爬壁机器人能源工业应用与发展
磁吸附爬壁机器人
• 新型传感器技术与算法的研究与应用
• 控制系统与传感器技术的集成与优化
磁吸附爬壁机器人未来应用前景与挑战
应用前景：
• 建筑、桥梁检测等领域的广泛应用
• 反恐救援、航空航天等领域的拓展应用
• 石油化工、矿山等领域的潜在应用
挑战：
• 磁吸附技术的进一步提高与优化
• 机器人结构设计的创新与发展
• 优化磁吸附装置的结构与性能
机器人结构设计及其优化
结构设计：
结构优化：
• 主体结构：包括机架、底盘、四肢等
• 轻量化设计：降低机器人本体重量，提高吸附性能
• 吸附装置：包括永磁吸附装置、电磁吸附装置等
• 模块化设计：方便维修与升级，提高通用性
• 驱动装置：包括电机、减速器、驱动轮等
• 紧凑化设计：减小机器人体积，提高越障性能
• 控制系统与传感器技术的性能
爬升与下降性能优化方法：
• 优化机器人结构设计与爬升能力
• 提高吸附装置与墙壁之间的吸附力
• 提高控制系统与传感器技术的性能
04
磁吸附爬壁机器人的实际应用案例
磁吸附爬壁机器人在建筑领域的应用
01
墙面清洗与装饰：
• 利用磁吸附爬壁机器人进行自动清洗与装饰
• 提高清洗效果与工作效率
03
磁吸附爬壁机器人性能分析
吸附性能分析与优化
吸附性能影响因素：
• 磁铁类型与性能
• 磁吸附装置的结构与设计
• 机器人本体的重量与姿态
吸附性能优化方法：
• 选择合适的磁铁类型与性能
• 优化磁吸附装置的结构与设计
• 控制机器人本体的重量与姿态
越障性能分析与优化
爬壁机器人研究现状与技术应用分析
爬壁机器人研究现状与技术应用分析目前，爬壁机器人的研究主要集中在以下几个方面：第一，爬壁机器人的结构设计与材料选择。
为了实现在垂直或倾斜表面的爬行，需要设计具备足够吸附力的足部结构。
研究者通过模仿壁虎等动物的足部结构，设计出了各种新型的吸附装置。
同时，选择合适的材料也是关键，常见的材料包括硅胶、微纳米毛发等。
第二，爬壁机器人的运动控制与感知系统。
爬壁机器人需要基于环境信息进行定位和导航，同时需要通过传感器获取周围环境的变化。
研究者发展了多种导航算法和传感器技术，如视觉导航、激光雷达等，以提高爬壁机器人的感知与控制能力。
第三，爬壁机器人的动力系统研究。
爬壁机器人需要具备足够的动力来支撑其在垂直或倾斜表面上的移动。
为此，研究人员开发了各种类型的动力系统，如电池、电机、液压系统等，以满足不同需求的爬壁机器人。
第一，建筑工程领域。
爬壁机器人可以用于高空外墙维护、玻璃清洗等工作。
与传统人工作业相比，爬壁机器人可以提高作业效率，减少人力风险。
第二，军事领域。
爬壁机器人可以用于侦察、侦查、搜救等任务。
通过在垂直或倾斜表面上自由移动，爬壁机器人可以到达人类无法到达的地方，提供重要的信息。
第三，工业生产领域。
爬壁机器人可以在工业设备等狭小和垂直场所进行作业，如管道检测、焊接等。
这可以提高工业生产的效率和安全性。
第四，医疗领域。
爬壁机器人可以用于内窥镜等医疗设备中，实现更准确、精细的操作。
这对于微创手术和诊断具有重要意义。
总之，随着科技的不断进步，爬壁机器人在各个领域的研究与技术应用正在不断发展。
未来，爬壁机器人有望在更多领域发挥其独特优势，为人们的生产和生活带来更多的便利和安全。
壁面移动机器人吸附方式的研究现状与发展_汪家斌
3 吸附方式的发展趋势
经过对壁面移动机器人国内外现状的分 析与研究，并且结合机器技术发展的总体趋 势[12～15]，我们认为壁面移动机器人吸附方式的 发展具有如下趋势。
3.1 吸附方式将更多地采用干性粘合剂
真空吸附方式和磁吸附方式技术发展已 经相对成熟，并伴随着商用化产品的出现，在 一定范围内得到较大的应用，但其缺点限制了 进一步的推广与应用。干性粘合剂作为一种仿 生智能材料，能够适应各种材质壁面，无噪音， 虽然目前其吸附能力还比较差，但随着 MEMS 加工技术和新材料的发展，人造壁虎脚掌的性 能将会有明显提升。目前，西方发达国家都很 重视对壁虎脚掌仿生材料的研究，我国南京航 空航天大学也已经开展相关方面的研究。
对于多吸附盘机器人，日本化工机械技术 服务株式会社研制多吸附盘履带式真空吸附 爬壁机器人“VACS”[6]，它的主要技术特点是 在履带上做出多个独立的吸附室，当某个吸附 室与壁面相接处时，他就自动与真空管路相连
而形成真空腔，而当吸附室与壁面脱离时，能 自动与真空管路断开，每个吸附室的真空均由 各自的真空发生器产生。
