水下爬壁机器人调研ppt课件.ppt

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1、1爬壁机器人的发展历程、研究意义及趋势2水下爬壁机器人的功能及工作原理34水下爬壁机器人的设计的总体方案研究的可行性、难点及创新点水下爬壁机器人调研分析第一部分爬壁机器人的发展历程、研究意义及趋势1.1爬壁机器人的发展历程1.1.1国外发展历程1966年，日本西亮讲师研制出世界上第一台垂直壁面移动机器人的原理样机。1975年，研制成功一种单吸盘吸附结构的壁面爬行机器人。1984年，日本成功设计了一种足式磁吸附壁面移动机器人。1990年之后，日本相继成功设计了各种爬壁移动机器人。1990年，美国卡耐基

2、梅隆大学开发了一种壁面移动机器人，并且在机器人身上首次运用是十字构架型结构。近年来，美国斯坦福大学研制成功了一种具有粘性脚足的壁虎状机器人“粘人”，运用了仿生学原理，为将来爬壁机器人在太空运用提供了可能性。相继设计开发了Capuchin,它为机器人将来在火星探索提供了良好的保证。1.1.2国内发展现状国内爬壁机器人相对与国外而言，开展时间较晚，不过技术进步也很快。20世纪90年代初，哈尔滨工业大学机器人研究所成功设计研制了我国第一台爬壁机器人，用于检测放射性废液储存罐;1994年，该所成功研制了CL

3、R-II型壁面清洗爬壁机器人；1997年，该所研制出了一种用于电站锅炉停炉检修的履带式磁吸附壁面移动机器人；2000年，该所成功开发了“蓝色超人”壁面清洗机器人并投入使用；成为国内首个正式投入生产使用的壁面清洗机器人；2007年，该所成功设计研制了一种专门用于反恐领域的爬壁机器人。1.2爬壁机器人的研究意义爬壁机器人是一种在极限环境下作业的机器人，其目的是代替人类在核工业、石化业以及造船等领域的危险作业。其中水下爬壁机器人是一种能在水下高强度、高危险的环境中进行作业的自动化装置，它通过吸附装置贴在水

4、下壁面上，移动机构在一定的吸附力的情况下在壁面上移动，从而带动执行机构完成工作任务。1.3爬壁机器人发展的趋势随着科技发展进步,爬壁机器人呈现出多元化的发展趋势和朝着实用化的方向发展。从吸附的方式上来看,目前主要有磁吸附和真空吸附。但英美等发达国家在研究壁虎爬行原理的基础上研究出一种壁虎脚趾的仿生物质,这样爬壁机器人的吸附方式就不会受限。从移动的方式上看,目前主要广泛应用的有履带式和轮式,在未来的发展中将会大力研发足式移动方式,该方式与壁面的接触面积较小,且支撑点较多,如果能够深入的研究,足式移动方

5、式将会获得良好的发展前景。从控制系统上看,呈现出小型化和微型化的发展趋势。无缆化将会成为爬壁机器人未来的主要发展方向之一,无缆化能够实现对爬壁机器人的灵活控制,接受的装置也有更大的选择余地。第二部分水下爬壁机器人的功能及工作原理2.1水下爬壁机器人的功能目前世界上针对高层建筑物清洗、油气罐检测等领域的爬壁机器人的研究有很多，但是关于水下爬壁机器人的研究很少，只有日本在进行这方面技术的研究，国内在一方面的研究尚属空白，所以开展水下爬壁机器人研究很有意义，而且它也具有非常广泛的应用前景。随着水下爬壁机器

6、人技术的快速发展，可以替代人工操作的、适用于水下船底作业的机器人相继被研制出来。在水下作业，要求机器人能够稳定的吸附在倾斜、垂直或者倒立船体的爬壁上的同时，自动完成移动、转向、检测、洗刷等操作。水下爬壁机器人是一种能够在水下环境工作的特种机器人。首先，机器人要能够可靠地吸附在水下壁面上；其次，机器人要具备移动的灵活性和一定的越障能力；另外，机器人要携带执行机构，完成作业任务，所以机器人要有一定的负载能力；最后，机器人要准确快速地完成任务，所以机器人应具备较好的控制性能和响应能力。水下爬壁机器人必须具

7、备吸附、行走和作业三大功能。2.1.1吸附功能按吸附功能来分有：真空吸附、磁吸附和推力吸附。真空吸附依靠抽风机、真空泵等真空发生设备在机器人的吸盘和墙壁的接触面间形成负压,依靠压差使机器人吸附在墙壁上。真空吸附分为单吸盘和多吸盘，如下图所示。多吸盘爬壁机器人单吸盘吸附爬壁机器人磁吸附分为：永磁体和电磁体它们位于物体表面或与表面保持一定的吸附距离，应用在铁磁表面是非常可靠的,能够在一个非常小的空间产生强大的粘附力。吸附单元外观图永磁吸附机器人推力吸附法是一种新型的的吸附方式，与其他吸附方式相比，其在爬

8、壁机器人载体方面有比较大的创新，使用螺旋桨或涵道风扇产生合适的推力,使机器人稳定可靠地吸附在壁面上。由于推力能始终指向壁面,机器人可容易地实现越障而适应于各种情况的壁面。水下推力吸附式爬壁机器人2.1.2行走功能按行走方式来分：车轮式、履带式和步行式车轮式控制简单，爬壁机构与吸附装置分离，独立驱动，但其越障能力受限，对壁面光整度要求较高；步行式利用多吸盘吸附于壁面，爬行时先交替撤离部分吸盘吸附力，才能进行移动或者转向、越障，其爬壁机构与吸附装置耦合，控制较为复杂；履带