爬壁式机器人设计说明书 精品
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由于本次设计主要针对高层建筑的外壁，考虑到壁面的非磁性，应选择真空吸附方式，用真空吸盘实现吸附。针对真空吸附方式，将各类爬壁机器人优缺点及各种爬壁机构性能比较列表如下：
表1-1各类爬壁机器人优缺点比较
Table1-1All kinds of climbing robot advantages and disadvantages
1.2同类产品比较
遥控消防机器人：1986年第一次使用了这种机器人。当消防人员难于接近火灾现场或有爆炸危险时，可使用这种机器人。这种机器人装有履带，最大行驶速度可达10公里/小时，每分钟能喷出5吨水或3吨泡沫。
喷射灭火机器人：这种机器人于1989年研制成功，属于遥控消防机器人的一种，用于在狭窄的通道和地下区域进行灭火。机器人高45厘米，宽74厘米，长120厘米。它由喷气式发动机或普通发动机驱动行驶。当机器人到达火灾现场时，为了扑灭火焰，喷嘴将水流转变成高压水雾喷向火焰。
此外，正对在坡度很陡的外壁上进行作业的高危险性，一种能在避免上贴附并能移动进行作业的爬壁机器人也受到关注，其需求的对象如：用于核电站路新内壁上清除污染物的机器人;用于放射性废液储存罐焊缝检查的壁面移动机器人；用于自动检查大型煤气球灌哈风的机器人；用于消防急救的壁面移动机器人等。[3]
壁面移动机器人必须具有两个基本功能：在壁面上的吸附功能和移动功能。按吸附功能分类：真空吸附和磁吸附两种形式：真空吸附法又分为单吸盘和多吸盘两种结构形式，具有不受壁面材料限制的优点，但当壁面凸凹不平时，容易使吸盘漏气，从而使吸附力下降，承载能力降低；磁吸附法可分为电磁体和永磁体两种，电磁体式维持吸附力需要电力，但控制较方便。永磁体式不受断电的影响，使用中安全可靠，但控制较为麻烦。磁吸附方式对壁面的凸凹适应性强，且吸附力远大于真空吸附方式，不存在真空漏气的问题；壁面行走机构的任务是将携带的作业装置运送到壁面的要求位置。按照作业对象的性质，对行走机构提出的基本功能要求出越障能力外，还应具备全方位转向功能，以便转向和行走方向偏离时的方位校正。行走机构有车轮式、履带式和腿足式，分两足和多足等。车轮式移动速度快，控制灵活，但维持一定的吸附力较困难；腿足式移动速度慢，但负载能力强；履带式队壁面的适应性强，且着地面积大，但不易转弯。此外，还有步进式、蠕动式、混合式和蛇行式移动方式等，适合于各种特别的场合。[4]
1前言
1.1立项背景
2010年3月29号，吉林省长春市一大型商品集散地昨晚20时发生火灾。经过十几个小时的紧张救援，长春市天元商厦火情得到控制。在此期间，长春、吉林两市出动消防车超过60辆，消防官兵200多人，全力扑救。但由于该大厦是木制框架结构，存放的又多为家居易燃品，加上楼外广告牌遮挡等问题，使得灭火工作一度进展困难。长春市消防支队张璐文:这儿有一些广告牌子，组织了喷水，如果没有广告牌，火早就控制住了！！
2007年１２日８时２０分许，温州市鹿城区人民路温富大厦的裙楼一楼“朵朵鲜”花店突发火灾。由花店包花纸和塑料花的燃烧导致大量的浓烟涌入二楼的舞厅。当时舞厅内有２００人左右，大部分逃生，但有１９人因一氧化碳中毒窒息死亡。花店里共有９人，７人逃生，２人烧死。过火面积１２７０平方米！！
据有关部门统计，2009年上半年，全国共发生火灾7.4万起，死亡655人，受伤297人，直接财产损失6.6亿元！！
消防侦察机器人：消防侦察机器人诞生于1991年，用于收集火灾现场周围的各种信息，并在有浓烟或有毒气体的情况下，支援消防人员。机器人有4条履带，一只操作臂和9种采集数据用的采集装置，包括摄像机、热分布指示器和气体浓度测量仪。
攀登营救机器人：攀登营救机器人于1993年第一次使用。当高层建筑物的上层突然发生火灾时，机器人能够攀登建筑物的外墙壁去调查火情，并进行营救和灭火工作。该机器人能沿着从建筑物顶部放下来的钢丝绳自己用绞车向上提升，然后它可以利用负压吸盘在建筑物上自由移动。这种机器人可以爬70米高的建筑物。
真空泵
喷射器
车轮式
