙、樓梯，跨越壕溝，在傾斜面上行走，傾倒自行復位的功能。機器人外形尺寸80×72×48cm，輪式移動10mmin、履帶移動5mmin，最高翻越障礙28cm。其它特殊形式的移動機器人也是各有各的有缺點，如單邊輪用一個輪子代替整個車體，很好地利用了圓這種幾何結構的地形適應能力，避免了車底凈高等護駕幾何約束對車輛地形適應能力的限制，大大減少體積，增加了機動性和靈活性，但這種機器人控制復雜，越障能力低。球形輪在各方向上的截面都是圓，具有很好地地形適應能力，但控制也相對復雜。綜上所述，國內外研究開發(fā)了許都種非結構環(huán)境的移動機器人行走系統(tǒng)，輪式、腿式、輪腿式、履帶式和其它復合形式的機器人特點如表2-1所列，它們的行走系統(tǒng)對比如表2-2所列。表2-1國內外具有代表性的行走系統(tǒng)比較機器人名稱國家單位結構形式行走系統(tǒng)尺寸(m)越障高度（m）爬坡角度越障H與行走系統(tǒng)L比Gyrover美國CMU單輪0.43Scout美國明達蘇達雙輪0.46Nomand美國NASA、CMU四輪輪徑0.7110.50.7Micro5日本五輪輪徑0.10.1340度1.3Rocker美國NASA六輪輪徑0.220.3335度1.5Daedalus美國CMU四足高1.5-2.5130×40度0.4-0.67Ambler美國CMU六足高6DanteⅡ美國NASA、CMU八足高3，寬3.61.270．43模塊重構履帶機器人北航履帶0.3×0.1×0.110.260度1.82CLIMBER中科院復合0.78×0.64×0.440.431表2-2各類行走系統(tǒng)優(yōu)缺點比較移動方式優(yōu)點缺點輪式高速、高效越障能力較差腿式地形適應能力強速度低，效率低、控制復雜履帶式地形適應能力強重量達，能耗大輪腿復合式高速高效，地形適應能力強控制比較復雜2.4行走方案的確定根據以上的定性分析，本文選用輪式作為驅動單元。但對于非結構環(huán)境，普通輪式機器人仍需要進行改進以提高其適應性。除越障性能需要提高外，另一個原因是機器人在復雜的非結構環(huán)境地形虛假的性能除了取決于其在典型地形特征下的性能以及典型地形特征的組合參數以外，還受機器人對典型地形特征之間過渡得適應性的影響。因此，本文所設計的機器人結構設計思路集中在對普通輪式構型進行改進。設想在輪式機器人前面加一對擺臂,這樣在較為平坦的地段可以把擺臂收起來變形為輪式,快速推進,節(jié)省探測時間；也可以發(fā)揮擺臂能夠適應各種障礙的優(yōu)點。對非結構環(huán)境的地形及變形情況如圖2-1圖2-1機器人地形適應示意圖2.5本章小結本章從對井下工況條件分析得出應以典型地形特征為越障對象，結合目前的研究基礎以及現有的技術條件，通過對輪式、履帶式機器人和其它形式的機器人的定性分析，確定煤礦救災機器人采用輪式作為驅動模塊。同時考慮到輪式行走機構的特點，給其加上擺臂使得輪式行走機構的越障能力提高。3機器人行走機構的機械設計3.1機器人行走機構總體方案機器人采用對稱結構，擺臂運動單元不僅能夠實現車輪自身的旋轉運動，而且能夠繞主動輪中心擺動，車輪之間為機器人的主體部分，可裝載控制系統(tǒng)、數據采集模塊及其他各種設備。為保證機器人在礦井內部的良好通過性，對擺臂的長度、驅動輪直徑、車體長度以及機器人的整體尺寸等進行綜合考慮。同時在煤礦煤塵爆炸事故后的探測營救過程中，救護人員在井下高溫環(huán)境下負重作業(yè)，其體力以及氧氣消耗都很大。營救機器人主要作用是代替救護人員搬運、轉移傷員和遇難者至安全區(qū)域，而且營救機器人需要攜帶必要的救護設備和儀器，因此營救機器人應該具有足夠大的尺寸和動力以及良好的續(xù)航能力。依此方案設計的機器人分配為：兩邊的主轉動輪為2自由度；兩條擺臂車輪轉動為2自由度；兩擺臂各自的擺動為2自由度。這樣機器人總共需要6自由度，需要6個電機，由于機器人尺寸、總質量、驅動功率以及防爆要求等限制，必需在不影響機器人運動能力的前提下，盡可能的減少電動機的數量。因此，將主轉動輪的驅動用2個自由度，把兩個擺臂連成一體共用1個自由度，這樣機器人共有3個自由度，需要3個驅動電動機。機身結構如圖3-1所示。圖3-1機身總體結構圖3.1.1主傳動系統(tǒng)設計主傳動機構是由驅動電機、圓柱齒輪副、星齒輪減速器和鏈傳動組成，主傳動機構系統(tǒng)如圖3-2所示：圖3-2主傳動機構圖備注：1驅動電動機，2傳動大齒輪，3電機固定板，4傳動小齒輪，5行星減速器，6鏈輪。主傳動系統(tǒng)中驅動電機1經過圓柱齒輪副2和行星齒輪減速器5將驅動動力傳給鏈輪6。然后鏈輪6再把動力傳遞給輪邊的鏈輪。3.1.2擺臂方案設計在機器人的兩個前臂運動單元中，除了鏈輪的旋轉驅動外，還有擺臂的擺動。如圖3-3所示： 圖3-3擺臂機構圖備注：1小齒輪，2電機安裝底座，3電機，4軸承套，5擺臂，6鏈輪，7大齒輪，8軸承，9傳動軸。電機3經過小齒輪將驅動動力傳給大齒輪7，大齒輪7通過螺栓聯接將動力傳給擺臂，從而實現擺臂繞從動輪中心轉動。傳動軸9與大齒輪7之間有軸承連接兩個運動相互獨立，互不干涉。傳動軸9把動力傳給鏈輪6，鏈輪6與擺臂5的運動相互獨立。