近年来，机器人在各个领域中得到广泛的 应用。爬壁机器人作为高空作业的一种自动装 置，已在高强度、高危险环境中得以应用。这 种作业方式替代了人的高空作业，降低了操作 的危险性，大大提高了检测效率。因此爬壁机 器人的研究和应用有着极其重要的工程应用
背景和非常广泛的应用前景，受到各国学者的 广泛重视。壁面移动机器人主要用于核工业、 石油化工业、建筑业、造船业、消防等行业[1,2]， 作为能够在垂直陡壁上进行作业的高空极限 作业的自动装置，越来越受到人们的重视。
（a）
（b）
图 5 推力吸附机器人
作业[16～21]。在满足功能要求的前提下，体积小、 质量轻的机器人可较小能耗，具有较高灵活 性，并且在某些特殊场合也需要机器人具有小 的体积。各种微型驱动元件、控制元件及能源 供应方式的发展，为小型化、微型化奠定了基 础。因此，壁面移动机器人的小型化和微型化 是未来非常重要的一个发展趋势。小型化、微 型化是当前爬壁机器人发展的趋势。为了适应 爬壁机器人的微小化，新的吸附方式正在开发 研究。仿生微型机器人是今后吸附方式发展的 一个必然趋势。
水下爬壁机器人关键技术
采用节能设计和技术，如低功耗电路、能量回收技术等，以降低能 源消耗。
能源系统的安全与可靠性
防水防潮设计
为确保能源系统在水下环境中的稳定运行，采用防水防潮设计。
故障诊断与恢复
为能源系统配备故障诊断和恢复功能，当出现故障时，能够快速诊 断并恢复正常运行。
过载保护
为防止能源系统过载，采用过载保护功能，当输出超过限定值时， 自动切断电源或降低输出功率。
06
技术挑战与未来发展
技术瓶颈与解决方案
技术瓶颈
水下爬壁机器人面临着诸多技术瓶颈，如水下环境复杂多变、机器人动力不足、定位精度不高等问题，需要针对 具体问题进行技术突破。
解决方案
针对水下环境复杂多变的问题，可以研发先进的传感器和算法以提高机器人对环境的感知和适应能力；针对机器 人动力不足的问题，可以优化机械结构和能源系统以提高机器人的续航能力；针对定位精度不高等问题，可以利 用先进的导航算法和传感器提高机器人的定位精度。
超声波通信
利用超声波在水下进行信息传输，具有传播距离 远、抗干扰能力强的优点，但易受到水温、盐度 、压力等多种因素影响。
无线电通信
利用无线电波在水下进行信息传输，具有传输速 率快、覆盖范围广的优点，但易受到水介质的吸 收和折射影响。
光纤通信
利用光纤在水下进行信息传输，具有传输速率快 、抗干扰能力强、传输距离远的优点，但需要铺 设光缆，成本较高。
水下导航技术
惯性导航技术
利用陀螺仪和加速度计等惯性 传感器，测量机器人的姿态、 速度和位置等信息，实现自主
导航。
视觉导航技术
通过水下摄像机获取水下环境的图 像信息，利用计算机视觉技术进行 图像处理和特征提取，实现机器人 的通 过接收回波信号测量机器人与目标 物体之间的距离和方位，实现自主 导航。
爬壁机器人发展现状
脐带缆检测机器人发展2为了实现机器人的三维空间运动能力，机器人在作业中的爬壁能力越来越受到关注，随着科技的不断进步，目前爬壁机器人按爬壁机构划分可以分成6大类：真空吸附型、微针吸附型、抓握型、粘结剂吸附型、静电力吸附型、以及磁力吸附型。
真空吸附型是一种较为轻便，且易于控制的吸附类型，主要依靠真空负压原理，使得吸盘吸附在壁上。
这种吸附存在明显缺陷，就是在不平整的墙面上，吸盘的吸附能力急剧下降，所以这种机器人的适应范围被限制在表面粗糙度较小，表面相对平整的壁面。
另外这种吸附，抽真空过程较长，这也限制了机器人的运动速度。
真空吸附依赖的真空负压原理也决定了该类吸附仅仅适用于非真空条件下作业。
采用这种吸附方式的机器人有吕贝克大学的DEXTER机器人和香川大学的WallWalker机器人等。
微针式是为了克服真空吸附型难以吸附不平整墙面设计制作而成的，微针附着型爬壁机器人利用大量的微型针状吸盘与墙壁同时接触，使得负载平均分布在有效的针上面从而实现吸附，这种吸附方式可以克服真空吸附难以吸附不平整墙面的弊端。
合成干性粘合剂型和抓握型爬壁机器人都是适用于在不平整的墙面进行行走，他们都是利用仿生学原理设计而成。
抓握式爬壁机器人则是模仿了灵长类的攀爬动作设计而成，它同样可以克服不平整墙面的弊端，但是他对攀爬的物体表面仍然有一定的要求，墙面必须为攀爬提供足够大的缝隙或突出物，为爬壁机器人的攀爬做支撑，Stanford大学的LEMUR IIb爬壁机器人采用的就是这种攀爬方式。
