爬壁機(jī)器人研究現(xiàn)狀調(diào)查

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1、- 教育精選 爬壁檢測(cè)移動(dòng)機(jī)器人研究現(xiàn)狀調(diào)查 1． 研究的背景及其意義 隨著社會(huì)不斷進(jìn)步和科技不斷發(fā)展，摩天大樓已成為現(xiàn)代 都市不可缺少的重要組成部分。 人們?cè)谙硎芨邩谴髲B帶來(lái)的好處 的同時(shí)也不得不面臨由此而帶來(lái)的諸多難題， 如高層建筑物立面 的施工建設(shè)質(zhì)量，維護(hù)以及安全監(jiān)測(cè)等問(wèn)題。 傳統(tǒng)方法只有通過(guò)靠搭腳手架或采用吊籃等人工目測(cè)方法 進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)精度低，檢測(cè)過(guò)程十分危險(xiǎn)，效率不高且成本較 高， 因此越來(lái)越多的研究人員將研究重點(diǎn)集中到建筑爬壁檢測(cè)機(jī) 器人的研究開(kāi)發(fā)上。 爬壁機(jī)器人作為一種能夠用于極限作業(yè)的特種機(jī)器人，可 以替代人類(lèi)在高空垂直立面位置作業(yè)。 現(xiàn)在爬壁

2、機(jī)器人已經(jīng)在多 個(gè)行業(yè)尤其是建筑行業(yè)，消防，核工業(yè)，石油化工業(yè)和制造業(yè)等 得到了極為廣泛的應(yīng)用。 爬壁檢測(cè)機(jī)器人是在爬壁機(jī)器人的基礎(chǔ) 上進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)的， 是爬壁機(jī)器人在實(shí)際應(yīng)用中的主演衍生產(chǎn)物 之一。 爬壁檢測(cè)機(jī)器人將極大提高建筑物檢測(cè)水平，提高工人在 危險(xiǎn)環(huán)境下作業(yè)的安全性， 降低高空作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)， 提高勞動(dòng)工作 的效率并帶來(lái)一定的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益。 2． 爬壁機(jī)器人的分類(lèi) 現(xiàn)有的爬壁機(jī)器人主要根據(jù)吸附功能和移動(dòng)功能進(jìn)行 分類(lèi)： 可編輯 （ 1） .根據(jù)吸附方式進(jìn)行分類(lèi) 爬壁機(jī)器人主要可以分為真空吸附式， 磁吸附式 和推力吸附式三種。 真空吸附是通過(guò)真空泵使吸盤(pán)

3、內(nèi)腔產(chǎn)生負(fù)壓， 通過(guò)負(fù) 壓使機(jī)器人緊緊貼在立面上，優(yōu)點(diǎn)是不受壁面材料限制， 容易控制，適應(yīng)范圍廣； 缺點(diǎn)是如果建筑立面不夠光滑或 存在凹凸時(shí)，容易使吸盤(pán)漏氣造成機(jī)器人吸附能力降低。 磁吸附式首先要保證建筑立面是導(dǎo)磁材料，優(yōu)點(diǎn)是結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單吸附能力強(qiáng)，能夠適應(yīng)比較粗糙的建筑立面，而且 不會(huì)出現(xiàn)真空漏氣現(xiàn)象；缺點(diǎn)是只能用于導(dǎo)磁壁面而且斷 電失穩(wěn)。 推力吸附采用螺旋槳或涵道風(fēng)扇產(chǎn)生的推力使機(jī)器人 貼附在立面上。優(yōu)點(diǎn)是吸附力大小容易控制，越過(guò)障礙物 的能力比較強(qiáng)；缺點(diǎn)是穩(wěn)定性較差不易保持精度。 （ 2）根據(jù)移動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類(lèi) 爬壁機(jī)器人主要可以分為車(chē)輪式，腳足式，履帶式， 軌道式

4、等類(lèi)型。 車(chē)輪式機(jī)器人通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪移動(dòng)，優(yōu)點(diǎn)是控制簡(jiǎn) 單靈活，速度較快，但要求壁面必須平坦，而且車(chē)輪式機(jī) 器人的避障能力差。 履帶式機(jī)器人優(yōu)點(diǎn)是接觸面積大，對(duì)各種建筑立面的 適應(yīng)能力強(qiáng)；缺點(diǎn)是靈活性較差不易轉(zhuǎn)彎。 腳足式通過(guò)多個(gè)腳反復(fù)吸附與脫落進(jìn)行移動(dòng)，越障能 力和負(fù)載能力強(qiáng)，但移動(dòng)速度慢，控制難度大。 軌道式機(jī)器人控制簡(jiǎn)單，可靠性強(qiáng)， 但是靈活性較差。 3． 爬壁式機(jī)器人的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 （ 1 ） 爬壁式機(jī)器人的國(guó)外研究現(xiàn)狀 國(guó)際上，日本是研究開(kāi)發(fā)爬壁機(jī)器人較早且技術(shù)領(lǐng) 先的國(guó)家之一。 1966年，日本西亮講師研制出世界上第 一臺(tái)垂直壁面移動(dòng)機(jī)器人的原理樣機(jī)；

