磁隙式爬壁机器人的研制_薛胜雄
基于ANSYS的爬壁机器人永磁吸附单元研究
基于ANSYS的爬壁机器人永磁吸附单元研究
薛珊;冯志强;徐龙;赵运来;吕琼莹
【摘 要】针对如何提高永磁式爬壁机器人磁吸附单元吸附能力，提出了一种新型的磁吸附单元模型。运用ANSYS中的ANSOFT Maxwel模块对吸附单元模型的二维静态磁场进行了仿真分析，通过分析磁吸附单元各结构尺寸对吸附力的影响，得出水平充磁的方型永磁体改变其高度尺寸对磁吸附力的影响大于改变水平磁化尺寸的影响。对比了传统型和新型单元在尺寸结构相同的条件下，吸附力随工作气隙变化的关系，结果表明新型的磁路具有永磁利用率高、吸附力大、吸附稳定性好等优点。
【期刊名称】《制造业自动化》
【年(卷),期】2016(038)008
【总页数】4页(P22-25)
【关键词】永磁式;爬壁机器人;ANSOFT Maxwel;磁吸单元
【作 者】薛珊;冯志强;徐龙;赵运来;吕琼莹
【作者单位】长春理工大学机电工程学院，长春 130022;长春理工大学机电工程学院，长春 130022;长春理工大学机电工程学院，长春 130022;长春理工大学机电工程学院，长春 130022;长春理工大学机电工程学院，长春 130022
【正文语种】中 文
【中图分类】TH12 爬壁机器人因其可攀爬垂直或者陡峭的壁面工作，在国外又被称为极限作业机器人。它可代替人类在高耸危险的壁面上工作，将人类从传统的人工劳动中解救出来，在保障人身安全的同时也能提高工作效率，因此长期以来都受到学者们的重视。根据吸附方式的不同分为负压吸附爬壁机器人和磁吸附爬壁机器人。磁吸附爬壁机器人应用较广泛的吸附装置主要有电磁铁、永磁铁、可变磁极永磁体三种。磁吸附式爬壁机器人具有吸附可靠、承载能力强等特点，非常适合于大型铁磁性结构件的攀爬［1］。
磁吸附单元是磁吸式爬壁机器人的主要核心组成部分，众多国内外学者对此进行了大量的研究。主要是通过改变磁路设计方式，从而提高磁利用率，使磁吸附单元的效率更高［2］。
小型吸附式爬壁机器人机械结构及平衡性
１４６ 机械设计与制造
Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ 第５期 ２０１１牟５月
文章编号：１００１—３９９７（２０１ １）０５—０１４６—０３
小型吸附式爬壁机器人机械结构及平衡性冰
刘明芹戴永雄黄文攀范茂飞 乔斌
（淮海工学院，连云港２２２００３）
ＭｅｃｈａｎｉｃａＩ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ ｆｏｒ ａ ｓｍａｌｌ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ—ｔｙｐｅ ｗａｌｌ—ｃｌｉｍｂｉｎｇ ｒｏｂｏｔ
ＬＩＵ Ｍｉｎｇ—ｑｉｎ，ＤＡＩ Ｙｏｎｇ—ｘｉｏｎｇ，ＨＵＡＮＧ Ｗｅｎ—ｐａｎ，ＦＡＮ Ｍａｏ－ｆｅｉ，ＱＩＡＯ Ｂｉｎ
（Ｈｕａｉｈａｉ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌｉａｎｙｕｎｇａｎｇ ２２２００３，Ｃｈｉｎａ）
６ 【摘要】设计并制作了一种爬壁机器人，代替人类完成攀爬和检测任务，其主要功能包括在垂直６ ；平面上的直线行走、任意曲线行走、两垂直墙壁内角的翻越、垂直墙壁与水平面之间内角的翻越等．机器；
；人采用两层结构，上下层由铰链连接，上下两层之间通过一铰接的移动副产生相对移动，完成爬壁机器：
ｉ人躯干的移动动作。吸附式爬壁机器人的吸附功能由连接在腿上的吸盘完成。机器人由真空发生器产生ｌ
；真空，使真空吸盘与墙面紧密吸附。根据机器人的各种运动姿态，分析了该机器人墙壁吸附的平衡条｛
