爬壁机器人 _原创精品文档.pdfVIP

机器人—爬壁机器人

机器人—爬壁机器人

作者：佚名文章来源：本站原创点击数：345更新时间：2011/8/1222:50:48热★★★

爬壁机器人

一,简介:

爬壁机器人的使用将大大降低高层建筑的清洗成本，改善工人的劳动环境，提高劳动生产率，

具有一定的社会效益、经济意义和广阔的应用前景。

我们从壁面特点出发，选择真空吸盘式吸附方式；从成本，越障能力及灵活性出发，采用双

主足交替吸附的行走方式。

技术关键：双主足交替吸附使机器人有极高的灵活性和越障能力，每个驻足后的两个附足使

其具备一定的曲面爬行能力及面面转换能力。

主要技术指标：本体重量1.5Kg最大爬行速度：10mm/s最大越障能力：15×16mm(高度×

宽度)

当前国内外同类课题研究水平概述：近二十年来，爬壁机器人的研究开发工作已在日本、美

国、英国、前苏联和我国取得重要成果。适合特定壁面的行走机构形式主要有车轮式、履带式和

框架式三种。随着作业对象的复杂化和多样化，用户、制造商和研究者开始对爬壁机器人提出更

高的要求，诸如对不同形状壁面的适应能力、地面到壁面(或其它相交面间)的过渡行走能力、对

复杂障碍物的跨越能力、较好的机动性(mobility)和灵活性(flexibility)等。对于爬壁机器人，

国内外的研究都很多。这方面的研究尤以日本最为领先。我国对这方面的研究起步较晚，但许多

科技人员也在积极地研究，比如上海交大的履带式爬壁机器人、长春光机学院气吸式机器人和上

海大学的八足吸盘式爬壁机器人。爬壁机器人从总体上来说是一门新兴的技术，其大部分产品是

停留在实验阶段而相对地较少有大规模地应用，但随着研究的深入，会有较广的前景的。清洗爬

壁机器人是特种机器人的一种，用以代替人工对高大建筑玻璃幕墙进行清洗维护工作。为实现在

壁面上的清扫作业，清洗爬壁机器人必须具有两个基本功能：即在壁面上的吸附功能和移动功能。

鉴于建筑物壁面的非导磁性，不适于磁吸附爬壁机器人使用，清洗爬壁机器人多采用真空吸附式

结构，由风扇、空气压缩机等真空发生器设备使吸盘内形成负压，依靠压差将机器人牢牢地吸附

在壁面上。真空吸附式壁面移动机器人又分为单吸盘和多吸盘两种结构⋯。单吸盘真空吸附壁面

爬行机器人可实现小型化、轻量化，且结构简单、易于控制，但要求壁面有一定平滑度，越障能

力低，对复杂壁面环境不适应，当遇到较大淘槽或凹凸面时，吸盘负压难以维持。多吸盘脚式壁

面爬行机器人的吸附稳定可靠，克服了单吸盘结构移动连续但吸附不可靠的缺点，可是其移动是

间断的，且移动速度受到限制，控制比较复杂。90年代必威体育精装版研制成功的推进型壁面移动机器人，

采用直升机原理，利用螺旋桨产生的高速气流来带动机器人向上高速移动，螺旋桨所产生的推力

与壁面大约成2O°角始终有指向壁面的推力从而实现了机器人的吸附功能，使机器人可以紧贴壁

面移动，有一定的越障能力，但成本较高结构复杂。

该机器人模型的系统总体结构

二,原理简介

1爬壁机器人模型简介

如图1所示，由吸附元件、减速器、气动元件和组成。由真空泵使吸盘产生负压，使机器人

能吸附于壁面上，由电控系统控制电机实现机器人在壁面上的自由行走。以下是本机器人模型，

可看出，该模型具有结构简单、稳定可靠、操作方便、成本低廉等特点，有一定的实用价值。

2．1电机的确定

根据机器人运动的准确可靠性要求，并考虑电机单位质量的输出扭矩指标，我们选用减速电

机。其静转矩为7.8kg*cm。

2．2真空吸盘半径的确定

要机器人模型能稳定吸附工作于壁面，应满足⋯式(1)

上式中，A为吸盘面积；△P为吸盘的内外压差；u为吸盘与壁面的静摩擦系数，取0．5；．为

安全系数，取0.8；M为爬壁机器人在墙壁上系统的总重量，取1.5kg；Md为单个电机的重量，

Md=0．24kg.算得r0．0245m，因为根据市场的实际情况选吸盘的半径为0．025m。

2．3真空吸盘的切换周期

固定的吸盘容积，其达到内真空所需的时间t和解除真空的时间t之和，称为该吸盘的切换

周期，切换周期的倒数称为切换频率，切换频率的大小反映了吸盘的动作快慢程度。对于采用真

空泵做真空源的系统，时间t．可以近似由下式_2确定：

Q为泵