合成干性粘合剂是仿造壁虎的脚趾结构制作而成，壁虎的脚趾上有数亿根5um的刚毛，每条刚毛纤维上有数百条直径200nm的纳米纤维，这样精细的结构使得吸盘与墙壁之间产生足够客观的分子级别的吸附力，由于这种结构具有防水性，所以可以进行清水自行清洗，但是Mellon大学研制的壁虎爬壁机器人Geckobot，经过实验发现虽然这种机器人可以爬上斜度达85度的有机玻璃光滑壁面，但是长期使用发现，其固态吸附粘结剂聚氧烷（RDMS）很容易受到环境中的灰尘的影响，使吸附能力下降。
爬窗机器人的发展现状.
发展现状一、国内外的发展现状长期以来,人们就想往能在垂直陡壁上爬行,进行各种作业。
近年来出现的爬壁机器人,实现了这种理想。
由于在垂直陡壁上作业是非常困难和危险的,超越了人的能力极限,所以在国外称此类机器人为极限作业机器人。
它一经问世,就受到了各方的重视。
1966年,日本的西亮教授首次研制成功壁面移动机器人样机,并在大阪府立大学表演成功。
这是一种依靠负压吸附的爬壁机器人。
随后出现了各种类型的爬壁机器人,到80年代末期已经开始在生产中应用。
日本在开发爬壁机器人方面发展最为迅速,主要应用在建筑行业与核工业。
日本清水建设公司开发了建筑行业用的外壁涂装与贴瓷砖的机器人,他们研制的负压吸附清洗玻璃面的爬壁机器人,曾为加拿大使馆清洗。
东京工业大学开发了无线遥控磁吸附爬壁机器人。
在日本通产省"极限作业机器人"国家研究计划支持下,日晖株式会社开发了用于核电站大罐的负压吸附壁面检查机器人。
它有两个独立的负压吸盘,可以在遥控下由地面自动爬行到大罐的弧形壁面,作视觉检查与测厚,并可以跨越障碍。
日本关西电力株式会社开发了核电站壁面点检的爬壁机器人,移动速度为每分5米,负重50公斤。
日立制造所研制了履带式磁吸附检查机器人,带有超声检测装置。
由于采用了负荷分散机构,它能够适应各种凹凸不平的曲面和棚顶。
英国在爬壁机器人领域取得许多成果。
90年代初RTD公司推出了轮式磁吸附爬壁机器人(取名Beetle,已作为商品销售。
最高爬行速度达每分12米,可以自动记录每隔一定距离的壁厚,最高爬行高度为25米。
英国南岸大学于1994年研制成功多足多吸盘气动型爬壁机器人,可以携带一个小工业机器人(例如PUMA260,进行超声检测。
它自重22公斤,负重20公斤。
最近来自英国的报道,一种取名为罗布格三号的爬壁机器人在贝德福市作演示。
它有8条腿,类似巨型蜘蛛,能负重100公斤,可越障,能将砖放入准确位置,研制者计划将其应用于建筑行业。
爬壁机器人的研究现状
基金项目：气体绝缘金属封闭开关内部检测壁虎机器人研发及应用（编号：GZHKJXM20170068）收稿日期：2019－06－14爬壁机器人的研究现状*程思敏，陈韦宇，丛培杰（广州供电局有限公司，广东广州510620）摘要：随着移动机器人的迅速发展，壁面爬行机器人得到了各界的高度重视，并在很多领域得到了广泛的应用。
通过对现有爬壁机器人的相关应用进行分析，根据其吸附方式、移动结构、驱动方式等介绍了目前爬壁机器人的种类和研究现状。
由于存在跨越障碍未能从根本上克服的问题，因此目前爬壁机器人离大规模的应用仍然存在一定的差距。
但随着吸附技术、机器人传感技术的飞速发展以及电池能量密度的不断增加，不再局限在有限的空间，拥有一定自主决策能力、不再有电缆的爬壁机器人将是未来的发展趋势。
关键词：爬壁机器人；吸附方式；移动机构；驱动方式；发展趋势中图分类号：TP242.3文献标志码：A文章编号：1009－9492(2019)09－0006－05Research Status for Wall-Climbing RobotCHENG Si-min ，CHEN Wei-yu ，CONG Pei-jie（Guangzhou Power Supply Bureau Co ．，Ltd ．