3.2機器人行走機構具體設計3.2.1主傳動系統(tǒng)的具體設計⑴主電機功率估算輪式煤礦救援機器人設計數據：①車體重量：車體總重310②最高運行速度：60mmin③最大爬坡高度：30°④輪與地面的摩擦系數：0.7⑤機器人工作阻力：機器人的受力模型如圖3-4所示。圖3-4機器人受力分析模型==3360.7N(3-1)QUOTEnⅠ＝ni0＝10001電機的最大輸出功率為：(3-2)QUOTEnⅠ＝ni0其中為機器人行走的最大速度。由于左右兩輪各用一個電機同時驅動，所以每個電機的最大輸出功率為：(3-3)直流伺服電機的效率一般為70%—80%，取電機的效率為80%。一級行星齒輪減速器的傳動效率一般為0.9—0.95，取減速器的效率為93%，則傳動系統(tǒng)的總效率為：(3-4)所以電機的功率為：(3-5)考慮到電機的功率儲備和鏈條的摩擦及其他功率消耗，取安全裕量系數S=1.4,則希望的電機個功率為：(3-6)⑵主電動機的選擇根據電機的功率需要選定電動機型號為360SXP-CM02。繞線盤式電樞直流伺服電動機及機組是近年來發(fā)展來的新型力能元件。其電樞為無鐵心盤式結構，具有轉動慣量小、時間常數小，無鐵損、效率高，換向性能好和電刷壽命長等特點。通常與電磁制動器、測速發(fā)電機及光編碼器同軸安裝構成機組?？蓮V泛用于復印機、計算機外圍設備、電動自行車、汽車及機器人。360SXP-CM02技術數據：額定功率kw額定電壓V額定電流I輸出轉速rmin瞬時最大轉矩N.m4.516532180099.3⑶傳動比的分配與各軸傳動參數計算①傳動比的分配圖3-5主傳動系統(tǒng)原理圖主傳動系統(tǒng)的總傳動比為：(3-7)根據兩級減速的不同特點，將傳動比分配如下：直齒圓柱齒輪的傳動比行星齒輪減速器的傳動比②各軸傳動參數的計算轉速計算：第Ⅰ軸轉速(3-8)QUOTEnⅠ＝ni0第Ⅱ軸轉速(3-9)QUOTEnⅡ＝nⅠi功率計算：第Ⅰ軸功率(3-10)QUOTEnⅡ＝nⅠi1=10003.7=270.27r/min第Ⅱ軸功率QUOTEPⅡ＝PⅠ?η4?η5=106.72×0.99×0.98＝102.49kw各軸扭矩計算：第Ⅰ軸扭矩(3-12)QUOTETⅠ＝9550?P第Ⅱ軸扭矩(3-13)QUOTETⅡ＝9550?P⑷直齒圓柱齒輪的設計計算①選擇齒輪材料，確定許用應力由《機械設計》表6.2選小齒輪40Cr調質HBS1=260HBS大齒輪45正火HBS2=260HBS許用接觸應力，由《機械設計》式6-6接觸疲勞極限查《機械設計》圖6-4得接觸強度壽命系數假設清車機每年工作300天，預期壽命10年應力循環(huán)次數N由《機械設計》式6-7(3-14)(3-15)查《機械設計》圖6-5得接觸強度最小安全系數則所以許用彎曲應力由《機械設計》式6-12(3-16)彎曲疲勞極限查《機械設計》圖6-7得彎曲強度壽命系數查《機械設計》圖6-8得彎曲強度尺寸系數查《機械設計》圖6-9（設模數m小于5mm）得彎曲強度最小安全系數則②齒面接觸疲勞強度設計計算確定齒輪傳動精度等級，按估取圓周速度，參考《機械設計》表6.7、6.8選?、蚬罱M8級。小輪大端分度圓直徑，由《機械設計》式6-5得(3-17)齒寬系數查《機械設計》表6.9，按齒輪相對軸承為非對稱布置小輪齒數選=27大論齒數齒數比傳動比誤差小輪轉矩N·㎜載荷系數(3-18)—使用系數查《機械設計》表6.3得—動載系數由推薦值1.05~1.4得—齒間載荷分布系數由推薦值1.0~1.2得—齒向載荷分布系數由推薦值1.0~1.2得載荷系數材料彈性系數查《機械設計》表6.4得節(jié)點區(qū)域系數查《機械設計》圖6-3得重合度系數由推薦值0.85~0.92得故齒輪模數m按《機械設計》表6.6圓整m=2小輪大端分度圓直徑圓周速度標準中心距齒寬b大輪齒寬小輪齒寬③齒根彎曲疲勞強度校核計算由《機械設計》式6-10(3-19)齒形系數查《機械設計》表6.5得小輪大輪應力修正系數查《機械設計》表6.5得，小輪： 大輪：重合度重合度系數故， 齒根彎曲強度滿足。④齒輪其它主要尺寸計算大輪大端分度圓直徑根圓直徑頂圓直徑⑸2K—H型行星齒輪傳動系統(tǒng)的設計計算①齒輪的設計1）基本參數選擇QUOTEnⅡ＝nⅠ太陽輪和行星輪材料為20CrNiMoA，表面滲碳淬火處理，表面硬度為57~61HRC。試驗齒輪齒面接觸疲勞極限試驗齒輪齒根彎曲疲勞極限太陽輪行星輪(對稱載荷)齒形為漸開線直齒。最終加工為磨齒，精度為6級。內齒圈材料為42CrMo，調質處理，硬度為262~302HBS試驗齒輪的接觸疲勞極限試驗齒輪的彎曲疲勞極限齒形的最終加工為插齒，精度為7級。傳動比行星輪數目載荷不均衡系數低速級采用太陽輪浮動的均載機構，查表7-3，取2)配齒計算用比例法配齒，由傳動比條件、同心條件和裝配條件，聯立得：，帶入上式得，實際傳動比3)、齒輪模數及中心距首先計算太陽輪分度圓直徑(3-20)式中u——齒數比為：——使用系數為1.1——算式系數為768——綜合系數為2.0——太陽輪單個齒傳遞的轉矩其中——齒寬系數暫?。