壁面爬行机器人研究与发展

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1、第10卷第11期2010年4月科学技术与工程Vol.10No.11Apr.20101671-1815(2010)11-2672-06ScienceTechnologyandEngineering2010Sci.Tech.Engng.殘檲檲檲檲檲檲殘檲檲综述檲檲殘檲檲檲檲檲檲殘计算机技术壁面爬行机器人研究与发展崔旭明孙英飞何富君(大庆石油学院，大庆163318)摘要介绍了壁面爬行机器人的用途和传统爬壁机器人的结构、吸附方式、移动方式及其特点，阐述了壁面移动式机器人在国内外的发展概况，并对未来爬壁机器人结构及发展趋势作出预测。关键词壁面爬行机器人吸附移动中图法分类

2、号TP242.61;文献标志码A进入21世纪以来，机器人在各行各业中都得到使吸盘漏气，从而使吸附力下降，承载能力降低;磁了广泛的应用和发展，其研究与应用水平已成为一吸附法可分为电磁体和永磁体两种，电磁体式维持个国家经济实力和科技发展水平的重要标志。爬吸附力需要电力，但控制较方便。永磁体式不受断［5—10］壁机器人是特种机器人的一种，是在恶劣、危险、极电的影响，使用中安全可靠，但控制较为麻烦。限等情况下进行特定作业的一种自动化机械装置，磁吸附方式对壁面的凸凹适应性强，且吸附力远大如今越来越受到人们的重视。为使其尽快完善，对于真空吸附方式，不存在真空漏气的问题，但要

3、求壁面移动机器人的研究已成为机器人技术发展的壁面必须是导磁材料，因此严重地限制了爬壁机器［11—18］热点之一。目前爬壁机器人已在核工业、石化工人的应用环境。业、建筑工业、消防部门、造船业等领域得到了爬壁机器人按移动功能分主要是吸盘式、车轮［1—4］［19—25］应用。式和履带式。吸盘式能跨越很小的障碍，但移动速度慢;车轮式移动速度快、控制灵活，但维持一1传统爬壁机器人的结构、吸附方式、移动定的吸附力较困难;履带式对壁面适应性强，着地方式及其特点面积大，但不易转弯。而这三种移动方式的跨越障［26—32］碍能力都很弱。爬壁机器人必须具有两个基本功能:在壁面上的吸附

4、功能和移动功能。传统爬壁机器人按吸附2国内外壁面爬行机器人的发展概况功能可分为真空吸附和磁吸附两种形式:真空吸附法又分为单吸盘和多吸盘两种结构形式，具有不受2.1国外爬壁机器人发展概况壁面材料限制的优点，但当壁面凸凹不平时，容易爬壁机器人是一种能够在壁面爬行作业的极限作业机器人，它是集机构学、传感技术、控制和信2010年1月21日收到息技术等为一体的高技术产品，世界机器人大国日本在极限作业机器人研究方面尤为积极。在过去11期崔旭明，等:壁面爬行机器人研究与发展2673的几十年里，爬壁机器人技术在世界范围内得到迅哈尔滨工业大学机器人研究所已经成功研制速发展，也相继

5、研制出了不同种类的样机，有些已出单吸盘真空吸附车轮行走式爬壁机器人和永磁［60—65］经投入实用。在这一领域，日本取得的成绩突铁吸附履带行走式爬壁机器人。单吸盘轮式［33—38］出，美国、英国、法国、意大利、西班牙、澳大利壁面移动机器人，有吸附机构和移动机构两大部［39—45］亚、韩国等国也在不断深入研究。分，移动机构由电机、减速器、车轮构成，吸附机构早在1966年，在本大阪府立大学工学部任讲师包括真空泵、压力调节阀、密封机构等。真空泵是的西亮，就利用电风扇进气侧低压空气产生的负压产生负压的装置，其功能是不断地从负压腔内抽出作为吸附力制作了一台垂直壁面移动机器人

6、的原空气，使负压腔内形成一定程度的真空度。为维持［46—48］理样机，这被看作是爬壁机器人研究的开端。机器人负压腔内的负压，还需要有密封机构，使机日本应用技术研究所研制出了车轮式磁吸附爬壁器人可靠地吸附在壁面上并产生足够的正压力，从机器人，它可以吸附在各种大型构造物如油罐、球而使驱动机构产生足够的摩擦力以实现移动功能。形煤气罐、船舶等的壁面，代替人进行检查或修理由于气囊密封装置具有较好的弹性，在壁面有凹凸等作业。这种爬壁机器人靠磁性车轮对壁面产生时，通过气囊的形来减小缝隙的高度，可使机器人［66—69］吸附力，其主要特征是:行走稳定速度快，最大速度具有一定的越障

7、能力。调节弹簧的作用有两可达9m/min，适用于各种形状的壁面，且不损坏壁个:一是为密封圈提供密封所必需的正压力，二是面的油漆。1989年日本东京工业大学的宏油茂男提高气垫对壁面的适应能力，还可起到减震的作研究开发了吸盘式磁吸附爬壁机器人，吸盘与壁面用。负压的控制通过调节真空泵的电机电压来改之间有一个很小的倾斜角度，这样吸盘对壁面的吸变电机的转速，同时采用负压传感器作为检测元力仍然很大，每个吸盘分别由一个电动机来驱动，件，实时检测负压的变化，为调整压力提供依据。与壁面线接触的吸盘旋转，爬壁机器人就随着向前磁吸附履带式爬壁机器人采用的是双履带永［49—53］移动，

8、这种吸附机构的吸附力可以