爬壁机器人研究现状与技术应用分析

闫久江,赵西振,左　干,李红军*

(武汉纺织大学机械工程与自动化学院,湖北武汉　430073)

摘　要:自1966年日本的A.NISHI 设计出了基于负压吸附爬壁机器人样机以来,爬壁机器人技术在世界范围内得到了迅速的发展,无论从吸附方式二运动形式还是应用途径方面都有了长足的进步;在这近50年的发展历程中,形式各样的研究成果层出不穷,但是爬壁机器人研究成果的应用前景一直不容乐观,鲜有应用成果,大多处于基础研究阶段,陷入技术瓶颈中,结合国内外爬壁机器人研究现状,分析爬壁机器人研究中的技术难点,探讨未来爬壁机器人发展与应用前景三

关键词:爬壁机器人研究现状技术应用分析

中图分类号:TP242.2 文献标志码:A 文章编号:1007-4414(2015)03-0052-03

Research Status and Analysis of Technology Application for Wall-Climbing Robot

YAN Jiu-jiang ,ZHAO Xi-zhen ,ZUO　Gan ,LI Hong-jun *

(College of Mechanical Engineering &Automation ,Wuhan Textile University ,Wuhan Hubei　430073,China )Abstract :Since the Japan′s A.NISHI design out of the negative pressure of wall-climbing robots based on the prototype in

1966,the wall-climbing robots technology has been rapidly developed in the world ,and it has made considerable progress on the aspects of adsorption mode ,movement forms or ways of application ;in the nearly 50years of development history ,the va?rious research results were emerged in endlessly ,but the application prospect of wall-climbing robots research was not so good.There is little achievement ,mostly in the basic research stage ,and to the technical bottleneck.This paper combines do?mestic and foreign research status of the wall-climbing robots ,analyzing the technological difficulties of the wall-climbing ro?

bots ,and discussing the future development and application prospect of wall-climbing robots.

Key words :wall-climbing robot ;research status ;analysis of technology application

0　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[1],爬壁机器人作为移动机器人领域一个重

要组成部分,它是将移动机构(车轮二履带二腿等)与将它吸附在壁面上的吸附机构(磁铁二吸盘等,根据使用环境选择)组合起来实现的,它将地面移动技术拓展到垂直空间上,充实了机器人的应用范围三早在

1966年,日本的A.NISHI [2]设计出了一台简单的爬壁机器人样机,它的原理是利用电风扇进气,产生低压空气,以产生的负压为吸附动力制作而成的,这被看做是爬壁机器人的研究开端三自此,爬壁机器人技术在世界范围内得到了迅速的发展三笔者结合典型的爬壁机器人最新成果总结分析爬壁机器人的研究现状,并探讨其应用前景三

1　爬壁机器人国外研究现状

西班牙的https://www.360docs.net/doc/ac18990960.html,l Tummala

[3]

等人设计了一种两

种低功耗微型双足爬壁机器人,见图1,该机器人采用DSP 控制的欠驱动系统,由三个电机驱动实现四

个自由度的运动三韩国的Hwang Kim [4]等人研制了一台如图2的履带式吸盘机器人,他将真空吸盘安装在履带上,有别于传统的轮式真空吸附方式,能有效提高真空吸附的效率和吸附力

三

图1　足式爬壁机器人图2　履带式爬壁机器人

葡萄牙的Mahmoud Tavakoli [5]等人研制了1个如图3所示的有全向轮永磁机器人,该机器人的车身

3个展开臂的连接处安装了扭转弹簧,具有被动自适应不同曲率曲面的能力,同时由于其采用全向轮驱动,使其拥有较好的机动性三德国的Tache.F [6]等人研发了如图4的一种用于检测钢制复杂结构管道内

四

25四研究与分析

2015年第3期(第28卷,总第137期)

四机械研究与应用四

*收稿日期:2015-04-05

基金项目:本研究得到湖北省教育厅重点项目支持(编号:D2*******)

作者简介:闫久江(1989-),男,山东临沂人,在读研究生,研究方向:工业机器人及特种机器人三通讯作者:李红军(1973-),男,湖北武汉人,副教授,研究方向:工业装备自动化及信息智能三

部的磁轮机器人三该机器人有五个活动的自由度,每个主动轮上有用于升降稳定的侧杆臂和一个转向单元三侧杆臂上安装有磁轮,侧杆臂上磁轮高度略小于主动高度,主要是为了减小磁铁吸附作用和保持机器人平衡三

日本的Inoue.K [7]等人根据人体攀岩壁面附着原理成功研制了名叫The asterisk robot 攀爬网状壁面的爬壁机器人,如图5所示,它有多个机械抓臂与蜘蛛六足相似,通过抓臂前端人手臂关节的摆动和足的伸缩来实现吊挂功能,通过六足的协调动作就可以悬挂在各种网状壁面上,同时能够实现多维度运动

三

图3　双轮式爬壁机器人　图4　全向轮爬壁机器人

以色列的Avishai Sintov

[8]

等人开发了具有自主

攀爬能力的机器人,能够攀上垂直和粗糙的表面,如图6所示三它采用四条腿,每条腿由一个四个自由度的连杆组成,在每条腿的前端上安装有类似鱼钩状的爪子,每个爪子可以在壁面上独立移动三这种设计的主要优点是不需要类似于壁虎尾巴的结构来平衡壁面受力

三

图5　机械力抓持爬壁机器人　图6　仿生吸附式爬壁机器人

美国的Ozgur Unver [9]等人开发了基于弹性体粘合的履带式爬壁机器人,如图7所示三这种机器人能够以较快的速度实现连续二无剧烈震动的吸附在光滑或粗糙的壁面上运动三它属于是轻量级的(60~150g)的爬壁类机器人,可以在光滑的表面攀爬0°到360°坡度三另外该爬壁机器人最多可携带300g 的

