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1、DOI:10.13973/j.cnki.robot.1999.02.013第21卷第2期机器人Vol.21,No.2ROBOT1999年3月March,1999†爬壁机器人技术的应用刘淑霞王炎徐殿国赵言正(哈尔滨工业大学机器人研究所150001)摘要本文简要介绍了哈尔滨工业大学机器人研究所研究开发的负压吸附和磁吸附两个系列共5个品种的壁面爬行机器人,介绍了其关键技术、实现的功能及达到的技术水平等.关键词爬壁机器人,负压吸附,磁吸附1引言机器人是传统的机构学与近代电子技术相结合的产物,是计算机科学、控制论、机构学、信息科学和传感技术等多学科综合性高科技产物,它是一种仿人操作、高速
2、运行、重复操作和精度较高的自动化设备.机器人技术的出现和发展,不但使传统的工业生产和科学研究发生根本性的变化,而且将对人类的社会生活产生深远的影响.我国从1987年实施国家“863”高技术研究发展计划以来,把智能机器人确立为自动化领域的主体之一,在特种机器人、机器人应用工程、机器人基础学科等方面取得了很大成绩.爬壁机器人是能够在垂直陡壁上进行作业的机器人,它作为高空极限作业的一种自动机械装置,越来越受到人们的重视.概括起来,爬壁机器人主要用于:(1)核工业:对核废液储罐进行视觉检查、测厚及焊缝探伤等;(2)石化企业:对圆柱形大罐或球形罐的内外壁面进行检查或喷砂除锈、喷漆防腐;(
3、3)建筑行业:喷涂巨型墙面、安装瓷砖、壁面清洗、擦玻璃等;(4)消防部门:用于传递救援物资,进行救援工作;(5)造船业:用于喷涂船体的内、外壁等.[1]壁面移动机器人必须具有两个基本功能:在壁面上的吸附功能和移动功能.按吸附机能来分,可分为真空吸附爬壁机器人与磁吸附爬壁机器人:真空吸附法又分为单吸盘和多吸盘两种结构形式,具有不受壁面材料限制的优点,但当壁面凹凸不平时,容易使吸盘漏气,从而使吸附力下降,承载能力降低;磁吸附法可分为永磁铁和电磁铁两种,要求壁面必须是导磁材料,但它的结构简单,吸附力远大于真空吸附方式,且对壁面的凹凸适应性强,不存在真空吸附漏气的问题,因而当壁面是导磁
4、材料时优先选用磁吸附爬壁机器人.移动方式有车轮式、履带式和足脚引式(分两足和多足)等:车轮式移动速度快、控制灵活,但维持一定的吸附力较困难;履带式对壁面的适应性强,着地面积大、不易转弯;脚步行式移动速度慢,但带载能力强.根据不同的吸附与移动方式可以组成多种不同形式的壁面移动机器人.哈尔滨工业大学机器人研究所特种机器人研究室从1988年开始在国家“863”高技术的支持下,率先从事爬壁机器人的研究,已先后开发出两个系列共5个品种的爬壁机器人,处于国内领先行列,在国际上也受到众多同行的瞩目.我们将分别介绍如下.†国家“863”计划智能机器人主题资助项目.1998-11-05收稿第21
5、卷第2期刘淑霞等:爬壁机器人技术的应用1492单吸盘轮式壁面爬行机器人我们研制的单吸盘轮式气囊密封装置的壁面移动机器[2]人,有吸附机构和移动机构两大部分,如图1所示.移动机构由电机、减速器、车轮构成,吸附机构包括真空泵、压力调节阀、密封机构等.真空泵是产生负压的装置,其功能是不断地从负压腔内抽出空气,使负压腔内形成一定程度的真空度.为维持机器人负压腔内的负压,还需要有密封机构,使机器人可靠地吸附在壁面上并产生足够的正压力,从而使驱动机构产生足够的摩擦力以实现移动功能.由于气囊密封装置具有较好的弹性,在壁面有凹凸时,通过气囊的变形来减小缝隙的高度,可使机器人具有一定的越障能力,
6、且充气量可由调节图1单吸盘轮式气囊密封结构阀来控制.调节弹簧的作用有两个:一是为密封圈提供密封所必需的正压力,二是提高气垫对壁面的适应能力,还可起到减震的作用.负压的控制通过调节真空泵的电机电压来改变电机的转速,同时采用负压传感器作为检测元件,实时检测负压的变化,为调整压力提供依据.设置压力调节阀改变机器人本体内的真空度,可防止真空泵因腔内真空度过高而冷却空气较少而发热.2.1壁面爬行遥控检查机器人核废液是储放在储存场地下的不锈钢储罐中,具有强的放射性腐蚀作用,国外只有少数国家能进行废液固化处理,其他大部分还只能用储存罐存放,所以定期对罐壁状态进行检测是当务之急.壁面爬行遥控检
7、查机器人是国家"863"高技术计划智能机器人主题之一,包括爬壁机器人、带机械手的运载小车、遥控工作站和超声检测系统,由哈工大机器人研究所、沈阳自动化所等5家单位协同攻关,经过5年时间研制成功的我国第一台能进行遥控检查的机器人,各项技术指标均达到了“863-512-13”技术合同,本项目获1995年度航天工业总公司科技进步一等奖、1996年度国家科技进步三等奖.我们研制的壁面爬行机器人是主题分系统之一,包括爬壁机器人本体和控制系统两部分.其任务是携带超声检查系统、视觉系统、照明系统对核废液储存
