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基于MEMS微型爬壁机器人自主控制系统设计 Autonomous control system design of MEMS-based wall-climbing microrobot 1 2 2 张大伟 李振波 陈佳品 ， ， 1 2 2 ZHANG Da-wei , LI Zhen-bo , CHEN Jia-pin 1. 郑州大学信息工程学院 郑州 450001 （ ， ； 2. 上海交通大学微纳科学技术研究院薄膜与微细技术教育部重点实验室 上海 200240 ， ） 摘 要：介绍了一种基于MEMS永磁轮式微型爬壁机器人。研究多种因素限制条件下微型爬壁机器人自 主控制系统硬件和软件的设计方法。控制硬件主要包括微控制器、电磁微马达驱动器、无线 收发器、电源管理、微型摄像头等模块。设计基于嵌入式实时操作系μC/OS-II的模块化控制 程序，对爬壁微机器人不同行为的控制方法进行了研究，包括运动控制、能源监测、图像采 集、无线传输等。制作了相应的原理样机，通过实验证明了所设计控制系统的可行性。 关键词：微机电系统；爬壁微机器人；控制系统；自主 中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2015)01(下)-0005-04 Doi：10.3969/j.issn.1009-0134.2015.01(下).02 0 引言 近年来 微机电系统 MEMS 和仿生技术 ， （ ） 的发展逐步推动着微型爬壁机器人的研究 通过 。 检索国内外相关文献发现 体积在几个立方厘米 ， 以内的微型爬壁机器人的研究主要基于以下两种 吸附方法 一是磁力吸附[1～3] ；二是粘性材料[4,5] 。 ： 然而 受尺寸限制 有限驱动力矩 电子集成技 ， 、 、 术 实验条件等因素的影响 目前大部分微型爬 、 ， 壁机器人设计都不自主 通常都采用外接控制系 ， 图1 爬壁微机器人结构图 统和电源 作者曾基于MEMS技术设计了一个全 。 方位永磁轮式微型爬壁机器人[6] 如图1所示 全 1 控制系统硬件设计 ， 。 方位永磁轮式机构主要由一套转向齿轮 三个永 微机器人控制系统的集成可采用先进的SOC 、 片上技术来 虽然可缩小其体积和重量 降低其 磁轮和电磁微马达组成 一个主动小齿轮由电磁 ， 、 。 功耗 但对于处在实验阶段的研究而言很难实 微马达直接驱动 带动与其啮合的三个大齿轮 ， ， ，