负重,同时还可以越过高度为16mm 的障碍物三

美国一公司

[10]

设计了如图8所示的远程遥控爬

壁机器人,它有四个或六个驱动轮,采用负压吸附原理吸附在壁面上,自带可充电锂聚合物电池组,可给

驱动单元和控制单元供电长达45~60min,同时其能吸附在大部分粗糙不平的壁面上

三

图7　黏性吸附式爬壁机器人　图8　负压吸附式爬壁机器人

2摇磁吸附爬壁机器人国内研究现状

国内对爬壁机器人的研究起步相对较晚,直到

1996年,哈尔滨工业大学机器人研究所在国家 863”

计划的资助下成功研制了多功能履带式罐壁喷涂检测磁吸附爬壁机器人[11],如图9所示三该机器人主

要是针对石油行业中的储油二储水钢罐,定期喷砂除锈二喷漆防腐二涂层厚度检测等不利于人工操作的工作而研制的特种设备三作为国内开展爬壁机器人研究较早的单位,在其后的发展过程中又研制了如图

10所示的应用于侦查领域基于负压吸附的爬壁机器人[12]三与此同时国内爬壁机器人研究也逐渐展开,比较有代表性的国内高校有清华大学二上海交通大学二大连海事大学及宁波大学等三

国内爬壁机器人技术研究比较成熟的就是磁吸附类爬壁机器人,大多偏重于应用型,主要用于油罐检测与船体壁面清洗二除锈二焊缝检测等,主要采用的形式多为履带式或者轮式三

应用永磁吸附的爬壁机器人结构的研究对象都有以下三个特点:

(1)它们都需要定期的检查二维修和保养三

(2)它们的表面都是柱状或者凹凸不平的壁面三(3)都是属于钢制壁面,容易被磁铁吸附三

图9　磁吸附爬壁机器人图10　侦查爬壁机器人

上海交通大学徐泽亮二马培荪[13]等介绍了如图

11所示的基于稀土永磁均匀磁化且有别于传统普通

吸盘结构的履带多体磁化爬壁机器人三闻靖[14]研制了基于储油罐清洗和检测工作的爬壁机器人,如图

12,其在机械结构上未做重大改变,而是主要针对机

四

35四四机械研究与应用四2015年第3期(第28卷,总第137期) 研究与分析

仿生机器人的研究现状及其发展方向

第36卷第6期上海师范大学学报(自然科学版)Vol.36,No.6 2007年12月 Journal of Shanghai Nor mal University(Natural Sciences)2007,Dec. 仿生机器人的研究现状及其发展方向王丽慧,周　华 (上海师范大学机械与电子工程学院,上海201418) 摘　要:随着机器人智能化技术的进步,机器人应用领域的拓展,仿生机器人的研究正在引起世界各国研究者的关注.主要对仿生机器人的国内外研究状况进行了综述并对其未来的发展趋势作了展望. 关键词:仿生机器人;研究现状;发展方向中图分类号:TP24 文献标识码:A 文章编号:100025137(2007)0620058205 人们对机器人的幻想与追求已有3000多年的历史,人类希望制造一种像人一样的机器,以便代替人类完成各种工作.1959年,第一台工业机器人在美国诞生,近几十年,各种用途的机器人相继问世,使人类的许多梦想变成了现实.随着机器人工作环境和工作任务的复杂化,要求机器人具有更高的运动灵活性和在特殊未知环境的适应性,机器人简单的轮子和履带的移动机构已不能适应多变复杂的环境要求.在仿生技术、控制技术和制造技术不断发展的今天,仿人及仿生物机器人相继被研制出来,仿生机器人已经成为机器人家族中的重要成员. 1　仿生机器人的基本概念仿生机器人就是模仿自然界中生物的外部形状、运动原理和行为方式的系统,能从事生物特点工作的机器人.仿生机器人的类型很多,主要为仿人、仿生物和生物机器人3大类.仿生机器人的主要特点:一是多为冗余自由度或超冗余自由度的机器人,机构复杂;二是其驱动方式有些不同于常规的关节型机器人,通常采用绳索、人造肌肉或形状记忆合金等驱动. 2　仿生机器人的国内外研究现状 2.1　水下仿生机器人水下机器人由于其所处的特殊环境,在机构设计上比陆地机器人难度大.在水下深度控制、深水压力、线路绝缘处理及防漏、驱动原理、周围模糊环境的识别等诸多方面的设计均需考虑.以往的水下机器人采用的都是鱼雷状的外形,用涡轮机驱动,具有坚硬的外壳以抵抗水压.由于传统的操纵与推进装置的体积大、重量大、效率低、噪音大和机动性差等问题一直限制了微小型无人水下探测器和自主式水下机器人的发展.鱼类在水下的行进速度很快,金枪鱼速度可达105k m/h,而人类最快的潜艇速度只有84km/h.所以鱼的综合能力是人类目前所使用的传统推进和控制装置所无法比拟的,鱼类的推进方式已成为人们研制新型高速、低噪音、机动灵活的柔体潜水器模仿的对象.仿鱼推进器效率可达到70%～收稿日期:2007209222 基金项目:上海师范大学理工科校级项目(SK200733). 作者简介:王丽慧(1972-),女,上海师范大学机械与电子工程学院副教授.