ｌ件，导出了选择吸盘及气压元件的标准；经仿真与实验，该机器人可以达到设计的功能。 ｉ ； 关键词：爬壁机器人；负压吸附；机械结构；力平衡分析 ： ｛ 【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ａ ｗａｌｌ－ｃｌｉｍｂｉｎｇ ｒｏｂｏｔ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｎｄ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄｆｏｒ ｃｌｉｍｂｉｎｇ ａｎｄ ｉｎｓｐｅｃｔｉｎｇ ｉｎｓｔｅａｄ ｊ ｌ ｏｆ￡ｈｅ ｈｕｍａｎ，ｗｈｉｃｈ ｍａｉｎ ｆｅａｔｕｒｅｓ 几ｃｆ“ｄｅ ｗａｌｋｉｎｇ ｓｔｒａｉｇｈｔ ａｎｄ ｎ ａｎ（ ６如ｒａｒｙ ｃｕｒ ｅ ｏｎ ｅｒｔｉｃａｌ ｐｌａｎｅ，｝
高压水射流关键技术
2018年度提名国家科技进步奖
项目公示内容
一、项目名称
高压水射流关键技术、成套装备研发及其工程应用
二、提名单位意见
该项目立足于工业领域中众多高危险、高难度的水力破碎、钢质表面除层和特种材料切割工程需求，在国内首次建立定量化射流模型和装备评价体系，突破了超高压旋转水射流技术难题，研发了系列超高压发生设备并开发了工程化成套装备，实现了特定工程目标的新工艺，项目成果成功应用于高压泵、喷嘴、水切割破碎设备、高压清洗机等产品设计制造单位，以及国家石油储备基地、中国石油、昆明国际机场、天津市政、青岛北海船舶重工等工程应用单位。项目成果促进了我国超高压水射流领域的技术进步。成果形成的新技术装备体系完整,在破碎、除层和切割三类工程领域内适应范围广泛,取得了突出的经济效益与社会效益.
项目材料填写规范，内容真实，经公示无异议.对照国家科学技术进步奖授奖条件，提名该项目为国家科学技术进步奖二等奖。
三、项目简介
许多高危险、高难度的工程长期依赖落后工艺,如人工在油罐内清除油泥、高空船舶除锈、钢构件化学和喷砂除层、航空航天特种材料成型等，频发恶性安全事故，环境污染严重，危害人身健康，效率极度低下.水射流技术以其集束打击、湿式清洁、冷态作业和适应性强等特点可以成为上述难题的新工艺。
而上世纪90年代我国乃至国际上水射流技术还限于初期阶段,由于缺失超高压水射流技术体系和喷嘴、旋转体、往复密封、阀组等关键技术，国内高压泵在70MPa、110kW以内，射流部件限于手持喷枪，应用停留在简单的清洗作业。
本项目自2004年始，针对工业清洗、除层（除磷、除锈、破碎）和水切割三大类工程需求,以100~420MPa超高压大流量水射流技术为核心,集泵、阀、密封、液压、真空、自动化等多学科为一体，开发了大流量高难度工业清洗、超高压表面除层和超高压智能化水切割等功能的多种成套装备，在石化、冶金、机场、船舶、铝业、路桥和材料成型等领域广泛应用,安全、环保、高效.在此基础上创建了以技术专著、产品标准、发明专利等形式的高压水射流技术体系。项目填补国内空白，达到国际先进水平，某些指标国际领先。项目作为通用技术，淘汰大批落后工艺，打破国外垄断，使我国的水射流技术、产品和产业从无到有，到大规模生产。主要创新点如下:
履带吸盘式爬壁机器人结构原理的研究与开发
履带吸盘式爬壁机器人结构原理的研究与开发
学士学位论文
论文题目：履带吸盘式爬壁机器人结构原理的
研究与开发
分类号：
密 级： 单位代码：
学院： 专业：机械设计制造及其自动化 年级：
姓 名 设计（论文）成绩
设计（论文）题目
履带吸盘式爬壁机器人结构原理的研究与开发
指
导
教
师
评
语
评定成绩： 签名： 年 月 日
评
阅
人
评
语
评定成绩： 签名： 年 月 日
答
辩
小
组
评
语
答辩成绩： 组长签名： 年 月 日
注：设计（论文）成绩=指导教师评定成绩（30%）
＋评阅人评定成绩（30%）＋答辩成绩（40%）目录
i 目录
摘要 ................................................................
