文档介绍：爬墙机器人结构设计
爬墙机器人分类
用于检测和维修领域爬墙机器人需满足的要求
速度和机动性:对爬墙机器人来说速度和机动性是它最重要的两个参数。由于垂直结构的尺寸要求,即使在竖直方向或者天花板上,在检测区域和一些相似点之间也需要实现快速移动。其他的要求与系统的操控和定位能力有关,这包括移动轨迹的精确性,因为一些用于检测的传感器要求在表面进行光滑且连续的运动。也有可能要求机器人横向运动或者旋转360°来满足位置传感器和一些工具的要求。最后一点,机器人必须解决台阶和突起等越障问题,以此来保证其可以到达建筑物的任何一个角落。
负载能力:机器人必须具有携带不同重量的负载的能力。对于一个表面的检测,携带至少10kg的检测装置负载是必须的,因此,机器人的尺寸、吸附和运动装置都应该满足应用的要求。
可靠性和安全性:鲁棒性是机器人一个非常重要的非功能性的性质。如果爬墙机器人在它的一次任务中失败了,它就不能在实践中投入使用。可靠性和安全性要求包括:硬件鲁棒性、最优控制、检测方法、处理危险情况以及自我恢复等。系统本身要保证吸附的足够安全,因为就算是可控的跌落也是很危险的。
易用性:作为一个检测装置,爬墙机器人需要比一般的装置更强大、更有效率、更安全。这当然也包括机动性和处理问题的多样性。因此,根据任务要求,它必须能携带各种不同的负载,容易损耗的零件能够快速被替换,与现有的技术相比它的操作必须快且简单,此外,能耗、重量及机器人的尺寸也是很重要的。
爬墙机器人分类
磁吸附式爬壁机器人
磁吸附式爬壁机器人是一种可以在导磁壁面上进行特定作业如焊接、打磨、检测、涂装等的一种自动化机械装置。现有的磁吸附式爬壁机器人主要有磁足式爬壁机器人,磁轮式爬壁机器人,履带式磁吸附爬壁机器人。磁足式爬壁机器人是靠磁足提供的吸附力吸附在壁面上,由于其行走特点决定了其吸附力必须可调,多采用电磁铁提供吸附力。磁足式爬壁机器人步法控制比较复杂,运动灵活性不好;磁轮式爬壁机器人是靠磁轮的吸附力吸附在导磁壁面上,特点是运动灵活性较好,但是由于磁轮的有效吸附面积小,磁能利用率不高,负载能力较差;履带式磁吸附爬壁机器人是靠履带式移的,其特点是负载能力强,但是在进行转向运动时其运动灵活性较差。

图1 轮式磁吸附式爬壁机器人(左)和爬壁机器人爬壁过程(右)
仿生吸附爬壁机器人
利用动物爬壁的特点,制造仿生纤毛(纳米级),与壁面间通过范德华力吸附;其
对壁面材料的适应性强,但仿生纤毛需要经常更换并清洁,且纤毛制造难度大价格高昂;优点是功耗低噪声小

图2 防壁虎爬壁机器人
(b)
图3 密直根州立大学FLIPPER机器人(a)与哈工大机器人(b)
静电吸附式爬壁机器人
利用静电感应效应,通过电荷的库仑力产生吸附;对壁面材料适应能力强,但不适用于潮湿的环境或者壁面有水的环境;功耗低,噪声小。

(b)
图4 静电吸附原理样机(a)和静电吸附式爬壁机器人(b)
正压吸附式爬壁机器人
机器人依靠自身推进装置产生背离壁面方向的气体,依靠气体反作用力实现吸附作用(类似于喷气飞机);与负压媳妇相比不存在气体泄漏问题,且对壁面形状、材料适应能力强;产生推力的装置噪声大,体积大且效率较低。

(b)
图5 迪士尼公司研制的轮式机器人VertiGo