爬壁机器人研究现状调查

爬壁检测移动机器人研究现状调查一．研究的背景及其意义

随着社会不断进步和科技不断发展，摩天大楼已成为现代都市不可缺少的重要组成部分。人们在享受高楼大厦带来的好处的同时也不得不面临由此而带来的诸多难题，如高层建筑物立面的施工建设质量，维护以及安全监测等问题。

传统方法只有通过靠搭脚手架或采用吊篮等人工目测方法进行检测，检测精度低，检测过程十分危险，效率不高且成本较高，因此越来越多的研究人员将研究重点集中到建筑爬壁检测机器人的研究开发上。

爬壁机器人作为一种能够用于极限作业的特种机器人，可以替代人类在高空垂直立面位置作业。现在爬壁机器人已经在多个行业尤其是建筑行业，消防，核工业，石油化工业和制造业等得到了极为广泛的应用。爬壁检测机器人是在爬壁机器人的基础上进行研究开发的，是爬壁机器人在实际应用中的主演衍生产物之一。

爬壁检测机器人将极大提高建筑物检测水平，提高工人在危险环境下作业的安全性，降低高空作业的风险，提高劳动工作的效率并带来一定的社会及经济效益。

二．爬壁机器人的分类

现有的爬壁机器人主要根据吸附功能和移动功能进行分类：

（1）.根据吸附方式进行分类

爬壁机器人主要可以分为真空吸附式，磁吸附式和推力吸附式三种。

真空吸附是通过真空泵使吸盘腔产生负压，通过负压使机器人紧紧贴在立面上，优点是不受壁面材料限制，容易控制，适应围广；缺点是如果建筑立面不够光滑或存在凹凸时，容易使吸盘漏气造成机器人吸附能力降低。

磁吸附式首先要保证建筑立面是导磁材料，优点是结构简单吸附能力强，能够适应比较粗糙的建筑立面，而且不会出现真空漏气现象；缺点是只能用于导磁壁面而且断电失稳。

推力吸附采用螺旋桨或涵道风扇产生的推力使机器人贴附在立面上。优点是吸附力大小容易控制，越过障碍物的能力比较强；缺点是稳定性较差不易保持精度。

（2）根据移动结构进行分类

爬壁机器人主要可以分为车轮式，脚足式，履带式，轨道式等类型。

车轮式机器人通过电机驱动车轮移动，优点是控制简单灵活，速度较快，但要求壁面必须平坦，而且车轮式机器人的避障能力差。

履带式机器人优点是接触面积大，对各种建筑立面的适应能力强；缺点是灵活性较差不易转弯。

脚足式通过多个脚反复吸附与脱落进行移动，越障能力和负载能力强，但移动速度慢，控制难度大。

轨道式机器人控制简单，可靠性强，但是灵活性较差。三．爬壁式机器人的国外研究现状

（1）爬壁式机器人的国外研究现状

国际上，日本是研究开发爬壁机器人较早且技术领先的国家之一。1966年，日本西亮讲师研制出世界上第

一台垂直壁面移动机器人的原理样机；1975年研制成功

一种单吸盘吸附结构的壁面爬行机器人；

1984年，日本成功设计了一种足式磁吸附壁面移动机器人；到20世纪80年代末期，爬壁机器人已经开始

在生产中得到实际运用；1990年之后，日本相继成功设

计了各种爬壁移动机器人。

在爬壁机器人方面，美国也是开展较早的国家之一。

1990年，卡耐基梅隆大学开发了一种壁面移动机器人，

并且在机器人身上首次运用是十字构架型结构；近年来，

美国斯坦福大学研制成功了一种具有粘性脚足的壁虎状

机器人“粘人”，运用了仿生学原理，为将来爬壁机器人

在太空运用提供了可能性；后来，美国又设计研制了一

种名为C-Bot的壁面爬行机器人，用于建筑物状况的检

测；2008年，美国设计开发了Capuchin,它为机器人将

来在火星探索提供了良好的保证。

随着机器人技术的不断发展，越来越多的国家加入机器人的研制开发中。

（2）爬壁机器人的国研究现状

国爬壁机器人相对与国外而言，开展时间较晚，不过技术进步也很快。

20世纪90年代初，工业大学机器人研究所成功设计研制了我国第一台爬壁机器人，用于检测放射性废液

储存罐;1994年，该所成功研制了CLR-II型壁面清洗爬

壁机器人；1997年，该所研制出了一种用于电站锅炉停

炉检修的履带式磁吸附壁面移动机器人；2000年，该所

成功开发了“蓝色超人”壁面清洗机器人并投入使用；

成为国首个正式投入生产使用的壁面清洗机器人；2007

年，该所成功设计研制了一种专门用于反恐领域的爬壁

机器人。

从1996年起，航空航天大学成功研制了壁虎系列爬壁机器人；1998年，该校又成功开发了一种名为“洁

宝”的新型擦窗机器人；2002年，该所又设计开发生产

了“洁士”玻璃幕墙清洗机器人。

四．爬壁机器人未来展望

随着电子技术发展，未来爬壁移动机器人的控制系统将呈现集成度高，控制精确灵活，智能化程度高的特

点；机械结构系统将随着新能源的发展和新型传动装置的设计而发生改变：质量变轻，负载能力加强，移动速度加快；新型材料的运用将改变爬壁移动机器人的吸附方式；新型传感器则可能使机器人的智能程度提高等。

伴随爬壁机器人自身改变的可能还有爬壁移动机器人用途的改变，未来的高智能的爬壁机器人可能用于高楼大桥救助企图跳楼轻生者，船体，建筑物，空间站等的自我检测修复，进入核电站进行检修救援等，可以想象，将来的爬壁移动机器人会成为名副趋势的“蜘蛛侠”！