一种新型壁面攀爬机器人的研究

摘要：本文介绍了一种新型壁面攀爬机器人，其设计旨在设计出一种全新的机器人墙壁攀爬机械构造及机械运动方式。它的结构主要分为壁面吸附部分、驱动行进部分和主体控制部分三个主要部分组成。该壁面攀爬机器人结构较简单，攀爬时较平稳，行进时安全性良好，且能够在凹形垂直壁面间灵活移动。

关键词：攀爬机器人；偏心距导轨；合页式

1、攀爬机器人的研究背景

攀爬机器人是近代电子技术与传统的机构学相结合的产物，是计算机科学、控制论、机构学、信息科学和传感技术等多种学科综合性高科技产物，是一种仿人操作、高速运行、重复操作和精度较高的自动化设备。以攀爬机器人代替人类从事各种危险、繁重、重复、单调及消毒等有害的工作是社会发展的一个趋势。

攀爬机器人的出现将人类从繁重单一的劳动中解放出来，而且还能够从事一些不适合人类甚至超越人类的劳动，实现生产的自动化，避免工伤事故和提高生产效率。

2、攀爬机器人的分类及功能特点

三个基本功能：吸附功能、移动功能、载物功能。类别（按移动方式）：车轮式壁面攀爬机器人、履带式壁面攀爬机器人、框架式攀爬机器人、足脚式壁面攀爬机器人、轨道行进式攀爬机器人、抓持式壁面攀爬机器人、钢索行进式壁面攀爬机器人等.使用功能：维护、检查、消防、救援、清洗、情报、国防等。

3、现有技术及其缺点车轮式壁面攀爬机器人――一个或多个轮子在电机等驱动装置的驱动下，带动机器人行走。优点：移动速度较快，行走控制简单。缺点：着地面积小，维持吸附力困难。

履带式攀爬机器人――由两个或多个无轨道履带推动机器人行走。优点：接触面积大，对于壁面的适应性强。缺点：体积大，结构复杂，重量重且不易转弯。

足脚式攀爬机器人――通过多个脚按照一定的次序对壁面进行吸附与脱离，从而实现机器人的移动。优点：机动性能好，可以适应不同形状的壁面，有较强的越障碍能力。缺点：行走速度较慢，多足协调有一定的困难。

轨道行进式攀爬机器人――用车轮加紧在壁面轨道两侧，当驱动轮旋转时，依靠车轮与轨道间的摩擦力实现上下移动：优点：运行可靠、容易。缺点：对墙壁有铺设导轨的要求。

4、该设计的科学性先进性

该机器人驱动行进部分采用的偏距导轨式构造，结构较简单，攀爬时较平稳（主要与六足式弧形机器人比较）；该机器人在攀爬行进时，至少有三个不共线的吸盘吸附在墙壁上，极大的保证其安全性；该机器人能够在凹型垂直墙壁面间灵活移动。

5、该设计的技术特点及优势

该机器人攀爬部分采用偏距导轨式机构；吸附部分主要采用真空泵与软吸盘组成的真空吸附构造；主体控制部分为合叶式构造，为凹型垂直壁面间的移动创造结构基础。该机器人较以往的攀爬机器人提供一种全新攀爬方式，较足式弧形机器人来说，结构简单，成本低，功能性强。而且该机器人的凹型垂直壁面间移动主要为室内攀爬机器人提供了技术基础。该机器人可以为室内墙壁清洗机器、室内墙壁悬挂取用机器提供了一种新技术。

6、该设计的功能实现

攀爬机器人装配体结构图：

整个装配体主要部分分为两部分：一个是负责行进的偏距导轨3和4；一个是负责控制与翻转的主体箱1和2

当机器处于行进状态时，先是两侧导轨中间的吸盘组合体脱离墙壁，并通过导轨下面的丝杠移动达到一定偏距，然后中间的吸盘吸附墙壁；控制主体移动直到行进连接块与中间吸盘同轴线时停止（依靠红外线传感器）；然后先是一边的导轨两侧的吸盘组合体脱离壁面，此时连接处的电机驱动此导轨绕连接处的轴旋转180度，最后两侧吸盘吸附。第一导轨完成后，第二导轨重复以上工作，如此循环下去，这样机器就可以以一定距离（可调节）攀爬行进。