爬壁机器人的国内外研究现状和发展趋势(2)
时间:2017-05-02 10:35 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
日本宫崎大学的NiShi教授研制出一种具有两个旋转叶片的“飞行机器人”，如图3所示，利用两个旋转叶片产生的指向壁面的推力，使机器人与壁面间产生足够的摩擦力，而使机器人能够附着在壁面上。机器人装有两个56cc的内燃机，速度为0.5m/s，质量为20kg，可用于火灾等危险作业[9]。 图3 日本宫崎大学“飞行机器人” 美国密歇根州立大学研制了两种双足结构的小型爬壁机器人，均采用真空吸附方式。如图4所示，机器人由一个移动关节和4个移动关节组成运动机构，共5个运动关节。采用模糊控制方式，机器人外形尺寸为高80mm、宽50mm，质量为450g。机器人的步态规划采用了一种有限状态机制来描述机器人的运动状态，并以此为基础建立了机器人的步态规划。机器人样机均采用欠驱动机构，减少了机器人的质量和能耗。机器人可以在墙壁、天花板上爬行，以及在两个表面之间过渡爬行，也可爬越管道一类的障碍物[9]。 图4 两足爬壁机器人 1990年以来，西班牙马德里CSIC大学工业自动化研究所研制出一种6足式爬壁机器人。如图5所示，该机器人为磁吸附式，具有较大的静载荷，目的是为了工业上的应用[9]。 图5 CSIC大学的优尔足机器人 1.3 国内爬壁机器人的研究现状 相比国外而言，国内爬壁机器人的研究工作起步很晚，但发展较快[12]。 自1988年以来，在国家“863”高技术计划的支持下，哈尔滨工业大学机器人研究所先后研制成功了采用磁吸附方式和真空吸附方式的两个系列的5种型号的爬壁机器人[9]。 1994年，CLR-I爬壁机器人被开发出来，这是一种用于高楼壁面清洗作业的爬壁机器人，采用全方位移动机构，机器人在原地就可以任意改变运动方向。之后开发的CLR-Ⅱ，采用两轮独立驱动方式——同轴双轮差速机构，通过对两轮速度的协调控制实现机器人的全方位移动，机器人本体和地面控制站之间采用电力线载波通讯方式进行控制[13]。 上述3款爬壁机器人均采用单吸盘结构，弹簧气囊密封，保证了机器人具有较高爬行速度和可靠的吸附能力[9]。 1995年研制成功的金属管防腐用磁吸附爬壁机器人，采用永磁式吸附结构，靠两条履带的正反转移动来实现转弯。该机器人可为石化企业金属储蓄罐的外壁进行喷漆、喷砂，以及携带自动检测系统对罐壁涂层厚度进行检测[14]。 图6为1997年研制的水冷壁清洗、检测爬壁机器人，呈圆弧形永磁吸附块与罐壁圆弧相吻合，提高了吸附力，也提高了作业的效率[9]。 图6 水冷壁检测机器人 上海大学也较早开展了对于爬壁机器人的研究，先后研制出垂直壁面爬壁机器人和球形壁面爬壁机器人。其中球形壁面爬壁机器人采用多棋盘、负压吸附、6足独立驱动腿足行走方式，可用于不同曲率半径的球形外壁面[9]。 近年来，上海交通大学也展开了对于爬壁机器人的研究。设计了一种自身无行走机构而依靠壁面牵引实现机器人移动的爬壁机器人样机。如图7所示，机器人腹部的两个吸盘交替抬起和吸附可实现跨越水平窗框障碍运动[9]。 图7 壁面牵引式壁面清洗机器人样机 1.4 爬壁机器人的发展趋势 传统爬壁机器人由于研究经验不足，以及当时技术条件限制等原因，具有很多的不足之处，如对壁面的材料和形状适应性不强，跨越障碍物的能力弱，体积大，质量重等，实用性并不强。因此，未来爬壁机器人的结构应该向着实用化的方向发展[15]。具体主要在以下方面： (责任编辑：qin) |