基于爬壁机器人的关节位移反馈设计

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摘 要：针对爬壁机器人的特性和功能对其关节位移反馈进行设计，通过对位移传感器进行选型，利用线性霍尔传感器SS495实现对爬壁机器人的关节位移的测量，并对其性能进行测试。通过微控制器MC9S12DG128实现对关节位移数据的采集和处理，从而实现爬壁机器人的关节位移的闭环控制。

关键词：爬壁机器人 关节位移反馈 霍尔传感器 MC9S12DG128

中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）002-116-02

1 引言

科学家根据生物体灵巧的运动结构和机敏的运动模式，创造出了众多高性能的仿生机器人。爬壁机器人就是其中的一种，它是能够在垂直陡壁上进行作业的机器人，是高空极限作业的一种自动机械装置。爬壁机器人在民用、军事、航天上都具有广泛的用途，因而越来越受到人们的重视。

根据爬壁机器人工作任务的要求，爬壁机器人能在一定空间范围内运动，这就需要通过机器人的各种传动机构来实现。当我们需要爬壁机器人精确的完成其机械腿触面、抬起等动作或运行到指定位置时，机器人控制就需要采用传感器检测机器人的运动位置，或是传动机构的相对位置等。采用检测位置的传感器作为反馈元件，能让爬壁机器人根据其反馈信息对运动误差进行补偿，最终达到预期目的。因此，需要在机器人关节处，使用位移传感器以测量关节线位移，即测量其关节移动空间距离的大小。

2 位移传感器选型

常用的位移传感器有电阻式位移传感器、电容式位移传感器、电感式位移传感器、霍尔传感器、光栅式位移传感器等。根据爬壁机器人的工作需要和应用特点，一般要求位移传感器具有精度高、重复性好、可靠性高、体积小等特点。

电阻式位移传感器容易磨损，由于其滑动触点和电阻器表面的磨损，使电位器的可靠性和寿命受到一定的影响。对于爬壁机器人来说，其关节的运动是频繁的，所以限制了电阻式位移传感器的使用。光栅位移传感器成本高、检测条件高、体积较大，所以不符合爬壁机器人的实际要求。电容式位移传感器的优点有测量范围小，适合于测微距；电感式位移传感器的灵敏度、线性度和测量范围相互制约，因此都限制了它们在爬壁机器人的使用。

霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。用霍尔传感器进行位移测量，不仅线性度好，灵敏度高，而且体积小、质量轻、没有磨损等情况出现。缺点是容易受外界电磁干扰，需要采取屏蔽措施。其中，霍尼韦尔公司的SS490系列MRL霍尔效应传感器的输出电压是随电源电压而定的比率电压，其大小与磁场强度成正比，适合用于爬壁机器人的位移测量。

3 位移传感器性能测试

4 数据采集与处理

5 结论

通过对MC9S12DG128进行编程，总体调试达到一定性能，经过了硬件平台的验证。实现对上述关节位移反馈的设计与处理，能够很好的控制爬壁机器人在移动行走中的关节移动，使得爬壁机器人能够准确的完成关节的移动动作达到指定位置，从而实现了爬壁机器人关节移动的闭环控制。

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