智能机器人的现状和发展趋势

智能移动机器人的现状和发展姓名学号班级：

智能移动机器人的现状及其发展摘要：本文扼要地介绍了智能移动机器人技术的发展现状，以及世界各国智能移动机器人的发展水平，然后介绍了智能移动机器人的分类，从几个典型的方面介绍了智能移动机器人在各行各业的广泛应用，讨论了智能移动机器人的发展趋势以及对未来技术的展望，最后提出了自己的建议和设想，分析我国在智能移动机器人方面发展并提出期望。关键词：智能移动机器人；发展现状；应用；趋势 1引言机器人是一种可编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机，或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。智能移动机器人则是一个在感知 - 思维 - 效应方面全面模拟人的机器系统，外形不一定像人。它是人工智能技术的综合试验场，可以全面地考察人工智能各个领域的技术，研究它们相互之间的关系。还可以在有害环境中代替人从事危险工作、上天下海、战场作业等方面大显身手。一部智能移动机器人应该具备三方面的能力：感知环境的能力、执行某种任务而对环境施加影响的能力和把感知与行动联系起来的能力。智能移动机器人与工业机器人的根本区别在于，智能移动机器人具有感知功能与识别、判断及规划功能[1] 。随着智能移动机器人的应用领域的扩大，人们期望智能移动机器人在更多领域为人类服务，代替人类完成更复杂的工作。然而,智能移动机器人所处的环境往往是未知的、很难预测。智能移动机器人所要完成的工作任务也越来越复杂; 对智能移动机器人行为进行人工分析、设计也变得越来越困难。目前，国内外对智能移动机器人的研究不断深入。本文对智能移动机器人的现状和发展趋势进行了综述，分析了国内外的智能移动机器人的发展，讨论了智能移动机器人在发展中存在的问题，最后提出了对智能移动机器人发展的一些设想。 1

《机器人技术及应用》综合习题

《机器人技术及应用》综合习题 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

《机器人技术及应用》综合习题一、判断 1.机器人是在科研或工业生产中用来代替人工作的机械装置。（对） 2. 19世纪60年代和20世纪70年代是机器人发展最快、最好的时期，这期间的各项研究发明有效地推动了机器人技术的发展和推广。（错） 3. 对于机器人如何分类，国际上没有制定统一的标准，有的按负载量分，有的按控制方式分，有的按自由度分，有的按结构分，有的按应用领域分。（对） 4. 所谓特种机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。（错） 5. 机器人机械本体结构的动作是依靠关节机器人的关节驱动，而大多数机器人是基于开环控制原理进行的。（错） 6. 机器人各关节伺服驱动的指令值由主计算机计算后，在各采样周期给出，由主计算机根据示教点参考坐标的空间位置、方位及速度，通过运动学逆运算把数据转变为关节的指令值。（对） 7. 为了与周边系统及相应操作进行联系与应答，机器人还应有各种通信接口和人机通信装置。（对） 8. 轮式机器人对于沟壑、台阶等障碍的通过能力较高。（错） 9. 为提高轮式移动机器人的移动能力，研究者设计出了可实现原地转的全向轮。（对） 10. 履带式机器人是在轮式机器人的基础上发展起来的，是一类具有良好越障能力的移动机构，对于野外环境中的复杂地形具有很强的适应能力。（对） 11. 腿式（也称步行或者足式）机构的研究最早可以追溯到中国春秋时期鲁班设计的木车马。（对） 12. 机器人定义的标准是统一的，不同国家、不同领域的学者给出的机器人定义都是相同的。（错） 13. 球形机器人是一种具有球形或近似球形的外壳，通过其内部的驱动装置实现整体滚动的特殊移动机器人。（对） 14. 可编程机器人可以根据操作员所编的程序，完成一些简单的重复性操作，目前在工业界已不再应用。（错） 15. 感知机器人，即自适应机器人，它是在第一代机器人的基础上发展起来的，具有不同程度的“感知”能力。（对） 16. 第三阶段机器人将具有识别、推理、规划和学习等智能机制，它可以把感知和行动智能化结合起来，称之为智能机器人。（对） 17. 工业机器人的最早研究可追溯到第一次大战后不久。（错） 18. 20世纪50年代中期，机械手中的液压装置被机械耦合所取代，如通用电气公司的“巧手人”机器人。（错）

机器人研究现状及发展趋势

机器人发展历史、现状、应用、及发展趋势院系：信息工程学院专业：电子信息工程姓名：王炳乾

机器人发展历史、现状、应用、及发展趋势摘要：随着计算机技术不断向智能化方向发展,机器人应用领域的不断扩展和深化,机器人已成为一种高新技术产业,为工业自动化发挥了巨大作用,将对未来生产和社会发展起越来越重要的作用。文章介绍了机器人的国内国外的发展历史、状况、应用、并对机器人的发展趋势作了预测。关键词：机器人;发展；现状；应用；发展趋势。 1．机器人的发展史 1662年，日本的竹田近江利用钟表技术发明了自动机器玩偶并公开表演。 1738年，法国技师杰克·戴·瓦克逊发明了机器鸭，它会嘎嘎叫、进食和游泳。 1773年，瑞士钟表匠杰克·道罗斯发明了能书写、演奏的玩偶，其体内全是齿轮和发条。它们手执画笔、颜料、墨水瓶，在欧洲很受青睐。保存至今的、最早的机器人是瑞士的努萨蒂尔历史博物馆里少女形象的玩偶，有200年历史。她可以用风琴演奏。 1893年，在机械实物制造方面，发明家摩尔制造了“蒸汽人”，它靠蒸汽驱动行走。 20世纪以后，机器人的研究与开发情况更好，实用机器人问世。 1927年，美国西屋公司工程师温兹利制造了第一个机器人“电报箱”。它是电动机器人，装有无线电发报机。 1959年第一台可以编程、画坐标的工业机器人在美国诞生。现代机器人有关现代机器人的研究始于20世纪中期，计算机以及自动化技术的发展、原子能的开发利用是前提条件。1946年，第一台数字电子计算机问世。随后，计算机大批量生产的需要推动了自动化技术的发展。1952年，数控机床诞生，随后相关研究不断深入；同时，各国原子能实验室需要代替人类处理放射性物质的机械。