移动速度快，转向方便，着地面小，无须加供气装置，但要求壁面有一定光滑度，越障能力低
移动速度快，控制方便，维持吸附力较困难，能力低，噪音大，徐供气设备，可达高真空，对壁面适应性好
路带式
着地面积大，对壁面适应性强，行走速度快，负载能力大，但转向不易，适于多吸盘结构
可将吸盘布置于履带上，个吸盘的真空度由喷射器产生，对壁面适应性强，越障能力大，需供气装置
足腿式
能跨台阶，但动作是间歇的，速度不快，可以实现多吸盘形式，但负载能力不大，无需供气装置
需供气装置，可实现多吸盘形式，间歇动作，真空度高，但噪声大，负载能力小
表1-2各种爬壁机构性能比较
Table1-2All sorts of climbing performance comparison institutions
救护机器人：救护机器人于1994年第一次投入使用。这种机器人能够将受伤人员转移到安全地带。机器人长4米，宽1.74米，高1.89米，重3860公斤。它装有橡胶履带，最高速度为4公里/小时。它不仅有信息收集装置，如电视摄像机、易燃气体检测仪、超声波探测器等；还有2只机械手，最大抓力为90公斤。机械手可将受伤人员举起送到救护平台上，在那里可以为他们提供新鲜空气。[2]
不仅我国，在世界上消防工作也是一个大难题，各国政府千方百计地将火灾的顺势降到最低，然而并未取得显著性效果，面对无情的火灾，各国已将目光对准了消防机器人。
1984年11月，在日本东京的一个电缆隧道内发生了一起火灾，消防队员不得不在浓烟和高温的危险环境下在隧道内灭火。这次火灾之后，东京消防部开始对能在恶劣条件下工作的消防机器人进行研究，目前已有五种用途的消防机器人投入使用。[1]
机械实施
控制实施
速度
运动平稳性
转向性能
载重自重比
越障能力
壁面适应性
壁面附设要求
偏心扭摆式
B
A
C
D
C
B
B
C
无
多层框架式
B
B
B
C
A
A
B
B
无
特种履带式
D
C
B
B
C
B
C
C
无
独立驱动足式
C
D
D
B
A
D
A
A
无ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
轮式及其变形
B
A
B
B
B
C
C
D
无
轮驱动规行式
B
A
A
A
无
A
D
D
有
索吊轨行式
A
表1-1各类爬壁机器人优缺点比较
Table1-1All kinds of climbing robot advantages and disadvantages
1.2同类产品比较
遥控消防机器人：1986年第一次使用了这种机器人。当消防人员难于接近火灾现场或有爆炸危险时，可使用这种机器人。这种机器人装有履带，最大行驶速度可达10公里/小时，每分钟能喷出5吨水或3吨泡沫。
喷射灭火机器人：这种机器人于1989年研制成功，属于遥控消防机器人的一种，用于在狭窄的通道和地下区域进行灭火。机器人高45厘米，宽74厘米，长120厘米。它由喷气式发动机或普通发动机驱动行驶。当机器人到达火灾现场时，为了扑灭火焰，喷嘴将水流转变成高压水雾喷向火焰。
此外，正对在坡度很陡的外壁上进行作业的高危险性，一种能在避免上贴附并能移动进行作业的爬壁机器人也受到关注，其需求的对象如：用于核电站路新内壁上清除污染物的机器人;用于放射性废液储存罐焊缝检查的壁面移动机器人；用于自动检查大型煤气球灌哈风的机器人；用于消防急救的壁面移动机器人等。[3]
壁面移动机器人必须具有两个基本功能：在壁面上的吸附功能和移动功能。按吸附功能分类：真空吸附和磁吸附两种形式：真空吸附法又分为单吸盘和多吸盘两种结构形式，具有不受壁面材料限制的优点，但当壁面凸凹不平时，容易使吸盘漏气，从而使吸附力下降，承载能力降低；磁吸附法可分为电磁体和永磁体两种，电磁体式维持吸附力需要电力，但控制较方便。永磁体式不受断电的影响，使用中安全可靠，但控制较为麻烦。磁吸附方式对壁面的凸凹适应性强，且吸附力远大于真空吸附方式，不存在真空漏气的问题；壁面行走机构的任务是将携带的作业装置运送到壁面的要求位置。按照作业对象的性质，对行走机构提出的基本功能要求出越障能力外，还应具备全方位转向功能，以便转向和行走方向偏离时的方位校正。行走机构有车轮式、履带式和腿足式，分两足和多足等。车轮式移动速度快，控制灵活，但维持一定的吸附力较困难；腿足式移动速度慢，但负载能力强；履带式队壁面的适应性强，且着地面积大，但不易转弯。此外，还有步进式、蠕动式、混合式和蛇行式移动方式等，适合于各种特别的场合。[4]
