四足爬墙机器人设计与实现

畿怖日期2009.03.05^别 技彳标资料出虔 阈立高雄第一科技大孥杜阈洋、榻翔斌、黄章翔摘要行走檄器人克服地球的地心引力是一环重桎大挑戟。其雁用可使檄器人代替人美^到建危除匾域工作，例如摩天大橡玻璃窗的清洗工作。本研究暮题哉言十^说一四足攀爬檄器人，使能於光滑的垂直平面行走。哉言十遏程彳耸用以抵抗重力加速度的吸附力量测、伺服焉建控制量测、建立四足攀爬檄器人檄情舆整佃控制雷路。舄了方便檄器人到建危除而人^不易到建之虔，檄器人亦安装递端M^M控模鲍。一、原理爬糖吸附原理使檄器人走生吸附力攀附在糖面上的方法有很多环重方式，如^厘式真空帮浦、抽真空活塞、吸麋器原理、黏毛等等，因考量到裂作成本及檄器人作勤限制（重量、檄勤性）以及W«^^W^的方便性，最彳菱探用以抽真空活塞W«o我仍利用注射筒、塑月蓼吸盈、款管舆伺服檄加上速椁裂作出筒罩的抽真空活塞W«oB吸盈只占聚在糖面，伺服檄作勤将注射筒往彳拉，把空麻吸逵筒内，使得吸盈内的空^形成真空＞^（M^＞生），言襄檄器人得以吸附在糖上，如圈一所示。富檄器人要移勤日寺，再利用伺服W®^W注射筒往前推，使筒内的空麻向外排出放麻（正厘走生），言襄檄器人得以脱雕糖面以便檄器人的翩能自由移勤，如圈二所示。圈二正厘走生原理

舄了量测活塞檄情的吸附力，将^特瓶装水富砝码，挂卜在檄器人罩足吸盈上，如圈三舆四所示，湖信式罩足活塞作勤日寺吸附力所能^截之重量，且停留10秒以上不掉落，刖判定罩足可^截重量。装水^特瓶每支600g;每次增重600g，每环重重量皆湖信式五次，增加敷披可靠度。湖信式含吉果如表表一罩足吸附所能^重湖信式结果重量次6001200180024003000360042004800540060001。。。。。。。。。。2。。。。。。。。••3。。。。。。。。。•4。。。。。。。•。•5。。。。。。。。。•。舄通遏湖信式 •舄掉落失败由湖信式结果推慝斤，罩足吸附力所能^截重量以5400g舄上限。檄器人爬行寺，每次皆由rn>w^^互换吸附在糖面，因此檄器人爬行寺截重可建10公斤以上。圈四逵行6000g湖信式成功的照片伺服檄的控制原理

圈五伺服檄探勤（90?）舆飘虢眉甜系现今的伺服檄被腐泛的用在微型檄器人、遥控模型等埸合下，其控制原理^mtW®信虢PWMsignal（PlusWidthModulation）,藉由速^的PulseOn的日寺^宽度来V夬定伺服檄的探勤角度。舄了湖信式伺服檄的^隙探勤角度舆PWM^系，我仍使用遥控模型用的伺服檄控制器来^勤伺服W，#且将信虢接上示波器^示完整的信虢圈示。我仍将伺服檄探臂童上航色^料来判慝斤其探勤角度，富旋扭右^到底寺，探臂位置在右方45度的地方停住，PWMB^^示PulseOn的寺^舄2.000ms，如圈五所示。富旋扭^至中^位置，其伺服檄探臂建到中立黑占，PWMB虢^示PulseOn的寺^舄1.520ms如圈六所示。圈六伺服檄探勤至（45?）舆B虢^系再将旋扭^至最左方，刖伺服檄探臂移勤到左遑45度左右的位置。其示波器上PWMB虢^示PulseOn的寺^舄1.000ms，如圈七所示。

圈七伺服檄探勤至（45?）舆飘虢眉甜系由^，^可^W：富PWM言孔虢舄1.0ms刖探臂角度舄0度。富PWM言孔虢舄1.5ms刖探臂角度舄45度。富PWM言孔虢舄2.0ms刖探臂角度舄90度。因此得知此伺服檄只能接受1ms〜2ms的PWM言孔虢业探勤至理想的角度。使用Pic晶片走生PWMB^本次爬糖檄器人所使用的伺服檄敷量舄12颗，我仍必^使Pic走生12佃channel的PWMB虢来控制各佃伺服檄探勤角度。会坚遏湖信式彳复伺服檄的minimumangleandMaxinumangle大冬勺是号娈生在PWMB^^0.7ms~2.5ms左右，此敷值也可能因各佃伺服檄瘢牌不同而有所燮化。得知伺服檄的最大PWMB虢PulseOnH寺^彳菱，我仍便^始哉言十Pic的PWMB虢走生程式。圈八M^^射模鲍^成

