气动吸附式爬壁机器人的结构设计(2)
4.3.3 双联气缸与吸盘之间的薄板 20
5 分析验算 20
结论 23
致 谢 24
参 考 文 献 25
1 引言
1.1 爬壁机器人简介
随着现代科学技术的飞速发展，机器人已越来越多地进入我们的生活及工作的各个领域，以机器人代替人类从事各种单调、重复、繁重、危险以及有毒有害环境下的工作是社会发展的一个趋势[1]。
现代机器人一般大体分为两大类：一类是工业机器人，主要指装配、搬运、焊接、喷漆等机器人，主要运用在一些单调而重复的工作上。另一类是极限工作机器人，主要指在人难以到达的，或者不适合人类生存的恶劣环境下代替人工作业的机器人[2]。如：海底资源的勘测开发、空间人造卫星的收发、战场上的侦察和排险、核放射场所的文护、高层建筑的壁面清洗、灭火救助等[3]。作为极限作业机器人之一的爬壁机器人近几十年来在各国科研人员的研究开发下得到了蓬勃的发展，受到了人们越来越多的重视，目前，国内外已经有了相当多数量的爬壁机器人投入实际运用中。主要应用如下：
(1)核工业：对核废液储罐进行视觉检查、测厚及焊缝探伤等；
(2)石化企业：对立式金属罐或球形罐的内外壁面进行检查或喷砂除锈、喷漆防腐；
(3)建筑行业：喷涂巨型墙面、安装瓷砖、壁面清洗、擦玻璃等；
(4)消防部门：用于传递救援物资，进行救援工作；
(5)造船业：用于喷涂船体的内外壁等[4]。
爬壁机器人有两个基本功能，即吸附功能和移动功能[5]。
机器人在壁面上的吸附和移动是两个相互有些矛盾的问题：有良好的移动能力就注定会损失一定的吸附能力；而吸附能力越强则移动起来就越困难。正确的处理爬壁机器人的吸附和移动问题是研究爬壁机器人技术的关键[6]。
在吸附能力方面，目前已研究比较成熟的吸附方式有三种：真空吸附、磁吸附和推力吸附。这三种吸附方式各有各自的优缺点。
真空吸附又叫负压吸附，分为单吸盘和多吸盘两种结构形式[7]，不受壁面材料限制是真空吸附的优点之一，但是当壁面凹凸不平时，容易漏气，造成吸附能力下降，使得机器人的承载能力降低。
磁吸附分为永磁铁和电磁铁两种，磁吸附方式结构简单，吸附力要远大于真空吸附方式，而且不存在真空吸附漏气的问题，但是相比真空吸附而言，磁吸附要求壁面材料为导磁材料，这限制了它的适用范围[8]。
推力吸附相对于前两种吸附方式不太常见[6]。它是由日本的西亮教授于1990年提出来的，推力吸附方式利用直升机原理，由螺旋桨产生的高速气流带动机器人快速移动，螺旋桨的轴线与壁面大约成200度角，使得始终有指向壁面的推力可以使机器人吸附在壁面上，使用这种吸附方式的机器人具有一定的跨越障碍的能力，而且使用简便，但是由于使用柴油机驱动，使用时噪声很大[6]。
在移动功能方面，爬壁机器人分为三种：车轮式、履带式和吸盘式[5]。吸盘式移动方式使机器人能够跨越很小的障碍，但是移动速度慢；车轮式移动速度快，比较灵活，但是文持较大的吸附力比较困难，难以保证机器人的承载能力；履带式对壁面适应性强，着地面积大，但不易转弯。
这三种移动方式跨越障碍的能力都很弱[4]。因此，一种新的移动方式—足式移动逐渐兴起。足式移动的机器人可以相对容易的跨过比较大的障碍，并且机器人的足所具有的大量的自由度可以使机器人的运动更加灵活，对凹凸不平的地形的适应能力更强。正是由于足式移动具有种种优点，使得足式结构在爬壁机器人上有着较好的应用前景[8]。