国内外机器人发展现状及发展动向

国外机器人发展现状及发展动向一、全球机器人行业现状 (一)全球机器人行业现状 1、行业发展：增长态势延续 (1)预计2017年全球工业机器人销售量25万台从2008年第四季度起，全球金融风暴导致工业机器人的销量急剧下滑。2010年全球工业机器人市场逐渐由2009年的谷底恢复。 2011年是全球工业机器人市场自1961年以来的行业顶峰，全年销售达16.6万台。2012年全球工业机器人销量为15.9万台，略有回落，主要原因是电气电子工业领域的销量有所下滑，但汽车工业机器人销量延续增长态势。随着全球制造业产能自动化水平提升，特别是中国制造业升级，我们估计到2017年全球工业机器人销量达到25万台，年复合增长率9.5%. (2)预计到2017年全球工业机器人市场容量2700亿 2012年全球机器人本体市场容量为530亿元，本体加集成市场容量按本体大约三倍算，估计1600亿元。估计2013年至2017年，包含本体和集成在的全球工业机器人市场，年复合增长率约为11%。预计2017年全球工业机器人市场容量将达到2700亿元。 (3)预计到2017年全球服务机器人市场容量接近500亿根据IFR数据，2012年全球个人(或家庭)用服务机器人市场容量为73亿元，公共服务机器人市场容量为208亿元。目前看公共服务机器人产业化走在前面，市场容量更大。预计2013-2017年个人(或家庭)用服务机器人市场容量增长率为7%，公共服务机器人市场容量年均复合增长率为17%。到2017年，全球服务机器人市场容量将接近500亿元。如果智能家居算是广义的服务机器人，服务机器人市场容量会大很多。 2、全球机器人行业布局：日欧产业优势明显，中国市场潜力巨大 (1)工业机器人市场销量与存量全球工业机器人本体市场以中欧美日为主。日、美、德、韩、中五国存量占全球比例达71.24%，销量达69.92%。截至2012年底，全球机器人累计销量达到247万台。机器人平均使用寿命为12年，最长15年。估计现在全球机器人存量在120万台-150万台之间。分区域看，亚洲/澳洲增幅达到9%。亚洲增幅主要由中国需求拉动，因为中国2012年工业机器人销量增幅达到30%。分生产地和消费地看，日本是唯一的工业机器人净出口国，拥有全球最大的机器人产能，占据全球机器人产量的66%。机器人消费地最大的区域是除日本以外的亚洲地区，占比约34%，而且是以中国市场为主。 (2)全球工业机器人与机床行业销量的对比工业机器人销量占机床销量比反映各国机器人使用情况。这个比例的上升在一定程度上代表着这个国家机器人普及水平的提升。我们给出美日德中四国的机器人销量占机床销量比，从这个数据和历年的变化趋势看各国机器人行业的发展状况。美日德三国的机器人销量占机床销量比稳定在一定区间(15%-25%)，表明这

机器人技术发展与应用

机器人技术的发展与应用调研名称：机器人技术的发展与应用调研时间：2018年7月29日止调研人：曹桐滔

一、机器人的发展状况 1.1国外发展概况日本具有国际上最先进的机器人技术，就全世界范围来看，全球工业机器人约有4成在日本。不论在技术方面，还是在市场规模方面，日本可以称得上是“机器人大国”。日本在2004年5月发布的“新产业发展战略”中所指出的7个产业领域，机器人产业也是其中之一，同时，在进一步实施“新产业发展战略”的“新经济成长战略”报告中也把机器人放在使日本成为“世界技术创新中心”的支柱地位上，并在近两年开始重新审视机器人产业政策。美国是机器人的诞生地，早在1962年就研制出世界上第一台工业机器人，比起号称机器人王国的日本起步至少要早五、六年。经过40多年的发展，美国现已成为世界上的机器人强国之一，基础雄厚，技术先进。据统计，截止到2009年底，美国运行工业机器人大约有19．4万台。目前，美国工业机器人供应商有AdeptTechnology、AmericanＲobot、EmersonIndustrialAutomation等公司。德国引进机器人的时间比英国和瑞典大约晚了五、六年，但战争所导致的劳动力短缺，国民的技术水平较高等社会环境，却为工业机器人的发展、应用提供了有利条件。此外，20世纪70年代中后期，德国政府采用的积极行政手段也为工业机器人的推广开辟了道路。如在“改善劳动条件计划”中规定，对于一些危险、有毒、有害的工作岗位，必须由机器人来代替。这个计划为机器人的应用开拓了广泛的市场，并推动了工业机器人技术的发展。据统计，截止到2009年底，德国运行的工业机器人为14．58万台。目前，德国工业机器人供应商有KUKA、CLOOS等。国际上一些大的工业机器人制造厂家，品牌主要分成两大体系，以日本为代表的日韩系，以德国为代表的欧系，其中ABB、安川、发那科三大品牌占据了全球51%的市场，KUKA、OTC、川崎、松下等几大品牌占市场份额的40%以上。

