爬壁机器人的研究进展

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1、万方数据第25卷第4期机械设计V01．25No．4208年4月JOURNALOFMACHINEDESIGNApt．2008爬壁机器人的研究进展+付宜利，李志海(哈尔滨工业大学机器人研究所，黑龙江哈尔滨摘要：爬壁机器人是移动机器人领域的一个重要分支，可在垂直壁面上灵活移动，代替人工在极限条件下完成多种作业任务，是当前机器人领域研究的热点之一。文中介绍了国内外爬壁机器人领域中具有代表性的一些研究成果，分析了各自特点。在此基础上，对爬壁机器人理论上、技术上的难题进行了探讨，并提出了爬壁机器人未来的发展趋势。关键词：爬壁机器人；吸附技术；移动技术；技

2、术理论难题；发展趋势中图分类号：TP242文献标识码：A文章编号：1001-2354{2008)04-0001一05爬壁机器人是移动机器人领域的一个重要分支，它把地面移动机器人技术与吸附技术有机结合起来，可在垂直壁面上附着爬行，并能携带工具完成一定的作业任务，大大扩展了机器人的应用范围。目前，爬壁机器人主要应用于核工业、石化工业、造船业、消防部门及侦查活动等，如对高楼外壁面进行清洗，对石化企业中的储料罐外壁进行检测和维护，对大面积钢板进行喷漆，以及在高楼事故中进行抢险救灾等。爬壁机器人的应用取得了良好的社会效益和经济效益。经过30多年的发展，

3、爬壁机器人领域已经涌现出一大批丰硕的成果，特别是20世纪90年代以来，国内外在爬壁机器人领域中的发展尤为迅速¨’2】。近年来，由于多种新技术的发展，爬壁机器人的许多技术难题得到解决，极大地推动了爬壁机器人的发展，特别是小型爬壁机器人成为机器人领域的一个研究热点。1爬壁机器人系统的国内外研究现状自1966年日本的西亮教授研制出第一个爬壁机器人以来，爬壁机器人在日本得到蓬勃发展。之后，英国、西班牙、美国、德国和俄罗斯等国也相继研制出多种爬壁机器人样机。20世纪80年代以来，国内许多院校和科研单位也在爬壁机器人领域取得了长足的发展，研制了多种型号的

4、爬壁机器人。1．1国外爬壁机器人研究现状1966年日本大阪府立大学工学部的西亮教授成功研制出第一个垂直壁面移动机器人样机，该机器人利用电风扇进气侧的低压作用作为吸附力，使机器人贴附在垂直壁面上。1975年他又采用单吸盘结构制作出以实用化为目标的第二代爬壁机器人样机¨J。1997年俄罗斯莫斯科机械力学研究所研制出的用于大型壁面和窗户清洗作业的爬壁机器人也采用单吸盘结构。如图1所示，该机器人利用风机产生真空负压来提供吸附力，吸盘腹部装有4个驱动轮，机器人可在壁面全方位移动p1。’美国西雅图的HenryRseemann在波音公司的资助下研制出一种真

5、空吸附履带式爬壁机器人“AutoCrawler”。其两条履带上各装有数个小吸附室，随着履带的移动，吸附室连续地形成真空腔而使得履带贴紧壁面行走H1。日本光荣公司研制了一种多吸盘爬壁机器人，该机器人装有两组真空吸盘，如图2所示。机器人本体上自带两个真空泵、电池、控制系统和无线通讯系统。机器人一次充电可以工作约30min，工作范围为距遥控天线10m以内，最大行走速度为30cm／min，用于高大建筑物墙壁的检测工作pJ。圈l俄罗斯单吸盘圈2多吸盘爬壁机器人清洗爬壁机器人’20世纪90年代初，英国朴次茅斯工艺学校研制了一种多足行走式的爬壁机器人，如图

6、3所示。采用模块化设计，机器人由两个相似的模块组成，每个模块包括两个机械腿和腿部控制器。可根据任务需要来安装不同数量的腿，可重构能力强。机械腿采用仿生学机构，模拟大型动物臂部肌肉的功能，为两节式，包括上、下两个杆和3个双作用气缸，具有3个自由度。稳定性好，承载能力大，利于机器人的轻量化，并能跨越较大的障碍物。除腿端部各有一真空吸盘外，机器人腹部设有吸盘，使机器人具有较大的负载质量比，可达2：1¨1。日本东京工业大学研制了一种爬壁机器人“NINJA”，如图4所示，可在不同表面(地面、墙壁、天花板)上爬行并具有较高静载荷能力。运动系统采用脚部安装

7、有真空吸盘的腿，腿部为3自由度并联机构，为机器人在壁面上行走提供强大的驱动力；踝部采用一种新的机构mCp(Conduct—wire—drivenParaUelo-gram)用来调整踝部的姿态；并采用VM(Valve-regulatedMulti-pk)阀调节多腔式真空吸盘，使机器人在遇到粗糙、有裂缝的墙壁时仍有较高吸附效率。机器人尺寸500mill×1800nun×4。00toni，质量45kgHlo·收稿日期：2007—0r7—18；修订日期：2007一ll—12基金项目：国家自然科学基金资助项目(60675051)作者简介：付宜利(196

8、6一)，男，河北秦皇岛人，教授。博士生导师，博士，研究领域：特种机器人技术、数字化快速制造技术和图像处理技术。万方数据2机械设计第25卷第4期图3朴茨茅斯多足爬壁机