I
Abstract .......................................................... III
第1章 绪论 ......................................................... 1
1.1 爬壁机器人结构原理研究与开发的价值 ........................ 1
1.2 爬壁机器人结构原理研究与开发的现状及趋势 .................. 2
1.2.1 爬壁机器人结构原理研究的现状 ..................... 2
1.2.2 爬壁机器人结构原理研究的发展趋势 ................. 3
1.3 几种爬壁机器人结构原理分析与对比 .......................... 4
3-1爬壁机器人 研究报告
研究报告
一、 立项背景
近几年来，机器人在各个领域中得到广泛的应用和发展。其中，爬壁机器人（Wall Climbing Robot，WCR）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：对立式金属罐或球形罐的内外壁面进行检查或喷砂除锈、喷漆防腐、测量和保养；
(3)建筑行业：用于对巨型壁面的喷涂，玻璃壁面的清洗，磁砖安装，桥梁探伤等；
(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。
国内外现有爬壁机器人的壁面吸附方式主要包括：负压吸附、真空吸附、磁吸附、气体推力吸附、粘性吸附和仿生学吸附等。
负压和真空吸附方式具有不受壁面材料限制、适用范围广等特点。但当壁面凹凸不平时，吸盘容易发生气体过量泄漏，导致吸附力不足，减低爬壁机器人的承载能力，甚至使爬壁机器人从壁面跌落。
磁吸附有永磁和电磁两种方式，但要求壁面必须是导磁材料，主要特点是吸附机构较简单，产生的吸附力远大于负压和真空吸附，也不存在漏气现象，对凹凸不平壁面的适应性较强。
气体推力吸附是利用与壁面成一定角度的气体推力使爬壁机器人贴紧壁面，结构简单，但效率低，受环境影响大，而且控制不易。
粘性吸附和仿生学吸附（仿壁虎）虽然他们的灵活性强，体积小，但是他们的吸附性差有待提高，所以注定载重量小。
爬壁机器人的运动机构主要有足式、框架式、履带式及轮式等。
足式和框架式动作灵活，具备一定越障能力，但移动速度较慢，机构设计和运动步态规划比较复杂；
履带式爬壁机器人的壁面吸附力较大，移动速度较快，但调整姿态比较困难；
轮式运动机构的主要特点是机构简单、移动速度快、控制灵活方便，但由于一般采用带滑动式吸盘（Sliding Suction Cup，SSC）作为吸附装置，受壁面环境影响较大且对滑动式吸盘的滑动密封性能要求比较高。
磁吸附爬壁机器人原理
磁吸附爬壁机器人原理
磁吸附爬壁机器人是一种特殊的自主活动机器人，它能够通过吸附在磁性表面上攀爬。它看起来像一只蜘蛛，它没有脚，而是以磁性力量吸附在墙上，承受重力，并被磁性力量推动前进，从而实现向上攀爬的功能。磁吸附爬壁机器人主要由运动部分和传感器部分组成。
磁吸附爬壁机器人的运动部分由带有磁性铁芯条和马达的运动机构组成，其工作原理是，磁性铁芯条和马达均被架设在机器人的外壁上，马达可以装入电池供电，带动铁芯条的上下运动，从而带动机器人的攀爬。
磁吸附爬壁机器人的传感器部分包括位移传感器、运动传感器和视觉传感器。位移传感器可以检测机器人移动位置；运动传感器用于检测机器人的上升、爬行、转角等动作；视觉传感器用于检测机器人运动过程中的相关信息。
磁吸附爬壁机器人可以有效利用其自身的特殊功能，在潮湿的环境、高温的环境、崎岖不平的表面、悬崖峭壁、角落等环境中均可安全稳定的行走，是现有的机器人的攀爬功能的佼佼者，可以为军事、科技研究、地勘探、灾害救援以及其他领域的人们提供令人满意的服务。
一种新型磁吸附爬壁机器人的研制
·电气与自动化· 姜爱民．等·一种新型磁吸附爬壁机器人的研制
ＤＯＩ：１０．１９３４４／ｊ．ｃｎｋｉ．ｉｓｓｎ１６７１—５２７６．２０１８．０４．０３９
一种新型磁吸附爬壁机器人的研制
姜爱民，战强，张印
（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春１３００００）
摘要：设计了一种壁面吸附爬行机器人，实现了机器人壁面转向、蠕动、交叉面跨越等功能，
而且比其他爬壁机器人尺寸较小、质量更轻。该机器人应用了一种新机构，实现了单电机分时
驱动双关节独立运动。分析了该机器人的运动学特性．包括运动学的正逆解以及壁面过渡的
策略，简述了吸附足的设计，并对吸附足进行力学建模及分析，对壁面过渡策略进行了运动学
验证仿真。样机实验验证表明该机器人达到了预期设计效果．．
关键词：爬壁机器人；运动学分析；机构设计；双足机器人
中图分类号：ＴＰ２４２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７１．５２７６（２０１８）０４。０１４６．０３
