文档介绍：爬杆机器人
爬杆机器人
集美大学本科毕业设计（论文）
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些机器人代替人工进行高空危险作业，从而把工人从危险、恶劣、繁重的劳动环境中解脱出来，不仅提高的工本和维护费用较高。
因此，有必要设计一种利用简单的机械结构来替代繁琐的气动设备实现变直径杆的攀爬，同时在爬行过程中可携带其他清洁能源实现对路灯杆等杆状城市建筑的清洗作业的设备。
仿生机器人概述
生物在经历了千百万年的进化之后，由于遗传和变异的原因，已经形成了从执行、感知、控制方式，一直到信息加工处理、组织方式等诸多方面的优势和长处。仿生机器人这门学科产生和存在的前提就在于，生物经过了长期的自然选择进化而来，在结构、功能执行、信息处理、环境适应、自主学习等方面具有高度的合理性、科学性和进步性。而非结构化的、未知的工作环境、复杂的精巧的高难度的工作任务和对于高精度、高灵活性、高可靠性、高鲁棒性、高智能型的目标需求则是仿生机器人提出和发展的客观动力。
“模仿生物的身体结构和功能，从事生物特点工作的仿生机器人，有望代替传统的工业机器人，成为未来机器人领域的发展方向。”2004年8月在沈阳举行的“2004IEEE机器人学与仿生学国际学术会议”上，与会的机器人学专家这样表示。
日本东京工业大学教授广濑茂男曾获得IEEE颁发的领先成就奖，是世界机器人研究领域的权威科学家。在他看来，模仿生物活动机能和身体结构的仿生机器人，应当是机器人研究领域未来的发展方向。他说，很多生物为了生存，在进化过程中具备适应大自然的独特功能，科学界在机器人的发明制造上，就应当借鉴一些生物的独特本领为人类服务。所以，仿生机器人必将是超出人类一般需求之前探索的一门真正的前沿科学。
仿生机器人是机器人发展的最高阶段，它既是机器人研究的最初目的，也是机器人发展的最终目标之一。
仿生机器人就是模仿自然界中生物的外部形状或某些机能的机器人系统。从仿生学的角度来看，仿生机器人是仿生学技术的完美综合与全面应用。从本质上来讲，所谓“仿生机器人”就是指利用各种光、机、电、液等各种无机元器件和有机功能体相配合所组
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建起来的在运动机理和行为方式、感知模式和信息处理、控制协调和计算推理、能量代谢和材料结构等多方面具有高级生命形态特征从而可以在未来的非结构化环境下精确的、灵活的、可靠的、高效的完成各种复杂任务的机器人系统。按照所模仿的运动机理、感知机理、控制机理及能量代谢和材料组成的不同，划分仿生机器人的主要研究内容如图2-1所示。其中运动仿生下的划分也可看作基于不同运动机理的仿生机器人分类。
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仿
生
机
器
人
运动仿生
位移运动仿生
陆地生物运动仿生
水中生物运动仿生
空中生物仿生
执行运动仿生
如仿生手等
感知仿生
听觉仿生
视觉仿生
嗅觉仿生
其他感知仿生
仿生耳
仿生眼
仿生鼻
控制仿生
定向导航仿生
计算推理仿生
群体控制仿生
如仿蜜蜂定位等
如神经网络等
如蚁群通信控制仿真等
能量仿生
如分解碳水化合物驱动等
材料仿生
如仿生皮肤等
图1-3 仿生机器人的主要研究内容及分类
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2 爬杆机器人方案选择
总体方案分析
欲使机器人在杆上自由地移动，必须具备两种功能：贴附功能与移动功能。贴附方式有吸附式和夹持式两种，运动方式有轮式、履带式、腿式及蠕动式四种。这些不同的方式可以进行多种组合，构成多种风格的机器人。
吸附式是通过面接触方式紧贴于壁面上，夹持式是靠点夹紧在杆上。吸附式又有真空吸附和电磁吸附之分，其中真空吸附式用得比较多，因为它对壁面的要求不十分严格；电磁吸附承载能力大，有很强的适应能力，但其应用范围窄，需要杆件壁面含有电磁场可吸附的含铁、钴、镍等材料。各种贴附方式的优缺点和比较如表2-1所示。
表2-1 爬杆机器人贴附方案的比较
贴附方式
概要
特点
夹持式
机械手
由夹紧力产生的摩擦力使机械手夹紧在干提上
能适应任何壁面
真
空
吸
真
空
泵
设置许多吸盘，由真空泵装置产生吸附力，使机器人吸附在壁面
可实现小型、轻量化，无需附加供气装置，但要求壁面有一定平滑度
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吸
附
式
附
喷
射
器
在本体上安装喷嘴，由喷射器经喷嘴将压缩空气喷出，其周围形成真空，吸附在避免上
能效低、噪音大，且需要供气装置，但可以达到高真空度，