爬墙机器人综述

1、爬墙机器人分类1、1、(1)(2)(3)爬墙机器人结构设计1用于检测与维修领域爬墙机器人需满足得要求1）速度与机动性:对爬墙机器人来说速度与机动性就是它最重要得两个参数。由于垂直结构得尺寸要求,即使在竖直方向或者天花板上,在检测区域与一些相似点之间也需 要实现快速移动。 其她得要求与系统得操控与定位能力有关,这包括移动轨迹得精确 性,因为一些用于检测得传感器要求在表面进行光滑且连续得运动。也有可能要求机器人横向运动或者旋转360来满足位置传感器与一些工具得要求。 最后一点,机器 人必须解决台阶与突起等越障问题,以此来保证其可以到达建筑物得任何一个角落。 负载能力:机器人必须具有携带不同重量得负

2、载得能力。对于一个表面得检测,携带至少10kg得检测装置负载就是必须得,因此,机器人得尺寸、 吸附与运动装置都应该 满足应用得要求。可靠性与安全性:鲁棒性就是机器人一个非常重要得非功能性得性质。 如果爬墙机器 人在它得一次任务中失败了,它就不能在实践中投入使用。 可靠性与安全性要求包括 硬件鲁棒性、最优控制、检测方法、处理危险情况以及自我恢复等。系统本身要保 证吸附得足够安全,因为就算就是可控得跌落也就是很危险得。易用性:作为一个检测装置,爬墙机器人需要比一般得装置更强大、更有效率、更安 全。这当然也包括机动性与处理问题得多样性。因此,根据任务要求,它必须能携带各种不同得负载,容易损耗得零件能

3、够快速被替换,与现有得技术相比它得操作必须 快且简单,此外,能耗、重量及机器人得尺寸也就是很重要得。2爬墙机器人分类 磁吸附式爬壁机器人 磁吸附式爬壁机器人就是一种可以在导磁壁面上进行特定作业如焊接、 打磨、检测、 涂装等得一种自动化机械装置。现有得磁吸附式爬壁机器人主要有 磁足式 爬壁机器人,磁轮式 爬壁机器人,履带式 磁吸附爬壁机器人。磁足式爬壁机器人就是靠磁足提供得吸 附力吸附在壁面上,由于其行走特点决定了其吸附力必须可调,多采用电磁铁提供吸附力。磁足式爬壁机器人步法控制比较复杂,运动灵活性不好;磁轮式爬壁机器人就是靠磁 轮得吸附力吸附在导磁壁面上,特点就是运动灵活性较好,但就是由于磁轮

4、得有效吸附面 积小,磁能利用率不高,负载能力较差;履带式磁吸附爬壁机器人就是靠履带式移得 点就是负载能力强,但就是在进行转向运动时其运动灵活性较差。2)3)4),其特图1轮式磁吸附式爬壁机器人（左）与爬壁机器人爬壁过程（右）仿生吸附爬壁机器人利用动物爬壁得特点,制造仿生纤毛（纳米级）,与壁面间通过范德华力吸附 材料得适应性强,但仿生纤毛需要经常更换并清洁,且纤毛制造难度大价格高昂是功耗低噪声小图2防壁虎爬壁机器人（a） （b）图3密直根州立大学FLIPPER机器人（a）与哈工大机器人（b）静电吸附式爬壁机器人;其对壁面;优点就利用静电感应效应，通过电荷得库仑力产生吸附；对壁面材料适应能力强，但

5、不适用 于潮湿得环境或者壁面有水得环境；功耗低，噪声小。(4)正压吸附式爬壁机器人机器人依靠自身推进装置产生背离壁面方向得气体 用(类似于喷气飞机)；与负压媳妇相比不存在气体泄漏问题 力强;产生推力得装置噪声大，体积大且效率较低。,依靠气体反作用力实现吸附作，且对壁面形状、 材料适应能(a)图5迪士尼公司研制得轮式机器人VertiGo(b)(5)负压吸附式爬壁机器人依靠真空泵等动力装置将吸盘内部气体抽出从而与外界大气压形成压差；对避免材料适应能力强，但对避免粗糙度要求较高；功耗大，噪声大，真空环境无法使用。.T-l(a)图6轮式驱动滑动吸附爬壁机器人(b)(a)与ALICIA爬壁机器人(b)(

6、b)rS-411-*i-r-rTOTfl,i-r-rTOTfl,H H rotaqerotaqe帀g&ntartg&ntart(a)(b)图4静电吸附原理样机(a)与静电吸附式爬壁机器人T -图7一种负压吸附式爬墙机器人结构图8爬墙反恐机器人轮式驱动滑动吸附爬壁机器人具有较高得移动速度，四轮驱动双吸盘爬壁机器人组成结构如图6（a）所示,包括滑动吸盘f与r，驱动轮fl（前左轮卜fr（前右轮）、bl（后左轮）、br（后 右轮），滑动吸盘通过离心真空泵在吸盘密封腔内产生负压，使机器人附着于壁面。电机转动带动风扇高速旋转，甩出机器人负压腔内得空气形成负压，从而提供爬壁机 器人吸附力。采

