【爬壁机器人探究的国内外文献综述3400字】

1996年，西亮教授在日本大阪府立大学成功设计出了世界上的第一台爬壁机器人。这个机器人利用了电风扇在转动时其两面的压力不同而设计的，让机器人可以在墙面上能够紧靠，以后，爬壁式的机器人便迅速地引起了各国的强烈关注，英国、西班牙、美国、德国和俄罗斯等国家也先后开发并设计了多种不同结构的新型爬壁式机器人[6。1987年以来，把当代我国的智能机器人建设确立成为现代工业和自动化领域的研究主体之一，在机器人学科方面取得了很大的突破和进步[71。其中哈尔滨工业大学率先启动了爬壁机器人技术的开发与研究，已先后设计和研制了5个品种的爬壁机器人，在国内处于领先地位，同时在国际上也受到众多同行的关注8。爬壁类的机器人必须要求它们能够在墙上牢靠的吸附和各方位行走等功能，我们把爬壁类型的机器人根据其吸附方式分为电磁性磁吸附、负压吸附、真空吸附以及其他类型的吸附。以下我们将根据爬壁类型的机器人在各种应用中所采取的的吸附技术方式不同进行分析国内外相关的研究发展现状。(1)磁吸附爬壁机器人我国设计了好多的爬壁机器人，占据大多数是磁铁吸附方面的爬壁机器人。上海圣瑞的磁性自吸附体式爬壁机器人，如下图1.1所示，它由一个小型分体式的爬壁车身躯动模块、多个高自由度吸尘机械臂驱动模块和一个主辅机械摄像系统模块等多个部件直接组合在一起构成，各个主辅机械摄像模块之间的吸尘机械臂和电气完全可以分开进行隔离，具有很好的吸尘防水和电气抗尘保护功能，可以根据实际的爬壁作业现场要求使用来自动实现迅捷的机械组合及高效的物料运输，在这些特殊情况下，无论我们是对于需要连续多天进行爬壁作业的现场区域还是狭小的作业工作现场空间，都可以具有很大的性能优势，该爬壁机器人还特别说明具备了一种视觉图像监控控制系统，能够轻松地直接实现对于各种作业现场的各种全方位视觉监控I91。2011年，瑞士机器人设计基地设计出了一台爬壁机器人，名字叫做TRIPLLARI101,如图1.2所示，该机器人主要在整个机器人身上安装了电磁铁，给机器人通电就会吸附在磁性壁面上，机器人两侧安装了三角形的履带，两条履带的移动各自由电动机控制向，当两个电动机转速不同时，履带的移动速动不同而实现转向。履带的另外一个作用就是能使机器人能够轻易地从竖直的墙体和天花板表面上过渡至另一侧的墙体，实现了从竖直的墙面到天花板的轻松过渡，并且它的转弯或者转向非常灵活。(2)负压吸附爬壁机器人我国第十一届“挑战杯”国赛作品负压吸附爬壁机器人，如图1.3所示。为了大大增加机器人在爬墙过程中的稳定性，它采用了多腔体负压结构。如图1.4所示，这样做的最大好处是当某一腔体被损坏时，其余的腔室还能继续保持很强的吸附能力；其次为了适应不同的墙体，它采用了真空补气阀结构，使机器人根据不同墙体产生不同的吸附力，让爬壁机器人的适用范围更广。最后它是利用连续负压的原理，驱动的原理是一种电机驱动轮行走的方式，解决了我们在传统的爬壁式机器人运行时移动的连续性较差，控制繁琐等缺点。日本宫崎大学设计出来的爬壁机器人，其主体结构安装了两个涡旋状的叶片，两个叶片转动时，靠近墙面一侧的压力较低，两个叶片产生的推力，让机器人与墙面接触会有摩擦力，从而让机器人在墙面爬行[11。从上面材料来看，采用负压吸附原理爬壁机器人不会受到壁面材质的影响，适应性能较好，但是它的负重能力较差，大多数负压吸附爬壁机器人越障能力较差。(3)真空吸附爬壁机器人1997年美国CrawLLC公司研制出了爬壁机器人“AutoCrawler”,如图1.5所示，在这种爬壁机器人的履带上安装很多个吸盘，履带在墙面上移动时，在履带上分布的吸盘恰好与墙面接触时，真空泵会使该吸盘成负压状态让机器人紧紧的靠在墙面上行走与转向[12。紧接着，香港城市大学在此基础上也设计出了一种履带式爬壁机器人，吸附性更加可靠，如图1.6所示[13。真空吸附爬壁机器人通常是采用履带式移动的方式与多吸盘的吸附结合而产生的，它们是特别适合在各种工作壁面上，粗糙度比较小，且具有良好的适应性属性以及自身适应能力。它的吸附装置主要有两个部分：真空发生装置和真空吸盘。当吸盘快要贴紧墙面时真空发生装置抽气，爬壁机器人紧紧吸附，当吸盘快要离开墙面时真空装置放气，吸盘离开墙面。