工业机器人研究现状及发展趋势_曹文祥

2011／2 机械制造49卷第558期纵观历史研究文献，国内外对工业机器人的研究热点问题主要分为3个方面：仿生机器人与新型机构、机器人的定位与地图创建、机器人-环境交互。本文将分别就以上3方面对研究现状进行简要分析，并对工业机器人的发展趋势作了预测。 1工业机器人的发展历程自1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念以来，工业机器人就得以不断地发展。概括起来，工业机器人的发展历程为3代：第1代：示教再现型机器人，但不具备反馈能力。如郭勇等人[1]研制的挖掘机手柄自动操作机构，该机构结构简单，能够实现动作示教再现。第2代：有感觉的机器人，不仅具有内部传感器，而且具有外部传感器，能获得外部环境信息。如P.l Liljeb.ck 等人研制的蛇形机器人就装有内部测转速的传感器，以及外部测力的传感器，该机器人能够在不规则环境中具有一定的运动能力。第3代：智能机器人。定义为“可自动控制的装置，能理解指示命令，感知环境，识别对象，规划自身操作程序来完成任务”。如John Vannoy 等人采用实时可适应性的运动规划（RAMP ）算法的PUMA560机械臂，它能在复杂动态环境中自动识别来自不同方向的移动或静止的障碍物，主动规划路径，进而完成预定任务。 2 国外工业机器人的研究现状 2.1 仿生机器人与新型机构对人的研究，国外侧重于对人行走时的步态分析，通过对人脚形状的分析，得出具有圆形截面的脚趾和脚后跟以及具有扁平截面的连接脚趾和脚后跟的中间部分具有最佳的动力学性能。对人形机器人步态规划问题，Xia Zeyang 等人提出了一种基于样品的决定性的脚步规划方法，该方法综合考虑了自身独特的运动能力和稳定性。对于在不同类型障碍的复杂环境中脚步规划，Yasar Ayaz 采用与人走近障碍物时绕过的方法，通过脚步实时的生成成功避开障碍物。此外，对于双足步行机器人的复杂地面运动的研究也有新的进展，研究出一种新型的双足机构，能实现不平区域稳定地行走，该足由4个分别带光学传感器的鞋钉组成，总重1.5kg 。对动物的研究则表现为对诸如蛇、鱼的结构以及运动性能的研究。仿蛇机器人不仅可以作为管道检测装置，也可以作为地震或矿难探索装置，更可以当作极地探测器来进行科研活动。Shigeo 和Hiroya Yamada 就将仿蛇机器人的机械结构分为5种类型：活动的弯曲关节式；活动的弯曲和拉伸关节式；活动的弯曲关节和活动的车轮式；被动弯曲关节和活动车轮式；活动的弯曲关节和履带式。Aksel Andreas Transeth 等采用摩擦力模型方法建立了一蛇形机器人模型，该机器人能与包括地面的障碍物以外的物体接触，对地震或矿区救援很有帮助。Kristin Y.Pettersen 等人对蛇形机器人在存在障碍物环境中运动进行了复合建模，仿真结构证明该模型能实现不规则环境中的一般运动。但蛇形机器人目前要真正达到在复杂环境中畅通无阻地运动，还有待进一步研究。对海洋的开发，相对于其它的水下自动化装置，仿生鱼具有更好的推进力和流体适应性。其研究主要体现在结构和运动特性上。Jun Gao 和K.H.Low 等人对胸鳍驱动和尾鳍驱动鱼形机器人进行了分析，讨论了鱼结构和运动各参数的关系。 Yu Zhong 等人对由阀体与尾鳍构成的机器人鱼的运动性能进行了研究，采用量纲分析方法，建立了一种能预测运动的机器鱼模型。Giuseppe Tortora 等人设计了工业机器人研究现状及发展趋势 □ 曹文祥 □ 冯雪梅武汉理工大学机电工程学院武汉 430070 摘要：作为最典型的机电一体化的高科技装备，工业机器人得到了非常广泛的应用。综述了国内外工业机器人的研究热点现状，并预测了其发展趋势。关键词：工业机器人现状发展趋势中图分类号：TP242.2 文献标识码：A 文章编号：1000－4998(2011)02－0041－03 Abstract:As the typical high-tech equipment of mechanoelectronic integration,industrial robots have been widely used.The current situation of research hot points of IR is presented and the developing trend forecasted. Key Words:Industrial Robot (IR)Current Situation Developing Trend 收稿日期：2010年9月 41

铁基罐体表面爬壁机器人的研制

摘要本文应用Solid works三维造型软件，实现了对铁基罐体表面爬行机器人机械结构设计。应用89S52单片机实现了其控制系统的设计，从而完成了铁基罐体表面爬行机器人系统。在该系统中，机器人控制主要有手持操作盒完成。在本系统中，用户可以输入机器人运行速度、运行距离等参数，控制机器人的运动并且可以通过LED数码管组成的屏幕观看机器人的运动状况。在论文中并对铁基罐体表面爬行机器人的表面适应能力、转向灵活性进行了分析。关键词：89S52；铁基罐体；机器人

ABSTRACT The robot was use Solid works three-dimensional model software, is it creep the mechanical structural design of the robot the body surface to iron base pot to realize. Use 89S52 one-chip computer realize design of control system their, finish iron base pot creep the robot system the body surface. In this system, the robot controls and holds and operates the box to finish mainly. Among system this, user can input robot operation speed, operate from, etc. the parameter, control sport of robot and can watch the sport state of the robot through LED number screen made up to in charge of. Is it creep surface adaptive capacity of robot, turn to iron base pot to flexibility analyses the body surface to combine among thesis. Key words: 89S52；Iron base pot; robot

