爬壁機器人研究現(xiàn)狀調(diào)查

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1、- 教育精選 爬壁檢測移動機器人研究現(xiàn)狀調(diào)查 1． 研究的背景及其意義 隨著社會不斷進步和科技不斷發(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。 人們在享受高樓大廈帶來的好處 的同時也不得不面臨由此而帶來的諸多難題， 如高層建筑物立面 的施工建設(shè)質(zhì)量，維護以及安全監(jiān)測等問題。 傳統(tǒng)方法只有通過靠搭腳手架或采用吊籃等人工目測方法 進行檢測，檢測精度低，檢測過程十分危險，效率不高且成本較 高， 因此越來越多的研究人員將研究重點集中到建筑爬壁檢測機 器人的研究開發(fā)上。 爬壁機器人作為一種能夠用于極限作業(yè)的特種機器人，可 以替代人類在高空垂直立面位置作業(yè)。 現(xiàn)在爬壁

2、機器人已經(jīng)在多 個行業(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。 爬壁檢測機器人是在爬壁機器人的基礎(chǔ) 上進行研究開發(fā)的， 是爬壁機器人在實際應(yīng)用中的主演衍生產(chǎn)物 之一。 爬壁檢測機器人將極大提高建筑物檢測水平，提高工人在 危險環(huán)境下作業(yè)的安全性， 降低高空作業(yè)的風險， 提高勞動工作 的效率并帶來一定的社會及經(jīng)濟效益。 2． 爬壁機器人的分類 現(xiàn)有的爬壁機器人主要根據(jù)吸附功能和移動功能進行 分類： 可編輯 （ 1） .根據(jù)吸附方式進行分類 爬壁機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。 真空吸附是通過真空泵使吸盤

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

4、等類型。 車輪式機器人通過電機驅(qū)動車輪移動，優(yōu)點是控制簡 單靈活，速度較快，但要求壁面必須平坦，而且車輪式機 器人的避障能力差。 履帶式機器人優(yōu)點是接觸面積大，對各種建筑立面的 適應(yīng)能力強；缺點是靈活性較差不易轉(zhuǎn)彎。 腳足式通過多個腳反復吸附與脫落進行移動，越障能 力和負載能力強，但移動速度慢，控制難度大。 軌道式機器人控制簡單，可靠性強， 但是靈活性較差。 3． 爬壁式機器人的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 （ 1 ） 爬壁式機器人的國外研究現(xiàn)狀 國際上，日本是研究開發(fā)爬壁機器人較早且技術(shù)領(lǐng) 先的國家之一。 1966年，日本西亮講師研制出世界上第 一臺垂直壁面移動機器人的原理樣機；

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

6、 的壁面爬行機器人，用于建筑物狀況的 檢測；2008年，美國設(shè)計開發(fā)了 Capuchin,它為機器人將 來在火星探索提供了良好的保證。 隨著機器人技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的國家加入 機器人的研制開發(fā)中。 （ 2）爬壁機器人的國內(nèi)研究現(xiàn)狀 國內(nèi)爬壁機器人相對與國外而言， 開展時間較晚， 不過 技術(shù)進步也很快。 20 世紀 90 年代初，哈爾濱工業(yè)大學機器人研究所 成功設(shè)計研制了我國第一臺爬壁機器人，用于檢測放射 性廢液儲存罐 ;1994年，該所成功研制了 CLR-II 型壁面 清洗爬壁機器人； 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機器人；

7、 2000年， 該所成功開發(fā)了“藍色超人”壁面清洗機器人并投入使 用； 成為國內(nèi)首個正式投入生產(chǎn)使用的壁面清洗機器人； 2007年，該所成功設(shè)計研制了一種專門用于反恐領(lǐng)域的 爬壁機器人。 從 1996 年起， 北京航空航天大學成功研制了壁虎系 列爬壁機器人； 1998年， 該校又成功開發(fā)了一種名為“藍 天潔寶”的新型擦窗機器人； 2002年，該所又設(shè)計開發(fā) 生產(chǎn)了“藍天潔士”玻璃幕墻清洗機器人。 爬壁機器人未來展望 隨著電子技術(shù)發(fā)展， 未來爬壁移動機器人的控制系 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； 機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)將隨著新能源的發(fā)展和新型傳動裝置 的設(shè)計而發(fā)生改變：質(zhì)量變輕，負載能力加強，移動速 度加快； 新型材料的運用將改變爬壁移動機器人的吸附 方式；新型傳感器則可能使機器人的智能程度提高等。 伴隨爬壁機器人自身改變的可能還有爬壁移動機 器人用途的改變， 未來的高智能的爬壁機器人可能用于 高樓大橋救助企圖跳樓輕生者，船體，建筑物，空間站 等的自我檢測修復， 進入核電站進行檢修救援等， 可以 想象， 將來的爬壁移動機器人會成為名副趨勢的“蜘蛛 俠”！