从对目前真空吸附式爬壁机器人的技术应用研究的发展和趋势分析中我们仍然能够比较清楚地知道，单向或吸盘式的机械传动结构下真空吸附机体积小，且其内部机械传动结构简单、便于施工操作和安全控制，但是它仍然要求建筑墙体内的壁面必须具有一定的墙体平整度，其对于跨越建筑障碍物的保护能力也比较低，对不平整的建筑墙体使用环境不能很好地进行适应，当遇到较多高卑面时，吸盘负压能力难以维持。多吸盘吸附较为安全而且移动的性能好，但是它的结构零件较多，显得复杂，比较繁重。(4)其他吸附方式爬壁机器人爬壁类型机器人的吸附形式除了以上几种主要的形式外，还有许多，如真空仿生以色列AvishaiSintov等人设计的爬壁机器人，具有感官能力，可以自己识别在墙面上爬行，其主要适合在垂直而且比较粗糙的墙面行走。它有四个支腿，它的腿部机构可以概括为拥有四个自由度的连杆机构，在连杆机构的前端装配了尖锐的钩子，每个钩子可以单独控制。美国OzgurUnver等人所设计的爬壁机器人，其吸附方式类似于胶带粘合的方式让机器人在墙面吸附，这种机器人就需要在容易被粘附的表面上行走，其特点是运动平稳。它的主要优点是它的自身重量比较小，所以他可以携带较大的负载，它与其他爬壁机器人相比，跨越障碍的本领高[15。意大利卡塔尼亚大学研制的以负压真空相互结合的吸附形式进行研制的爬壁机器人Alicia,如图1.7所示。Aliciaii由中间的吸附实验内腔来利用负压真空进行吸附，两个轮子由一个单独的电动机驱动以实现差速转动，它可以承受的负载约为三个具有Aliciaii的不同吸盘结构进行各种交替性的移动和交换工作，可以直接使移动机器人能够跨越原来更多的工作障碍，也极大地提高了移动机器人的移动负载性质和能力16。一般来说，负压吸附和真空吸附等方法相结合的形式已经被许多设计师所采用的，这种形式得优点对负压吸附和真空吸附之间的不足进行了适当的弥补，但是相对来说机身结构较为复杂、笨重，成本也会大大提升。参考文献[1]张曙.工业4.0和智能制造[J].机械设计与制造工程，2014(8):1-5.[2]闫久江，赵西振，左干，等.爬壁机器人研究现状与技术应用分析[J].机械研究与[3]王尧，冯伟东.清洗爬壁机器人国内外研究现状的综述[J].机械工程师，2015(3):144-146.[4]程思敏，陈韦宇，丛培杰.爬壁机器人的研究现状[J][5]戴顺孝，顾晓月.特种服务机器人应用领域研究[J].机械制造，2010,48(12):1-3.[6]付宜利，李志海.爬壁机器人的研究进展[J].机械设计，2008,25(4):1-5.[7]邓三鹏，祁宇明，王仲民，等.高压水射流机器人发展现状与应用[C]//机器人产业链创新与发展及科技成果产业化推进科技论坛.中国产学研合作促进会科技成果转化专家委员会；中国科学院重庆绿色智能技术研究院，2014.[8]王炎，姜有.喷砂喷漆用履带式磁吸附爬壁机器人[C]//全国智能机器人学术交流会暨第六届青年机器人学术研讨会.1996.[9]洛阳圣瑞智能机器人有限公司.上海圣瑞磁吸附爬壁机器人爬壁机器人可以用在那些情况[OL].[10]SchoeneichP,RochatF,NguyenTD,etcaterpillarclimbingrobotwithplane29(Pt.7):1075-1081.[11]NishiA.Developmentofwall-climbingrobot[J].ComputerandEl[12]JianZ,DongS,TsoSK.DevelopmentofaTrackedClimbingRobot[J].JIntelligentandRoboticSystems,2002,35(4):427-443.[13]HiroseS,KawabeK.[14]吕鑫，王从庆.一种爬壁机器人真空吸附性能分析与运动切换策略[J].机械科学[15]闫久江，赵西振，左干，等.爬壁机器人研究现状与技术应用分析[J].机械研究与[16]朱光辉.新型爬壁机器人的研制[D].重庆大学，2016.[17]彭晋民，李济泽，邵洁，等.负压爬壁机器人吸附系统研究[J].中国机械工程，2012,23(18):2160-2164+2168.[18]吴超，吴桂湘，李孜军，等.玻璃表面污尘与清洁的试验研究[J].清洁世界，2006,22(10):1-9.[19]周新建，刘祥勇.大型油罐爬壁机器人吸附结构的优化设计[J].机械设计与制造，2014(9):181-184.[20]王吉岱，孔辉，陈广庆，等.新型罐壁检测爬行机器人的行走