圈九照^接收模鲍照^雷模鲍由畿射檄舆接收檄所鲍成的模鲍，搭配褊码IC舆解码IC可以随日彳菱雁用而更改密码哉定，也比段不易受外界雅言孔干援。如圈八舆九，此M^^射模鲍使用3~12V的雷厘，原率舄315MHz，搭配HT-12E褊石焉IC一次可输出4bit的飘虢，藉由8通道的指^^^可以哉定出多建82的密码舆接收模鲍相封雁。舄方便使用者递端操作畿射模鲍，我仍把^盒改装成畿射模鲍控制盒，如圈十舆十一。将INPUTS拉至各^^^，再把各佃^眉昌舆LCD模鲍安置於面板上，把畿射模鲍切成遹富尺寸业放入^盒，最彳菱将¥载盒瓷上即是M^^控制盒。圈十一畿射控制盒DEMO版二、哉言十舆^说使用CATIA韩助哉言十

我仍藉由金f圈款醴CATIA韩助我仍哉言十出檄器人的零件舆^醴。圈十三舄活塞檄情的鲍装，圈十四哉言十完成的檄器人，哉言十完成的都可以模摄其鲍装遏程，用以碓^哉言十的遹富性。圈十二模摄鲍装完成彳菱的檄器人圈十三活塞檄情的鲍装圈十二模摄鲍装完成彳菱的檄器人圈十三活塞檄情的鲍装檄醴材料邀撑我仍的暮题作品是爬糖檄器人。麒名思羲，檄器人要能攀附在^上#抵抗蔑有引力。因此檄器人的檄醴舆零件必^盍可能的鞍量化，使得檄器人在爬糖日寺可减少所需要的攀附力。正由於檄醴需要鞍量化哉言十舆言午多大小孔安装其他零件，檄醴材料必^在捶有一定的多吉横弓鱼度之食余，也能钩利於我仍加工之作棠舆材料取得之便利性。经遏上述原因考量之下，最彳菱我仍邀撑利用金吕片来自行加工，裂作出理想中的檄醴。嶂］__J薨裁］__J蠲孔折鹭］__』修整］__J完成圈十四檄器人裂作遏程哉言十完成之檄器人整佃檄器人全部都是在孥校^，^室手工打造，完全没有委外代工，遏程如圈十四所示。圈十五舄檄器人的^醴相片，圈六舄整佃系统架«a,w器人的规格如表二所示。圈十五檄器人的^醴相片圈十五檄器人的^醴相片煞貌霓凑收模幻 麒棵雷登射模祖aFiCl8F8CS0 LCDModule煞貌霓凑收模幻 麒棵雷登射模祖aFiCl8F8CS0 LCDModuleServoServomotor 糅器人作勤圈十六系统架横圈表二檄器人规格资料圈十六系统架横圈表二檄器人规格资料尺寸44x40x6cm吸附力20kg晶片PIC18f8680重量1315g（含雷池）额定消费雷流2~3.5A伺服檄扭力Max7.2kg/cmat6V吸盈尺寸42x17mm（直径x高，照^荷下）爬行速度60cm/min雷池PIC用7.4VLi-polymer720mAh伺服檄用4.8V~6VAAAx42300mAh爬行平面材^湖信式我仍在各环重材^的平滑面湖信式爬糖檄器人的爬行功能^用性，其中有玻璃、雷梯「9（不w»）、大理石、木^、厘克力、白板等材^平面，如圈十七所示。每环重材^爬行湖信式5次，每次爬行建1分金童不掉落舄成功。湖信式含吉果如表三。表三爬行各材^平面湖信式材^表三爬行各材^平面湖信式材^次敷玻璃不岫大理石木^厘克力白板1。。。。。。2。。•。。。3。。•。。。4。。。•。。5。。。。。。。舄通遏湖信式 •舄掉落失败由湖信式结果推慝斤，只要是在光滑平面，不^材^舄何，活塞檄情所走生的吸附力，足钩使爬糖檄器人在光滑平面上爬行。洲信式大理石遏程中，掉落次敷相封段多，探言寸其原因舄雷池没雷，辱致伺服檄作勤不正常，在换上新雷池彳菱，成功率大圈十七照Z字型依序舄玻璃、雷梯9、大理石、木^、厘克力、白板材^的光滑平面上爬行湖信式照片功能1.4蜀立式爬糖檄器人。可攀附业爬行於不同性^之光滑平面。LCD^示模鲍即日寺^示出檄器人状憩。自背式雷源，照需倚靠外接雷源。递端M^M控模鲍。三、结^舆未来畿展我仍成功哉言十业^说一架四足爬糖檄器人，可利用递端M^M控模鲍控制爬糖檄器人在多椒材^光滑平面上爬行、停止及彳复退三环重步憩，业在爬糖檄器人身上及递端M控器上装有LCD^示模鲍即寺^示出檄器人状憩舆言孔息情乾。目前受限於檄情哉言十只可在光滑平面上作直^行走。未来可修改檄情哉言十，使爬糖檄器人能钩左右移勤甚至在糖面上作旋^勤作，使其不偏限於固定ffi®，#改善在其他璞境的遹雁能力。若能按哉想完成业改善在其他璞境的遹雁能力，刖可结合檄械手臂可增加斡行作棠的褪雅度；备吉合太陶能板储能增加檄器人^航力；备吉合感测器舆撬影檄可值测