创新SIT多功能爬壁机器人

湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划项目申报表

者）兴起于清洁领域。

图5已有专利爬壁机器人与此同时，如今常用投影设备是固定的，不能全方位全角度摄影与自拍。最近风靡的自拍神器一一自拍杆，也受到距离的限制。该爬壁机器人可在壁面上携带微型摄像头任意行走，自动捕捉识别人脸，图像通过蓝牙自动传输至移动终端设备，带来极大便利。此外在机器人上可配备微型投影仪，通过控制系统输入源文件，经过融合调试，组建成显示系统。随着机器人运动而形成移动的投影，可有效地渲染各种效果。我们也注意到，墙绘作为建筑物的附属部分，它的装饰和美化功能使它成为环境艺术的宠儿。目前墙绘普遍均由人工绘制而成（如图7），耗时长，对工人水平要求高。在机器人功能末端上安装可拆卸的颜料绘笔，通过控制系统，在移动终端设备上输入需要的绘画程序，通过控制机器人运动轨迹完成墙绘。人工与机器特点对比见表1 表人工与机器特点对比图6人工墙绘鉴于此，我们小组通过市场调研和论证后决定设计一种高效的便携式多功能爬壁机器人来弥补这方面的空白。 2、研究内容和要解决的问题：该项目以高层建筑作业比较困难为创意来源，通过真空式主辅双层四吸盘实现真空吸附，可以跨越缝隙，气密性好，安全性高；采用大变形柔性铰链，实现竖直平面至天花板的翻转；通过变速箱减速，由主轴驱动硅胶履带实现灵活运动与转向；该机器人集机械结构，电气控制，终端操纵于一体，是一台机电一体化、自动化、智能化的代表产物，可广泛应用于生活各个方面。对于普通家庭，可作为清洁利器，能清洁有缝隙的多种壁面，在各个墙面间实现翻转；对于电器爱好者，可作为二次开发的模型，制作出更加便利的产品；对于学校或科普馆，该机器人可用于科普教育，开启学生想象力大门的钥匙；对于高层维护人员，降低高层建筑的作业成本，改善工人的劳动环境的同时提高了劳动生产率；对于产品宣传，移动投影作为“可移动的电视”，给产品润色了许多；同时，作为一款拓展性强大的产品，可以用作摄像、自

【配套K12】工业机器人技术及应用(教案)1

工业机器人技术及应用(教案)1 第一章绪论什么是工业机器人为何发展工业机器人工业机器人发展概况工业机器人的诞生工业机器人的发展工业机器人的分类及应用工业机器人的分类工业机器人的应用学习目标 *掌握工业机器人的定义 *了解工业机器人的发展事和历程 *熟悉工业机器人的常见分类及其行业应用导入案例富士康“百万机器人”上岗折射中国制造业升级 20XX 年，富士康 CEO 郭台铭表示,希望到 20XX 年底装配 30 万台机器人，到 20XX 年装配 100 万台，要在 5 到 10 年数年内通过自动化消除简单重复性的工序。机器人的投产使用，可将目前的人力资源转移到具备更高附加值的岗位上，这也符合将我国“人口红利”转为“人才红利”的大目标。这一工业机器人的井喷潮涌，何时会蔓延到“中国制造”的每一个工厂、每一条生产线、每一个工序、每一个工位上，将为“中国制造”的转型提“智”做出何等贡献？我们对此充满期待。课堂认知什么是工业机器人

机器人涉及到人的概念，成为一个难以回答的哲学问题。美国:一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置的，通过程序动作来执行种种任务的，并具有编程能力的多功能操作机。日本: 一种带有存储器件和末端操作器的通用机械，它能够通过自动化的动作替代人类劳动。中国: 一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或者生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。 ISO一种能自动控制，可重复编程，多功能、多自度的操作机，能搬运材料、工件或操持工具来完成各种作业。广义地说：工业机器人是一种在计算机控制下的可编程的自动机器。它具有四个基本特征：①特定的机械机构 ②通用性 ③不同程度的智能④独立性为何发展机器人让机器人替人类干那些人不愿干、干不了、干不好的工作。 ABB 给出十大投资机器人的理：第一，降低运营成本；第二，提升产品质量与一致性；第三，改善员工的工作环境；第四，扩大产能；第五，增强生产的柔

724 爬壁清洗机器人设计

摘要高层建筑清洗爬壁机器人可在垂直壁面及屋顶移动进行物体表面的清洗，本文设计了机器人爬壁系统由移动系统和吸附系统组成。移动吸附系统由十字框架结构和真空吸附结构组成，使机器人灵活移动，避障能力强。机器人主体部分由可以相互平移的两个呈十字型组合的无杆气缸，其中任意一个无杆气缸可以相对另一个进行平移，每个无杆气缸通过腿部支架可独立控制腿足结构。腿足结构是由拉杆气缸和一组真空吸盘组成。随着腿部的交替吸附和框架主体的相对运动，机器人实现壁面自由移动的功能。驱动方式由X方向和Y方向两个相互垂直的机构组成，分别选用一个双作用无杆气缸，安置在中间的主体支架上，真空吸盘组采用正三角排列和使用气动的驱动方式。控制系统是清洗爬壁机器人的关键部分，采用三菱公司的PLC-FX1N系列完成对机器人主体的吸盘脱离、本体移动、吸盘吸附和清洗的控制。关键词：双作用拉杆气缸，十字架构，无杆气缸，PLC

Abstract High-rise buildings cleaning climbing robot can be in vertical wall and roof movement in the object surface cleaning, this paper designed the climbing robot system by mobile system and adsorption systems. Mobile adsorption system by the frame structure and vacuum adsorption structure, make flexible mobile robot, obstacle avoidance ability. Robot main body part can be of mutual translation by a combination of the two four-arm pneumatic rodless cylinders, including any a pneumatic rodless cylinders can relative another translation, each pneumatic rodless cylinders through the legs stent independent control leg foot structure. Leg foot structure is by tie rods and a group of cylinder of vacuum cups. As the legs of alternating the adsorption and the relative motion of the main frame, robot wall free movement function realization. Driving way X and Y directions direction by two perpendicular institutions, a double role are chosen pneumatic rodless cylinders and placed in the middle of the main body on the support, vacuum cups group I arrangement, and use the pneumatic drive mode. Control system is climbing robot cleaning the key part, USES the mitsubishi company PLC-FX1N series of of the main body of the robot complete suckers, its mobile, chuck from adsorption and cleaning of control. Keywords: dual action bars cylinder, the architecture, pneumatic rodless cylinders, PLC