捍肽等≈行木帻X寬4)、幾何尺寸計算分度圓齒頂圓齒根圓基圓直徑其中，齒頂高系數太陽輪、行星輪內齒輪頂隙系數:太陽輪、行星輪:內齒輪:代入上組公式計算：太陽輪 行星輪內齒輪5)、嚙合要素驗算a-g傳動端面重合度(3-21)式中、分別表示太陽輪和行星輪的齒頂圓的壓力角，為嚙合角g-b傳動端面重合度式中、分別表示內齒輪和行星輪的齒頂圓的壓力角，為嚙合角6）、齒輪強度驗算a-g傳動，a)太陽輪強度計算：確定計算負荷名義轉矩：名義圓周力：QUOTE2000×420.7101b)應力循環(huán)次數==600rmin=QUOTEnai160rmin=-=600-60=540rmin式中，——太陽輪相對于行星架的轉速(rmin);T——壽命期內要求傳動的總運轉時間(=-=-75-60=-135rmin式中——太陽輪相對于行星架的轉速(rmin);T——壽命期內要求傳動的總運轉時間(=QUOTEnai160rmin=-=60rmin式中,——太陽輪相對于行星架的轉速(rmin);T——壽命期內要求傳動的總運轉時間(.[15]漸開線齒輪行星傳動的設計與制造編委會.漸開線齒輪行星傳動的設計與制造.機械工業(yè)出版社.2002[16]韋哲,程自峰,李戰(zhàn)民等.AT90S8535單片機與PC機的串行通信及其在體溫檢測中的應用.醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2005,26(9):62-63.[17]沈文.AVR單片機C語言開發(fā)入門指導[M].北京：清華大學出版社，2003：2-3.[18]牛玉廣.計算機控制系統(tǒng)及其在火電廠中的應用[M].北京：中國電力出版社，2002：91-93.[19]毛元禮.驅動芯片L293的應用.電子制作,2007,08:43.翻譯部分：英語原文：AdhesionControlfortheAlicia3ClimbingRobotD.LongoandG.MuscatoDipartimentodiIngegneriaElettricaElettronicaedeiSistemi,Universit`adegliStudidiCatania,vialeA.Doria6,95125CataniaItalyAbstract.Climbingrobotsareusefuldevicesthatcanbeadoptedinavarietyofapplicationslikemaintenance,building,inspectionandsafetyintheprocessandconstructionindustries.ThemaintargetoftheAlicia3robotistoinspectnonporousverticalwallwithanyregardforthematerialofthewall.Tomeetthistarget,apneumatic-likeadhesionforthesystemselected.AlsothesystemcanmoveoverthesurfacewithasuitablevelocitybymeansoftwoDCmotorsandovercomesomeobstaclethankstoaspecialcupsealing.Thisadhesiontechnologyrequiresasuitablecontrollertoimprovesystemreliability.Thisisbecausesmallobstaclespassingunderthecupandwallirregularitycanvarythevalueoftheinternalpressureofthecupputtingtherobotinsomeanomalousworkingconditions.Themethodologiesusedforderivinganaccuratesystemmodelandcontrollerwillbeexplainedandsomeresultwillbepresentedinthiswork.1IntroductionClimbingrobotscanbeusedtoinspectverticalwallstosearchforpotentialdamageorproblemsonexternalorinternalsurfaceofabovegroundundergroundetrochemicalstoragetanks,concretewallsandmetallicstructures[1–4].Byusingthissystemascarrier,itwillbepossibletoconductanumberofNDIoverthewallbycarryingsuitableinstrumentation[5,6].Themainapplicationoftheproposedsystemistheautomaticinspectionoftheexternalsurfaceofabovegroundpetrochemicalstoragetankswhereitisveryimportanttoperformperiodicinspections(rateofcorrosion,riskofairorwaterpollution)atdifferentrates,asstandardizedbytheAmericanPetroleumInstitute[7].Thesystemcanbealsoadoptedtoinspectconcretedams.Whilethesekindsofinspectionsareimportanttopreventecologicaldisastersandrisksforthepeopleworkingaroundtheplant,theseareveryexpensivebecausescaffoldingisoftenrequiredandcanbeverydangerousFig.1.TypicaloperatingenvironmentandtheAlicia3robotfortechniciansthatoperatorsareconductinginspections.InFig.1(a)and1(b)typicalenvironmentsforclimbingrobotsareshown.Figure1cshowstheAlicia3robotprototypewhileattachedtoaconcretewallduringasystemtest.2SystemDescriptionTheAliciaIIsystem(thebasicmodulefortheAlicia3system)ismainlycomposedbyacup,anaspirator,twoactuatedwheelsthatusetwoDCmotorswithencodersandgearboxesandfourpassivesteelballswithclearancetoguaranteeplaincontactofthecuptothewall.Thecupcanslideoverawallbymeansofaspecialsealingthatallowsmaintainingasuitablevacuuminsidethecupandatthesametimecreatingtherightamountoffrictionwithrespectsystemweightandarangeofatargetwallkind.ThestructureoftheAliciaIImodule,showninFig.2,currentlycomprisesthreeconcentricPVCringsaluminumsdisc.Thebiggerringandthealuminumsdiscthefirsttwoexternalrings.BoththetworingsandthesealingareFig.2.StructureoftheAliciaIImoduledesignedtobeeasilyreplaceable,astheywearoffwhiletherobotisrunning.Moreoverthesealingallowstherobotpassingoversmallobstacles(about1cmwhichacentrifugalairaspiratoranditselectricalmotoraremounted.Theaspiratorisusedtodepressurizethecupformedbytheringsandthesealing,sothewholerobotcanadheretothewalllikeastandardsuctioncup.Themotoraspiratorsetisveryrobustandiscapableofworkinginberaised15cmwithrespecttothewall,soobstaclesthatare10–12cmbeeasilyovercame.Thesystemisdesignedtobeabletostayattachedusingonlytwocupswhilethethird,anyofthethree,israisedup.Thetotalweightofthesystemisabout20Kg.3Electro-PneumaticSystemModelByusingthiskindofmovementandsealingmethod,itispossible,duetounexpectedsmallobstaclesonthesurface,tothecup.Thisleakagecancausetheinternalnegativepressuretoriseupandinthissituationtherobotcouldfalldown.Ontheothersideiftheinternalpressureistoolow(canincreaseinsuchawaytonotallowrobotmovements.Thisproblemcanbesolvedbyintroducingacontrollooptoregulatethepressureinsidethechambertoasuitablevaluetosustainthesystem.TheconsideredopenloopsystemandthemosteasilyaccessiblesystemvariablesschematizedinFig.3;inthisschemethefirstblockincludestheelectricalandthemechanicalsubsystemandthesecondblockincludesthepneumaticsubsystem.TheusedvariablesaretheMotorvoltagereference(theinputsignalthatfixesthemotorpower)andtheVacuumlevel(thenegativepressureinsidethechamber).Fig.3.TheopenloopsystemconsideredFig.4.IOvariableacquisitionschemeSinceitisverydifficulttodecidedtoidentifyablackboxdynamicmodelofthesystembyusinginputoutputmeasurements.Thismodelwasdesignedwithtwopurposes:tocomputeasuitablecontrolstrategyandtoimplementasimulatorfortuningthecontrolparameters.Anexperimentalsetupwasrealized,asrepresentedinFig.4,byusingtheDS1102DSPboardfromDspaceinordertogenerateandacquiretheinputoutputvariables.SincetheaspiratorisactuatedbyanACmotor,apowerinterfacerealizedinordertotranslateinpowerthereferencesignalforthemotorcomingfromaDACchanneloftheDS1102board.TheoutputsystemvariablemeasuredwithapiezoresistivepressuresensorwithasuitableelectronicconditioningblockandacquiredwithoneanaloginputoftheDS1102.ThesoftwarerunningontheDSpaceDSPboard,inthisfirstphasesimplygeneratesanexcitingmotorvoltagereferencesignal(pseudorandom,ramporstepsignals)andacquiresthetwoanaloginputswithasamplingtimeof0.1s,storingthedatainitsinternalSRAM.TypicalInputOutputmeasurementsarerepresentedinFig.5andFig.6.Inordertoobtainbetterresultsinsystemmodeling,therelationshipbetweenInputandOutputneedstobeconsideredasnon-linear.ANARXmodelusedisintheformof(1),wherefisanonlinearfunction[8,9].y(k)=f(u(k),u(k?1),...;y(k?1),y(k?2),...)(1)Toimplementthiskindofnon-linearity,sometrialsdoneusingNeuro-FuzzyandArtificialNeuralNetwork(ANN)methodologies.Oncethatmodeltrainedtoasuitablemeansquareerror,itsimulatedgivingitasinputtherealinputmeasurementonly(infinitesteppredictor)[8].So(1)canbemodifiedinordertoobtain(2).?y(k)=f(u(k),u(k?1),...;?y(k?1),?y(k?2),...)(2)In(2),4yistheestimatedsystemoutput.Inordertocomparethesimulationresults,anumberofdescriptordefinedandused.Amongthesearemeanerror,quadraticmeanerrorandsomecorrelationindexes.AfirstsetofsimulationforbothmethodologiesdonetofindoutthebestIOregressiontermschoice.3.1Neuro-FuzzyIdentificationUsingthiskindofmethodology,thebestmodelstructurewasfoundtobeintheformof(3).y(t)=f(u(t),y(t?1))(3)Oncethebestmodelstructurefound,sometrialsperformedmodifyingthenumberofmembershipfunctions.Thebestresults,comparingtheindexesdescribedabove,obtainedwith3functionsandinFig.7thesimulationresultsreported.ThestructureoftheNeuro-FuzzymodelistheANFIS-Sugeno[10].3.2ANNIdentificationUsingthiskindofmethodology,thebestmodelstructurewasfoundtobeintheformof(4).y(t)=f(u(t),u(t?1),u(t?2),y(t?1),y(t?2))(4)Asinglelayerperceptronnetworkused.ThetrainingalgorithmisthestandardLevenberg–Marquardt.Oncethebestmodelstructurefound,sometrialsperformedmodifyingthenumberofneurons.Thebestresults,comparingtheindexesdescribedabove,obtainedwith7neuronsandinFig.8thesimulationresultsreported.Fromacomparisonbetweenthetwomodelsandtheirrelatedindexes,itcanbeseenthattheNeuro-Fuzzymodelperformanceanduselessinputinformation.Inthenextsection,thismodelwillbeusedassystememulatortotuneandtesttherequiredregulator.4PressureControlAlgorithmOnceasystemmodelobtained,aclosedloopconfigurationlikethatinFig.9,considered.Thetargetofthecontrolalgorithmistoregulatetheinternalvacuumleveltoasuitablevalue(fromsometrials,itwasfixedtoabout10kPa)tosustainthewholesystemanditspayload;themaximumsteadystateerrorallowedwasfixedtolessthan200Pa.Moreoverthetimeconstantoftherealsystem(about10s)trialdonewithafuzzycontrollerwhileduringasecondtrialaPIDcontrollertunedoverthesystememulatortomeetthecontrollertarget.AllthesesimulationsperformedbyusingSimulinkfromMathworks.4.1FuzzyControllerDuringthissimulation,afuzzycontrollerthatusesasinputonlythesystemerrorused.Thiscontroller(triangularandtrapezoidal)andthreeoutputcrispmembershipfunctions.Thereferencewassetto10kPaandthenoisesignalonthepressurelevelisaseriesofsteps.InFig.10aplotofthenoise,referenceandclosedlooppressuresignalisrepresented[11].4.2PIDControllerAsecondsimulationdonetuningaPIDcontrollerovertheNeuro-Fuzzysystememulator.Asthesystemmodelisnon-linear,trialanderrortechniqueused.Thecontrollertestedinthesameconditionofthefuzzycontroller.FromtheFig.12itispossibletoseethatnowtheclosedloopsystemInthisworktheAlicia3climbingrobotwaspresented.Duetoitsspecialadhesionmechanism,acontrollerforthevacuumlevelinsidethecupisrequired.Firstofall,asystememulatordesignedbyusingblackboxiden