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| 編輯推薦： |
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本书为十三五国家重点出版物出版规划项目，由国内知名专家编写，详细介绍了攀爬机器人的设计原理与机构，结合输电线路巡检机器人以及壁面攀爬机器人的实例，介绍相关的计算与设计思路，适宜从事机器人相关专业的技术人员参考。
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| 內容簡介： |
《攀爬机器人技术》以架空输电线路巡检机器人和壁面攀爬机器人为典型实例, 详细介绍了相关机器人移动机构、嵌入式控制系统、通信以及能源系统等的设计与实现。
本书可供从事机器人及相关领域的科研和技术人员参考。
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| 關於作者： |
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房立金，东北大学，机械与自动化学院教授，博士生导师，副院长，主要研究方向为机器人仿生自主及智能控制、分布式控制系统、移动机器人、并联机床等机电自动化系统研究与设计。长期开展相关基础理论研究、高技术攻关及系统研发工作，参加或负责完成了多项国 家 级课题研究。
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| 目錄：
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第1 章绪论 1
1.1攀爬机器人概述 3
1.2自然界生物的攀爬行为及其机制 4
1.3攀爬机器人的典型移动环境 5
1.3.1电力输电线路 5
1.3.2建筑物 13
参考文献 14
第2 章双臂式攀爬机器人 15
2.1攀爬越障机构及其工作原理 16
2.1.1研究现状 16
2.1.2机构原理 19
2.1.3机器人运动学模型 21
2.2机器人结构设计 33
2.2.1手臂结构 33
2.2.2轮爪复合机构 34
2.2.3机器人箱体 36
2.2.4机器人实体模型 36
2.3机器人越障动作规划与控制 37
2.3.1机器人质心调节与平衡 38
2.3.2机器人跨越一般障碍物 40
2.3.3跨越导线引流线 42
2.3.4跨越地线耐张绝缘子串和铁塔 43
2.3.5机器人线路行走力学特性分析 45
参考文献 60
第3 章多节式攀爬机器人 63
3.1机器人构型及越障原理 64
3.1.1研究现状 64
3.1.2越障机理 67
3.1.3多节式攀爬机器人构型优化 68
3.1.4机器人运动学模型 70
3.2机器人结构设计 73
3.2.1单元驱动方案分析 73
3.2.2单元结构设计 74
3.2.3其他关键结构设计 80
3.3越障过程规划与控制 86
3.3.1单元机构支撑端切换流程规划 86
3.3.2重力平衡特性 89
3.3.3越障规划 92
参考文献 102
第4 章四足式攀爬机器人 104
4.1四足式攀爬机器人的组成及工作原理 105
4.1.1攀爬机器人的研究现状 105
4.1.2四足式攀爬机器人的运动原理 108
4.1.3四足式攀爬机器人运动学模型的建立 109
4.2四足式攀爬机器人攀爬动作规划及结构设计 113
4.2.1杆塔攀爬机器人攀爬动作规划及结构设计 113
4.2.2壁面攀爬机器人攀爬动作规划及结构设计 124
4.2.3巡检机器人线路攀爬动作规划及结构设计 133
参考文献 144
第5 章攀爬机器人应用系统设计 145
5.1攀爬机器人应用系统组成及工作原理 146
5.1.1系统组成 146
5.1.2系统硬件选型设计 148
5.2机器人控制系统设计 157
5.2.1控制系统工作原理 157
5.2.2越障规划软件系统设计 159
5.2.3人机交互软件系统设计 165
5.3能源供给系统设计 175
5.3.1蓄电池直接供电系统 176
5.3.2太阳能电池板和蓄电池供电系统 177
5.3.3电磁感应供电系统 179
5.4电力输电环境和电磁兼容设计 181
5.4.1电力输电环境简介 181
5.4.2电磁兼容设计 182
参考文献 184
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| 內容試閱：
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当前，机器人已从初期的简单概念过渡到实际应用阶段，机器人已成为传统机械设备智能化最为典型的标志性系统。机器人及其相关技术正在深入渗透到人们生产生活的各个方面，正在促进相关技术的深刻变革。
机器人技术的进步是无止境的，目前机器人的普遍应用并不代表机器人技术已达到顶峰阶段。相反，机器人技术本身还存在着方方面面的问题，在理论、方法、设计以及工艺实现等方面还存在诸多问题需要加以研究解决。比如，工业机器人的功能和技术指标还有待进一步提高，在一些场合下，机器人在灵活性和精密性等方面还不能满足人们的应用需求，在人和机器人交互过程中机器人的性能还不够理想，机器人还不能取代人来完成一些对柔顺性要求高的工作。这些问题的解决还依赖于机器人相关理论和技术的进步，机器人的设计水平也有待进一步提高。
在地面及架空环境中作业的攀爬机器人是机器人家族中的重要一员。人们希望机器人能够像人和动物一样，能够灵活地在地面及各种架空环境中开展各种各样的活动。但机器人的攀爬运动对机器人的设计提出了更高的要求，相关的技术涵盖了机器人移动机构、嵌入式控制系统、无线通信、能源系统以及体积重量等诸多方面，集成设计难度大，实际应用中对机器人的技术约束和限制也非常苛刻。所有这些问题都使得该类移动机器人的设计更加困难。从解决思路上看，该类机器人的设计主要有两种形式。一是遵循仿生的机理，模仿人和动物的运动系统及工作机制来开展设计；另一种是从攀爬环境和攀爬作业的需求出发进行针对性的设计。本书遵循后一种设计思路，以架空输电线路巡检机器人和壁面攀爬移动机器人为典型应用目标，展开适用于该类移动环境和作业任务需求的攀爬机器人系统的介绍。采取这种设计思路，主要是希望针对特殊使用环境的特点和需求，提出专门的机器人结构设计方案，以此来简化机器人系统的组成结构，使机器人的设计更具针对性和实用性。
架空输电线路巡检维护机器人是电力部门迫切需求的先进技术，机器人技术的使用将对提高线路巡检作业质量和水平具有重要的实际意义。本书所有设计都是针对实际工程系统的任务特点和技术需求来进行的。本书是笔者及其团队多年研究成果的总结。书中的机器人设计是在笔者指导的多名博士、硕士研究生的研究成果基础上总结整理而成，包括本书的两名合作者魏永乐博士和陶广宏博士， 以及唐棣、祝帅、徐鑫霖、梁笑、贺长林、侯亚辉、秦辉、杨国峰、田晨威、胡家铭、刘成龙、郭小昆、徐兵、许婷婷、王心蕊等从事攀爬移动机器人方向研究的硕士以及其他未能一一列出的学生，他们在研究生阶段的探索研究为攀爬机器人研究工作的深入开展做出了贡献。笔者针对电力输电线路巡检机器人的研究始于2002 年在中国科学院沈阳自动化研究所工作期间。在此期间，笔者与王洪光研究员以及凌烈、景凤仁、孙鹏、姜勇、刘爱华等团队成员一起开始了电力输电线路巡检机器人的研究与设计开发工作，相关工作得到了多项国家计划的支持，这一阶段的研究工作为本书的相关研究奠定了良好的基础。
希望本书的出版能够对机器人领域相关研究和设计人员提供有益的参考。
机器人技术发展迅速，新技术不断涌现，本书中难免存在不足之处，敬请广大读者批评指正。
房立金
于东北大学
2019 年6 月
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