高层杆状建筑的高度通常为3-30米,有的甚至高达百米,高层杆状建筑的表面通常采用油漆喷涂,由于常年的日光暴晒和风吹雨打,加快高层杆状建筑的氧化腐蚀,缩短使用寿命,需要定期进行清洁维护。本课题以树袋熊为仿生对象,设计了一种轻量化、结构简单的爬杆机器人。通过使用该爬杆机器人,代替人工对高层杆状建筑进行清洁与维护,主要进行以下研究工作:(1)研究树袋熊的结构特征与攀爬运动,分析树袋熊攀爬运动的时序关系,揭示树袋熊的攀爬机理。树袋熊的肩关节是主动关节,角度变化空间87.45°,提供前肢的爬升动力;肘关节和腕关节是随动关节,肘关节的角度变化空间48.49°,腕关节的角度变化空间27.28°,保持躯体平衡;树袋熊的后肢可以进行大幅度的折叠与伸展,提供躯体爬升动力。(2)根据树袋熊的攀爬机理,利用仿生学原理,提出5种设计方案,通过多因素模糊评价法,获得仿树袋熊爬杆机器人的最优设计方案。参考树袋熊的前肢与后肢,爬杆机器人分成上层抱紧结构与下层抱紧结构,参考树袋熊后肢的折叠与伸展,采用齿轮齿条结构为爬杆机器人的收缩与伸展提供动力,实现爬杆机器人的升降。(3)进行仿树袋熊爬杆机器人的夹持分析,结果表明,通过减小机械手开口角度α、摩擦系数μ,能够减小倾覆角θ,降低夹持失效影响。α从120°减小到80°时,θ减小0.2168°,μ从 0.9 减小到 0.5 时,θ减小 0.2072°。(4)根据仿树袋熊爬杆机器人的结构设计,搭建仿树袋熊爬杆机器人的控制系统,设计仿树袋熊爬杆机器人的控制流程,建立仿树袋熊爬杆机器人攀爬模式的判断准则。(5)利用Creo软件建立仿树袋熊爬杆机器人的三维模型,导入ADAMS软件,设置物理特性和约束关系,进行动力学仿真分析,研究仿树袋熊爬杆机器人的攀爬步态;利用ANSYS软件进行仿树袋熊爬杆机器人的有限元分析,获得齿轮轴与齿条的最大变形和最大应力。