7、用离心离心风扇得爬壁机器人通常需要密封机构来保持负压差，其具有良好得壁面适应能力。图6（b）所示为意大利D、Longo等研制得ALICIA爬壁机器人，外径300mm,重4kg,行走速度2m/min时负载为15kg，以吸尘器离心风扇作为负压发生装 置,能跨越10mm高障碍。2爬壁机器人功能实现爬壁机器人必须具有两个基本功能：壁面吸附功能与移动功能。但就是，这两者又就是矛 盾得:机器人得负载能力越强，要求爬壁机器人与导磁壁面间得吸附力越大，但这也造成了爬 壁机器人在运动时得阻力越大，爬壁机器人得吸附能力与移动性能就是矛盾得。吸附方式比较移动方式比较烷式*带式W W式由电Ita a过零TinTin的

8、反5 5菇tenutttenutt带viBviB人涉A轉快，打盍挖制 缜+熄ilill l毘zh,zh,用挣KWKW力natnat大*卅于的适ff 动0 0确甘功*+帝嶽 ft 力嵋爬壁机器人控制方式1）单片机单片机具备集成度高、体积小、较强得控制功能与扩展得灵活性等特点，并且处理速度快，具有较高得可靠性，所以在智能仪器仪表领域其应用也十分广泛。从某 种程度而言，单片机带动了传统测量、控制仪器仪表技术得一项革命 术实现了仪器仪表技术得数字化、智能化、综合化以及多功能化 路或者数字电路相比，其功能更强大，综合性更突出。2）PLC控制PLC没有专用操作站，它用得软件与硬件都就是通用得，所以维护成本

9、比DCS要低很多。一个PLC得控制器，可以接收几千个I/O点（最多可达8000多个I/O）。如果被控对象主要就是设备连锁、回路很少，采用PLC较为合适。PLC主要用在工 业控制，里面就是类似一个,通过单片机技,与传统得电子电加强得单片机。对输入输出均有做处理例如抗干扰，增加带负载驱动能力。3)DSPDSP芯片,也称数字信号处理器，就是一种特别适合于进行数字信号处理运算得 微处理器，其主要应用就是实时快速地实现各种数字信号处理算法。DSP主要用在电机驱动芯片得悬挂运动控制系统、双电动机同步控制平台、大尺寸激光数控加工系统、电压反馈得机器人多轴运动控制器等方面。最显著得两大特性就是强大得处理数据能

10、力与较高得运行速度。DSP数字信号处理芯片，这个用途可做信号处理例如图像处理，数据采集处理，它比单片要快很多，比单片机功能要强大。3爬壁机器人吸盘结构电磁吸盘电磁吸盘为电磁系统与吸盘相结合是机器人在爬墙移动时质量轻、吸盘吸气与排气快捷。足部接触墙面时 位弹簧复原，推动衔铁，衔铁通过连杆拉动活塞向上运动 部瞬间真空先使内侧密封裙边迅速压紧墙面 动作慢于内侧密封裙边压紧墙面图9电磁吸盘结构设计负压吸盘结构设计图11吸盘实物图弹性体板，弹性体边缘与被吸附面围成了密封空气腔如弹簧发生奥氏体相变伸长，偏置弹簧缩短，SMA弹簧产,使密封空气腔得体积变大产生负压，如图2所示、当SMA弹簧断电冷却后，SMA弹

11、簧发生相变恢复为柔弱 得马氏体，在偏置弹簧变形回复力得作用下，SMA弹簧逐渐缩短恢复到初始状态，弹性体不变形，吸盘内得负压消失、图12吸盘工作原理示意图微型真空泵智能吸附足，它不需要自备气泵，也不需要远程导气管。其特点就，电磁铁断电，复，形成活塞内部瞬间真空，活塞内，连杆得体积小于活塞得体积，使得外侧裙边，并且对内侧密封裙边形成密封保护。当吸盘与被吸附面接触时，图2所示、当通电加热时，SMA生巨大得相变回复力，该相变回复力通过导杆带动弹性体板变形图10吸盘结构图爬墙机器人吸附方式与移动方式确定吸附方式确定通过比较磁吸附、静电吸附、仿生吸附、正压吸附于负压吸附得不同特点与各自得 优缺点，由于要爬行得壁面可能会出现凹凸不平，且就是非导磁材料，静电吸附、磁吸附、 仿生吸附都不适用，容易出现吸附力不足，吸附失败得情况，以此选用正压吸附或者负压 吸附,具体吸附方式还需要进一步根据攀爬壁面得情况来确定(可借鉴Vertigo与ALICIA爬壁机器人)。(a)(b)图14 Vertigo爬壁机器人(a)与ALICIA爬壁机器人(b)移动方式选