1前言
1.1立项背景
2010年3月29号，吉林省长春市一大型商品集散地昨晚20时发生火灾。经过十几个小时的紧张救援，长春市天元商厦火情得到控制。在此期间，长春、吉林两市出动消防车超过60辆，消防官兵200多人，全力扑救。但由于该大厦是木制框架结构，存放的又多为家居易燃品，加上楼外广告牌遮挡等问题，使得灭火工作一度进展困难。长春市消防支队张璐文:这儿有一些广告牌子，组织了喷水，如果没有广告牌，火早就控制住了！！
2007年１２日８时２０分许，温州市鹿城区人民路温富大厦的裙楼一楼“朵朵鲜”花店突发火灾。由花店包花纸和塑料花的燃烧导致大量的浓烟涌入二楼的舞厅。当时舞厅内有２００人左右，大部分逃生，但有１９人因一氧化碳中毒窒息死亡。花店里共有９人，７人逃生，２人烧死。过火面积１２７０平方米！！
据有关部门统计，2009年上半年，全国共发生火灾7.4万起，死亡655人，受伤297人，直接财产损失6.6亿元！！
消防侦察机器人：消防侦察机器人诞生于1991年，用于收集火灾现场周围的各种信息，并在有浓烟或有毒气体的情况下，支援消防人员。机器人有4条履带，一只操作臂和9种采集数据用的采集装置，包括摄像机、热分布指示器和气体浓度测量仪。
攀登营救机器人：攀登营救机器人于1993年第一次使用。当高层建筑物的上层突然发生火灾时，机器人能够攀登建筑物的外墙壁去调查火情，并进行营救和灭火工作。该机器人能沿着从建筑物顶部放下来的钢丝绳自己用绞车向上提升，然后它可以利用负压吸盘在建筑物上自由移动。这种机器人可以爬70米高的建筑物。
真空泵
喷射器
车轮式
移动速度快，转向方便，着地面小，无须加供气装置，但要求壁面有一定光滑度，越障能力低
移动速度快，控制方便，维持吸附力较困难，能力低，噪音大，徐供气设备，可达高真空，对壁面适应性好
路带式
着地面积大，对壁面适应性强，行走速度快，负载能力大，但转向不易，适于多吸盘结构
可将吸盘布置于履带上，个吸盘的真空度由喷射器产生，对壁面适应性强，越障能力大，需供气装置
足腿式
能跨台阶，但动作是间歇的，速度不快，可以实现多吸盘形式，但负载能力不大，无需供气装置
需供气装置，可实现多吸盘形式，间歇动作，真空度高，但噪声大，负载能力小
表1-2各种爬壁机构性能比较
Table1-2All sorts of climbing performance comparison institutions
救护机器人：救护机器人于1994年第一次投入使用。这种机器人能够将受伤人员转移到安全地带。机器人长4米，宽1.74米，高1.89米，重3860公斤。它装有橡胶履带，最高速度为4公里/小时。它不仅有信息收集装置，如电视摄像机、易燃气体检测仪、超声波探测器等；还有2只机械手，最大抓力为90公斤。机械手可将受伤人员举起送到救护平台上，在那里可以为他们提供新鲜空气。[2]
不仅我国，在世界上消防工作也是一个大难题，各国政府千方百计地将火灾的顺势降到最低，然而并未取得显著性效果，面对无情的火灾，各国已将目光对准了消防机器人。
1984年11月，在日本东京的一个电缆隧道内发生了一起火灾，消防队员不得不在浓烟和高温的危险环境下在隧道内灭火。这次火灾之后，东京消防部开始对能在恶劣条件下工作的消防机器人进行研究，目前已有五种用途的消防机器人投入使用。[1]
机械实施
控制实施
速度
运动平稳性
转向性能
载重自重比
越障能力
壁面适应性
壁面附设要求
偏心扭摆式
B
A
C
D
C
B
B
C
无
多层框架式
B
B
B
C
A
A
B
B
无
特种履带式
D
C
B
B
C
B
C
C
无
独立驱动足式
C
D
D
B
A
D
A
A
无ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
轮式及其变形
B
A
B
B
B
C
C
D
无
轮驱动规行式
B
A
A
A
无
A
D
D
有
索吊轨行式
A