攀爬机器人研究现状

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1、95月2013年3月攀爬机器人研究现状DOI：10.3901/JME.20**.**.***攀爬机器人研究现状*张子健(北京航空航天大学机械学院北京100191)摘要：近年来随着城市发展，高空领域的作业任务不断增加，攀爬机器人的应用前景得到广泛关注，各国学者都对此进行了相关研究提出方案并研制样机。本文首先综述了国内外攀爬机器人的研究现状，分类介绍了几种有代表性的攀爬机器人的研究成果，总结了其中存在的主要问题。关键词：攀爬机器人；攀爬机构；夹持机构中图分类号：TP312ClimbingRobotResearchStatusZHANGZiJian(Beihanguniv

2、ersityinstituteofmachineryBeijing100191)Abstract：Inrecentyears,withthedevelopmentofcity,homeworktasksinthefieldofhighaltitudeincreasing,theapplicationprospectofclimbingrobotwidelyattention,scholarsfromallovertheworldarecarriedouttostudyandputforwardrelatedsolutionsanddevelopaprototype.

3、Thispaperfirstsummarizestheresearchstatusofclimbingrobotsathomeandabroad,classification,thispaperintroducesseveralkindsofrepresentativeclimbingrobotresearch,summarizesthemainproblemsexistingamongthem.Keywords：Climbingrobot;Climbingagencies;Holdingmechanism95月2013年3月攀爬机器人研究现状0前言随着现代社会的发

4、展，人们在高空进行作业的情况也越来越多，如果实采摘、路灯更换、管道检修、军事侦察等。在高空作业时，工作人员的劳动强度大、危险程度高，其人身安全难以得到可靠的保证，同时劳动效率也不高[1-5]。因此，攀爬机器人近些年逐渐成为国内外机器人领域的研究热点。在城市中，有大量的安装及维修等工作需要爬杆作业。对于较粗的杆件，人工攀爬和工程车作业都比较方便，但是对于一些直径较细，强度较小的杆件比如路灯杆等，人工攀爬较为困难。应用带升降机的工程车进行作业，作业成本较高，而且对于狭窄的胡同，工程车难以进入，造成作业困难，因此爬杆机器人的研制是市政工程研究的热点。由此，本文综述了国内外

5、攀爬机器人的研究现状，分类介绍了几种典型的攀爬机器人的研究成果，总结了存在的主要问题。1攀爬机器人研究现状攀爬机器人与一般在地面上移动的机构有着很大的不同，从水平爬行“跃迁”到竖直方向爬行，首先要克服重力的作用，而其与垂直壁面的爬行又有着较大的区别，不能采用吸附式或粘性物质提供抓紧力，只能依靠柱杆的表面提供升力[8]。攀爬机器人主要由攀爬机构和夹持机构组成，攀爬机构很大程度上决定了攀爬机器人的运动速度和承载能力，夹持机构则影响攀爬机器人的运动范围。多年来，学者们投入了大量的精力进行了研究探索，根据各自的研究目的和实际条件，得出了以下几种比较有代表性的攀爬机器人。本文

6、依据攀爬机器人的工作方式，将其划分为3大类：连续运动式攀爬机器人、步进式攀爬机器人和冗余自由度攀爬机器人，其中步进式攀爬机器人又可细分成串联式、并联式和串并联混合式。1.1连续运动式攀爬机器人95月2013年3月攀爬机器人研究现状连续运动式攀爬机器人利用轮子或履带与被爬杆件表面的摩擦力来完成快速攀爬运动，德黑兰大学的M.NiliAhmadabad等人对该类攀爬机器人进行了深入地研究，目前已研制三代样机：UT-PCR1，UT-PCR2和UT-PCR3，如图1所示。研究者的设计初衷是在降低机器人复杂程度的同时增加其承载能力，摩擦轮式攀爬机器人相对于大部分仿生式攀爬机器人

7、的优势在于其为连续运动方式，攀爬效率更高。第一代摩擦轮式攀爬机器人UT-PCR1的主体结构为三对轮子呈圆周均布，下部三个轮子为主动轮，上部三个轮子为从动轮，起导向作用并提高机器人运动稳定性，上下两组轮子通过弹簧相连，使机器人始终紧贴杆件。该机器人具备自锁功能，当电机停止工作时不至于滑落[9-10]。此外，UT-PCR1还能完成绕杆件旋转运动，其缺点是机械结构和控制部分比较复杂。(a)UT-PCR1（b）UT-PCR2（c）UT-PCR2模型图(d)UT-PCR3图1UT爬杆机器人的演变过程UT-PCR2的研发受人爬树杆的启发，其机械结构为主动轮与从动轮上下分布在