5、 1975年研制成功 一種單吸盤(pán)吸附結(jié)構(gòu)的壁面爬行機(jī)器人； 1984年，日本成功設(shè)計(jì)了一種足式磁吸附壁面移動(dòng) 機(jī)器人；到 20世紀(jì) 80年代末期，爬壁機(jī)器人已經(jīng)開(kāi)始 在生產(chǎn)中得到實(shí)際運(yùn)用； 1990年之后，日本相繼成功設(shè) 計(jì)了各種爬壁移動(dòng)機(jī)器人。 在爬壁機(jī)器人方面， 美國(guó)也是開(kāi)展較早的國(guó)家之一。 1990年，卡耐基梅隆大學(xué)開(kāi)發(fā)了一種壁面移動(dòng)機(jī)器人， 并且在機(jī)器人身上首次運(yùn)用是十字構(gòu)架型結(jié)構(gòu)； 近年來(lái)， 美國(guó)斯坦福大學(xué)研制成功了一種具有粘性腳足的壁虎狀 機(jī)器人“粘人”，運(yùn)用了仿生學(xué)原理，為將來(lái)爬壁機(jī)器 人在太空運(yùn)用提供了可能性；后來(lái)，美國(guó)又設(shè)計(jì)研制了 一種名為 C-Bot

6、 的壁面爬行機(jī)器人，用于建筑物狀況的 檢測(cè)；2008年，美國(guó)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了 Capuchin,它為機(jī)器人將 來(lái)在火星探索提供了良好的保證。 隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的國(guó)家加入 機(jī)器人的研制開(kāi)發(fā)中。 （ 2）爬壁機(jī)器人的國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)爬壁機(jī)器人相對(duì)與國(guó)外而言， 開(kāi)展時(shí)間較晚， 不過(guò) 技術(shù)進(jìn)步也很快。 20 世紀(jì) 90 年代初，哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所 成功設(shè)計(jì)研制了我國(guó)第一臺(tái)爬壁機(jī)器人，用于檢測(cè)放射 性廢液儲(chǔ)存罐 ;1994年，該所成功研制了 CLR-II 型壁面 清洗爬壁機(jī)器人； 1997年，該所研制出了一種用于電站 鍋爐停爐檢修的履帶式磁吸附壁面移動(dòng)機(jī)器人；

7、 2000年， 該所成功開(kāi)發(fā)了“藍(lán)色超人”壁面清洗機(jī)器人并投入使 用； 成為國(guó)內(nèi)首個(gè)正式投入生產(chǎn)使用的壁面清洗機(jī)器人； 2007年，該所成功設(shè)計(jì)研制了一種專(zhuān)門(mén)用于反恐領(lǐng)域的 爬壁機(jī)器人。 從 1996 年起， 北京航空航天大學(xué)成功研制了壁虎系 列爬壁機(jī)器人； 1998年， 該校又成功開(kāi)發(fā)了一種名為“藍(lán) 天潔寶”的新型擦窗機(jī)器人； 2002年，該所又設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā) 生產(chǎn)了“藍(lán)天潔士”玻璃幕墻清洗機(jī)器人。 爬壁機(jī)器人未來(lái)展望 隨著電子技術(shù)發(fā)展， 未來(lái)爬壁移動(dòng)機(jī)器人的控制系 統(tǒng)將呈現(xiàn)集成度高， 控制精確靈活， 智能化程度高的特 點(diǎn)； 機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)將隨著新能源的發(fā)展和新型傳動(dòng)裝置 的設(shè)計(jì)而發(fā)生改變：質(zhì)量變輕，負(fù)載能力加強(qiáng)，移動(dòng)速 度加快； 新型材料的運(yùn)用將改變爬壁移動(dòng)機(jī)器人的吸附 方式；新型傳感器則可能使機(jī)器人的智能程度提高等。 伴隨爬壁機(jī)器人自身改變的可能還有爬壁移動(dòng)機(jī) 器人用途的改變， 未來(lái)的高智能的爬壁機(jī)器人可能用于 高樓大橋救助企圖跳樓輕生者，船體，建筑物，空間站 等的自我檢測(cè)修復(fù)， 進(jìn)入核電站進(jìn)行檢修救援等， 可以 想象， 將來(lái)的爬壁移動(dòng)機(jī)器人會(huì)成為名副趨勢(shì)的“蜘蛛 俠”！