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｎｅｗ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ａｄｈｅｓｉｏｎ Ｗａｌｌ Ｃｌｉｍｂｉｎｇ Ｒｏｂｏｔ
ＪＩＡＮＧ Ａｉｍｉｎ．ＺＨＡＮ Ｑｉａｎｇ．ＺＨＡＮＧ Ｙｉｎ （Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｏｐｔｉｃｓ，Ｆｉｎｅ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １ ３００００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｉｇｎｓ ａ ｗａｌｌ ｃｌｉｍｂｉｎｇ ｒｏｂｏｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｗａｌｌ ｔｕｒｎｉｎｇ，ｃｒｅｅｐｉｎｇ，ｃｒｏｓｓｉｎｇ ａｎｄ ＳＯ ｏｎ ａｎｄ ｉｔｓ ｓｉｚｅ ｉｓ ｓｍａｌｌｅｒ ａｎｄ ｉｔｓ ｗｅｉｇｈｔ ｉｓ ｌｉｇｈｔｅｒ ｔｈａｎ ｏｔｈｅｒｓ，Ａ ｎｅｗ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｉｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｒｏｂｏｔ ｔｏ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ ａ ｓｉｎｇｌｅ ｍｏｔｏｒ ｔｉｍｅ—ｓｈａｎｎｇ ｄｕａｔ— ｊｏｉｎｔ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｍｏｖｅｍｅｎｔ．Ｉｔ ａｌｓｏ ａｎａｌｙｚｅｓ ｉｔｓ ｋｉｎｅｍａｔｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ｆｏｒｗａｒｄ ａｎｄ ｉｎｖｅｒｓｅ ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔｒａｔ－ ｅｇｙ ｏｆ ｔｈｅ ｗａｌｌ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ，ｂｒｉｅｆｌｙ ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ａｄｓｏｒｂｅｎｔ ｆｏｏｔ，ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｓ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ ｄｏｅｓ ｔｈｅ ｋｉｎｅｍａｔｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｗａｌｌ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｓｔｒａｔｅｇｙ．Ｔｈｅ ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ ｄｅｓｉｇｎ ｉｓ ｖａｌｉｄａｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｌｉｍｂｉｎｇ ｒｏｂｏｔ；ｋｉｎｅｍａｔｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ；ｍａｃｈｉｎｅ ｄｅｓｉｇｎ；ｂｉｐｅｄ ｒｏｂｏｔ
爬壁机器人的研究现状
基金项目：气体绝缘金属封闭开关内部检测壁虎机器人研发及应用（编号：GZHKJXM20170068）收稿日期：2019－06－14爬壁机器人的研究现状*
程思敏，陈韦宇，丛培杰（广州供电局有限公司，广东广州510620）摘要：随着移动机器人的迅速发展，壁面爬行机器人得到了各界的高度重视，并在很多领域得到了广泛的应用。通过对现有爬壁机器人的相关应用进行分析，根据其吸附方式、移动结构、驱动方式等介绍了目前爬壁机器人的种类和研究现状。由于存在跨越障碍未能从根本上克服的问题，因此目前爬壁机器人离大规模的应用仍然存在一定的差距。但随着吸附技术、机器人传感技术的飞速发展以及电池能量密度的不断增加，不再局限在有限的空间，拥有一定自主决策能力、不再有电缆的爬壁机器人将是未来的发展趋势。关键词：爬壁机器人；吸附方式；移动机构；驱动方式；发展趋势中图分类号：TP242.3文献标志码：A文章编号：1009－9492(2019)09－0006－05ResearchStatusforWall-ClimbingRobotCHENGSi-min，CHENWei-yu，CONGPei-jie（GuangzhouPowerSupplyBureauCo．，Ltd．