机器人技术及其应用结课论文

大学机器人技术及应用结课论文

智能引领未来摘要：智能引领未来，机器人能力将远胜人类，这不是梦想；未来的机器人也能自主的学习和思考，工作能力将远远超过人类，能承担大量人类所不能及的工作，进一步推动智能科学的发展，促进社会的进步，促进经济的高速增长，而实现智能化必须依靠强有力的硬件系统，就机器人而言，其身上集成了多种处理器、存储器与大量的传感器，设想，当这些器件不断地走向高端化、微型化、进一步集成化，那么机器人的处理速度将进一步提高，质量与体积将大大减小，机器人将越来越”聪明“。关键词：机器人、智能、硬件系统、高端化、集成化、微型化、聪明。引言：现在的机器人与人类比较起来，机器人不能自主学习与自主思考，缺乏情感，必须需要接收人的命令才能执行相关命令，或者事先就把各种命令存储到机器人的大脑中，有需要的时候就执行命令。随着集成电路的飞速发展，处理器、存储器、传感器等电子元件的高端化、微型化、集成化，机器人的处理速度将大大提高，质量与体积将大大减轻，机器人会变得越来越”聪明“。集成电路前景优越芯片即集成电路产业是国民经济和社会发展的战略性、基础性、先导性产业，在计算机、消费类电子、网络通信、汽车电子等几大领域起着关键作用，是全球主要国家或地区抢占的战略制高点，尤其是发达国家在这一领域投入了大量创新资源，竞争日趋激烈。随着技术的不断进步，新的元件结构和材料上的变革都将对机器人的发展战略起到决定作用。在晶圆代工产业，14nm/16nm的FinFET器件已取得了一定的发展。拥有较低泄漏率和更高速度的低功率晶体管备受瞩目。3DNAND使平面NAND 降到20nm以下，创造出外形更小巧、位密度更高的产品。为了改进3D设备的性能，未来的逻辑芯片和晶圆代工设备的解决方案需要采用选择性外延与高k金属栅电极材料加工工艺，以提高晶体管的速度，降低泄漏率。低功耗、高性能的晶体管则能丰富移动设备的功能，同时延长电池寿命, 3DNAND需要HAR蚀刻、阶梯绘图、多层堆叠沉积和高选择性硬模等技术的支持，从而在小巧的外形空间内实现高密度存储，这对智能化设备，如对机器人来说简直就是如虎添翼啊！随着LED产业发展越来越趋于健康和理性，LED领域设备需求也更多来自于新工艺、新技术的驱动，而非简单生产规模的扩张，比如倒装芯片与高压芯片被认为是目前最具有发展前景的LED芯片技术，而这两种技术也带动了深槽刻蚀设备和金属反射层镀膜设备等新设备、新工艺的需求。除此之外，还有AlN镀膜设备、高亮度红黄光芯片刻蚀设备等设备的需求。集成电路引导未来生活一张0.5毫米厚的世博会门票，其“真实面目”是个集成电路产品。门票里装了RFID芯片，当门票靠近读卡机时，门票上的线圈会感应出电流，电流便驱

工业机器人发展现状与趋势

工业机器人发展现状与趋势工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。自从1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来，机器人技术及其产品发展很快，已成为柔性制造系统(FMS)、自动化工厂(FA)、计算机集成制造系统(CIMS)的自动化工具。广泛采用工业机器人，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。和计算机、网络技术一样，工业机器人的广泛应用正在日益改变着人类的生产和生活方式。一、工业机器人技术现状及国内外发展的趋势工业机器人是最典型的机电一体化数字化装备，技术附加值很高，应用范围很广，作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业，将对未来生产和社会发展起着越来越重要的作用。国外专家预测，机器人产业是继汽车、计算机之后出现的一种新的大型高技术产业。据联合国欧洲经济委员会(UNECE)和国际机器人联合会(IFR)的统计，世界机器人市场前景看好，从20世纪下半叶起，世界机器人产业一直保持着稳步增长的良好势头。进入20世纪90年代，机器人产品发展速度加快，年增长率平均在10％左右。2004年增长率达到创记录的20％。其中，亚洲机器人增长幅度最为突出，高达43%，如图1所示。

各区域用户工业机器人定购指数（以1996年作为100）国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势： 1．工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可*性、便于操作和维修），而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的10．3万美元降至97年的6．5万美元。 2．机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问市。 3．工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可*性、易操作性和可维修性。 4．机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。

爬壁式机器人

高等教育自学考试毕业设计（论文）题目爬壁式机器人设计专业班级光机电一体化工程（08级）姓名杨冲指导教师徐汉斌所属助学单位武汉电子信息专修学院 2011年 12 月 2 日

目录前言 (2) 第一章 (3) 总体结构 (3) 1.1机械结构 (3) 1.2控制系统硬件 (4) 1.3传感导引系统 (9) 第二章 (14) 2.1爬壁机器人磁吸附原理 (14) 2.2磁吸附技术简介 (14) 2.3.电磁铁吸力及选材 (14) 第三章 (16) 3.1一种新型磁轮单元 (16) 3.2磁轮分析 (16) 第四章爬壁机器人的力学分析 (18) 4.1爬壁机器人静力学分析 (18) 4.2爬壁机器人动力学分析 (19) 结论 (21) 参考文献 (21) 致谢 (21)

