国内外缆绳机器人的调研报告

国内外缆索机器人现状

机器人是传统的机构学和近代电子技术相结合的产物，而缆索机器人

(Cable-Climbing Robot，CCR)是一种能够携带相关设备攀爬缆索，并对其进行高空长距离检测维护特种机器人。它的出现是近年来各学科技术的发展、人类对生产

方式的不断探索和改进的必然产物。这种自动化装备不但可以应用在斜拉桥缆索

的检测、清洗、喷涂、彩装等领域，而且可以完成高压供电电缆和石化行业架空

管道的探伤和表面处理，还可以应用于高空气象和环境检测、高架路路灯杆以及

风景区索道、体育馆等其它建筑的缆索维护，具有广阔市场应用前景，能带来巨

大经济效益和社会效益。

缆索机器人，与人工作业方式相比，不但极大地降低了成本，而且也最大限度

地保证了作业安全。所以，近些年国内、外很多科研单位都开展了缆索机器人的

技术及理论研究工作，并且取得了一些实用成果。但总的来说，该类机器人的研

究还是处于初级阶段。

国内比较典型的有上海交通大学研制的斜拉桥缆索涂装维护机器人可在各种

斜度的缆索上爬行，能完成缆索检测、清洗等工作，并具有一定的智能性。研制

成功了采用电动全驱动摩擦轮式、气动蠕动式两种机器人样机，并且在上海徐浦

大桥和南浦大桥上进行了实验，目前处于国内领先地位。实验样机如图1.1，图1.2 所示。

在国外与缆索爬升相类似的管外移动机器人、巡线机器人和灯杆检测清洗机

器人等，相关专家都进行了大量研究，并且都研制成功了样机，但没有发现有关斜拉桥缆索机器人的报道。

纵观国内外各种爬升模型，机构依附于线约束表面的有直线连续爬升、夹紧

蠕动爬升、螺旋攀援爬升和吸附爬升等自动方式。以下是几种与缆索机器人类似

的机器人，主要依附管状或者线缆爬行进行特种作业要求。

图1.3和图1.4是两种很典型的应用于灯杆检测清洗的机器人，都采用电驱动，

但结构完全不同。图3是美国维吉尼亚大学研制的应用于高速路灯杆无损检测的磁

吸附式电驱动爬行机器人Polecat

有六个驱动轮和两个从动轮，每一个轮子设

计成中间加有磁铁的两个圆盘，通过协调磁铁吸力和电机驱动力就可以实现机器

人的爬行运动。图4是伊朗德黑兰大学研制应用于高速路路灯清洗机器人，该

机器人采用对称框架式结构，主体部分有三个驱动轮和三个从动轮，在主体上部

对称安装了两个机械手臂，当机器人在电机的驱动下爬到预定位置，机械手臂动

作就可以完成清洗任务。

在第一届全国大学生第一届机械创新设计大赛获奖作品中也出现了类似功能

和结构的机器人，如图1.5为天津大学爬杆喷漆机器人，图1.6北航爬杆爬管道年用

机器人，图1.7辽宁工程技术大学爬杆爬绳机器人。

地下电缆检测机器人：如图1.8所示，华盛顿大学发明的名叫“巡游者”的地下

电缆检测系统。在工作时，“巡游者”依靠漏斗形状的轮子前进，并利用“稳定

臂”帮助它保持平衡。分节设计具有更大的灵活性，可以随意根据需要增加传感

器和电池组，机器人上携带声纳探测器，红外线传感器和相机用于多参数检测

\高压线路巡线机器人，可代替人在巡查线路时掌握线路的运行状况，及时发现

设备缺陷，以判断高压线路是否存在隐患和故障。图1.9由日本Sato公司生产的电力线损伤探测器也采用了单体小车结构，该机器人能在地面操作人员的遥控下，

沿电力线行走，利用车载探测仪器探测线路损伤程度及准确位置，将获取的数据

和图片资料存储在数据记录器中。地面工作人员可回放复查，进一步确定损伤情况。探测器不具备越障功能，遇到线路附件等障碍物时便自动停止前进。

另外应用于农业生产当中的类似爬行机器人还有爬树机器人，图1.10是日本

农业水产省农业研究所研制的爬树剪枝机器人，这种机器人采用了发动机带动

橡胶轮绕树盘旋上升的方法，为了减小爬树机器人的爬升斜度，提高爬升能力，

把该机器人的橡胶轮安装成与树干方向成一定斜角。正是由轮子与树干的倾斜角，使得机器人沿树干螺旋爬升。图1.11是马来西亚理科大学研制的用于农业生产当中的气动蠕动式爬棕树机器人，通过上下卡钳的来回运动实现机器人的运动。

以上所介绍的类似缆索机器人都是在某一特定环境下实现其功能的，但是对于

像斜拉桥缆索这种标高高、斜度大、有一定扰度，爬升距离长的特殊对象就不能

适应了。因此，有必要在这一领域开发研制一种适应性、应用性更强的爬行机器人。