，Guangzhou510620，China）Abstract:Withtherapiddevelopmentofmobilerobots，wallcrawlingrobotshavereceivedgreatattentionfromallwalksoflife，andhavebeenwidelyusedinmanyfields.Basedontheanalysisofrelatedapplicationsofexistingwall-climbingrobots，thetypesandresearchstatusofwall-climbingrobotswereintroducedaccordingtotheiradsorptionmode，movingstructureanddrivingmode.Becausetherearesomeproblemsthatcannotbeovercomefundamentallybycrossingobstacles，thereisstillacertaingapbetweenwall-climbingrobotsandlarge-scaleapplications.However，withtherapiddevelopmentofadsorptiontechnology，roboticsensingtechnologyandtheincreasingenergydensityofbatteries，itisnolongerconfinedtolimitedspace.Wall-climbingrobotswithcertainautonomousdecision-makingabilityandnomorecableswillbethefuturedevelopmenttrend.Keywords:wall-climbingrobot；adsorptionmethod；mobilestructure；drivingmethod；developmenttrendDOI:10.3969/j.issn.1009-9492.2019.09.003程思敏，陈韦宇，丛培杰.爬壁机器人的研究现状［J］.2019，48（09）：6-10.
适应弧形壁面运动的爬壁机器人设计
Sheji yu Fenxi!设计与分析
适应弧形壁面运动的爬壁机器人设计
任志奇霍文胜
(华北电力大学，河北保定071003)
摘要： 机器 用 ，可 在 作业。 了一 量 的 机器人，能 一
的曲面 需求。 了爬壁机器的 ，用心风扇产生负压吸附 面，通过三轮支撑并在壁面上移动。其次机器人弧形 面的 性进 了分析，并 心叶轮的流道进 模拟仿？最后制作了机器人样机，通过实验验证了所 的吸附系
和运动机构的合理性，能适应不同类型的壁面爬行需求。关键词： 机器人;负压吸附;弧形 面
0引言
爬壁机器人是移动机器人研究领域中的一个重要分支，
属于特种作 机器人，可 在 作，在
许多 有着非常 的用前景，如检测、消防、反恐侦查、
清洗除锈、喷漆领域。它合了吸附 移动 和控制
，可附着在垂直或者倾斜的 面上 ，在 动过程 可
以在机器身上安装辅助设备以完成一定的作 务，极大
地拓宽了机器人的用 。
本文主 了一 量的 机器人，它能
一 的面。将其作为基本的载体用到各
个领域，可 根据作 的不同，搭载不同的 备来完成特
务,具有重的实践意义。
1爬壁机器人的结构设计
机器在面上 时，需用吸附力机器
壁面产生 力， 身重力 成 的可能性。机器人的机械结构主要包括：机身主体、驱动机构、吸附系统和
行走机。吸附 是 机器 的核心，机身主体是基础，
驱动机是必需 。利用三维建模件Pro/e机器人的总体 进 ，出一基于负压吸附、单吸式、三轮支
撑 动的 机器人，通过离心 扇产生 的吸附力，吸附
在垂直或者倾斜 面上 ， 机器 总体 如图1所示。
图1爬壁机器人总体结构
磁链估算Flux estimator：!= "r . 1
参考力矩Ref+rence torque:
&re9=凡厂！! +'・"
电子电流(轴分量%sqef computer:
% 9=—&ef° 厶l*p・M •认ef
电机侧AC/DC控制器框图如图2所示。⑹
(7)
⑻工作量。因此,DIgSILENT在FACTS建模方面具有独特的优势。
爬壁机器人的研究进展
爬壁机器人的研究进展3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 150001)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)04-0001-05 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,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[1,2]。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[2]。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[3]。美国西雅图的HenryRSeemann在波音公司的资助下研制出一种真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[4]。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[5]。