摘要爬壁机器人,是极限作业机器人的一个分支,它的突出特点是可以在垂直墙壁表面或者天花板上移动作业爬壁机器人能吸附于壁面而不下滑,实现的方法主要有两种:负压吸附与磁吸附介绍一种新型爬壁机器人，它以超声串列法自动扫查和检测在役化工容器筒壁对接环焊的危害性缺陷。本文将着重介绍了它的机械结构及位置调整运动控制算法。这种机器人采用磁轮吸附和小车式行走，利用磁带导航，光纤传感器检测，具有结构紧凑、导航性能好、位置调整方法可行和定位精度高等特点。本文将介绍的爬壁机器人为超声串列自动扫查机器人是以某炼油厂加氢反应器为具体的应用对象，用来以超声串列法自动扫查和检测筒壁对接环焊缝的危害缺陷而研制的，并按JB4730-94《压力容器无损检测》的要求，用超声串列法检测。超声串列法要求一发、一收探头中心声束保持在一个与焊缝中心线相垂直的平面内，收发探头相对于串列基准线须保持等距、反相、匀速移动。由于采用手动检测，操作难度大，重复性差，可比性差而难以实施。对于这种用在圆形筒壁上在役检测的机器人，丹麦的force公司研制了多用途模块磁轮扫描仪AMS-9、AMS-10等系列磁轮爬壁机器人，日本的Osaka Gas Co。 Ltd公司研制了磁轮爬壁检测机器人，但是售价昂贵。从文献及报道方面看，国内对于这种在役磁轮式爬壁机器人还少有实用化的样例，也缺乏这方面的机械结构及自动控制装置的研究，因此，对大厚度焊缝的超声波探伤自动扫查爬壁机器人的研究是十分必要的。关键词：机器人技术爬壁机器人磁吸附前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，它是一种模仿人操作、高速运行、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，不但传统的工业生产和科学研究发生革命性的变化，而且将对人类的社会生活产生深远的影响。随着机器人技术的不断发展，机器人的小型化、微型化成为机器人技术发展的重要方向之一。开发一种小型、便携的爬壁机器人在军事和民用方面都具有重要意义。在军事方面，它可以被投放在敌后，爬行于建筑物的外墙或玻璃壁面上，对室内的情况进行侦察；或者充当可移动的爆破物，近距离杀伤敌方的重要设施和人员。爬壁机器人作为工业用机器人的一种，指的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，可以代替人工在高空、毒气毒液、辐射、水下

磁隙式爬壁机器人的研制_薛胜雄

机械工程学报 JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING 第47卷第21期 2011年11月 Vol.47 No.21 Nov. 2011 DOI ：10.3901/JME.2011.21.037 磁隙式爬壁机器人的研制* 薛胜雄任启乐陈正文王永强 (合肥通用机械研究院合肥 230031) 摘要：大面积钢质表面预处理(如船舶表面除锈、大型储罐表面除漆等)专用的重载爬壁机器人设计，其技术关键是机器人的吸附效应，即吸附可靠、行走灵活。传统的爬壁机器人有两种吸附方式：真空吸盘式(其不适应重载)和磁吸式(其爬壁运行不灵活)。磁隙式爬壁机器人将真空吸盘式与磁吸式相结合，互补增强机器人的吸附效应，其磁隙结构即将磁履接触壁面吸附改为磁块单独安装不与壁面直接接触，通过调节其间隙改变磁隙效应。该机器人质量75 kg ，且要重载几十米长的超高压软管和真空管，作业时管内充满水，专用于船舶表面自动化除锈等作业，实现了钢质表面用水作业，即除即干不返锈的目标。介绍爬壁机器人的设计原理、受力分析、磁隙效应和工业试验。应用表明磁隙式爬壁机器人满足了重载作业、灵活行进、吸附可靠的诸项要求。关键词：磁隙式爬壁机器人磁隙效应磁隙吸附磁隙形成与调节中图分类号：TH111 Design on Magnetic Gap Adhesion Typed Crawler XUE Shengxiong REN Qile CHEN Zhengwen WANG Yongqiang (Hefei General Machinery Research Institute, Hefei 230031) Abstract ：The core technology of heavy-duty attaching robot, applied in large scale steel surface preparation (ships surface rust removal, large storage tank surface paint removal), is the attaching effect which means attach reliably and move neatly. The traditional attaching robot has two kinds of attaching modes: vacuum sucker mode (invalid for heavy-duty) and magnet crawler mode (inflexible move). The magnetic gap adhesion typed crawler combines two kinds of attaching modes to enhance the attaching ability of robot. The magnet gap mode will separate the magnet from the crawler, and the magnet is installed separately which dose not contact the surface, and the attaching ability can be adjusted though changing the gap. The magnetic gap adhesion typed crawler’s own weight is about 75 kg, and carries dozens meters of ultra-high pressure hoses and vacuum pipes which will be filled with water during work. It is applied in ships surface rust automatic removal and achieves water jet rust removal of steel surface and no re-rust. The design principle, stress analysis, magnet gap effect and industry test are introduced. The application shows that the magnet gap mode attaching robot can achieve heavy-duty work, move neatly, reliable attaching and other requests. Key words ：Magnetic gap adhesion typed Crawler Magnetic gap effect Magnetic gap adhesion Form and adjust gap 0 前言巨大尺寸的钢结构(如船舶)表面预处理、大型球罐的焊缝打磨等工程，其传统工艺都是人工砂轮打磨和干气喷砂，污染严重、高空作业危险、尘肺病危及健康、劳动强度很大。随着高压水射流技术的发展，历经了磨料射流、超高压纯水射流和超高压旋转射流技术[1-2]，除锈的湿式工艺作为清洁生产 ? 中国机械工业集团发展基金资助项目(SINOMACH09科244号)。20101124 收到初稿，20110829收到修改稿新技术大有替代干式工艺之势。新技术应用的执行机构——爬壁机器人成为了研究的新焦点。因为超高压旋转水射流必须贴壁作业，才能以最佳靶距提高除锈质量与效率，避免大量水雾产生，实现用水除锈、即除即干，实现超高压的完全遥控自动化作业，保障高空作业安全。因此，爬壁机器人是超高压旋转水射流技术工程应用的关键。 1 爬壁机器人的发展图1所示为爬壁机器人除锈成套设备构成。这