，Guangzhou 510620，China ）Abstract:With the rapid development of mobile robots ，wall crawling robots have received great attention from all walks of life ，and have beenwidely used in many fields.Based on the analysis of related applications of existing wall-climbing robots ，the types and research status of wall-climbing robots were introduced according to their adsorption mode ，moving structure and driving mode.Because there are some problems thatcan not be overcome fundamentally by crossing obstacles ，there is still a certain gap between wall-climbing robots and large-scale applications.However ，with the rapid development of adsorption technology ，robotic sensing technology and the increasing energy density of batteries ，it is no longer confined to limited space.Wall-climbing robots with certain autonomous decision-making ability and no more cables will be the future development trend.Key words:wall-climbing robot ；adsorption method ；mobile structure ；driving method ；development trendDOI:10.3969/j.issn.1009-9492.2019.09.003程思敏，陈韦宇，丛培杰.爬壁机器人的研究现状［J ］.2019，48（09）：6-10.0引言随着移动机器人的迅速发展，壁面爬行机器人得到了各界的高度重视，并在军事、工业以及民用等领域得到了广泛的应用。
壁面爬行机器人研究与发展
壁面爬行机器人研究与发展崔旭明;孙英飞;何富君【摘要】介绍了壁面爬行机器人的用途和传统爬壁机器人的结构、吸附方式、移动方式及其特点,阐述了壁面移动式机器人在国内外的发展概况,并对未来爬壁机器人结构及发展趋势作出预测.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2010(010)011【总页数】6页(P2672-2677)【关键词】壁面爬行机器人;吸附;移动【作者】崔旭明;孙英飞;何富君【作者单位】大庆石油学院,大庆,163318;大庆石油学院,大庆,163318;大庆石油学院,大庆,163318【正文语种】中文【中图分类】TP242.61进入21世纪以来，机器人在各行各业中都得到了广泛的应用和发展，其研究与应用水平已成为一个国家经济实力和科技发展水平的重要标志。
爬壁机器人是特种机器人的一种，是在恶劣、危险、极限等情况下进行特定作业的一种自动化机械装置，如今越来越受到人们的重视。
为使其尽快完善，对壁面移动机器人的研究已成为机器人技术发展的热点之一。
目前爬壁机器人已在核工业、石化工业、建筑工业、消防部门、造船业等领域得到了应用［1—4］。
1 传统爬壁机器人的结构、吸附方式、移动方式及其特点爬壁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。
传统爬壁机器人按吸附功能可分为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［5—10］。
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，但要求壁面必须是导磁材料，因此严重地限制了爬壁机器人的应用环境［11—18］。
爬壁机器人按移动功能分主要是吸盘式、车轮式和履带式［19—25］。
爬壁机器人研究现状与技术应用分析_闫久江
爬壁机器人研究现状与技术应用分析*闫久江，赵西振，左干，李红军*（武汉纺织大学机械工程与自动化学院，湖北武汉430073）摘要：自1966年日本的A．NISHI 设计出了基于负压吸附爬壁机器人样机以来，爬壁机器人技术在世界范围内得到了迅速的发展，无论从吸附方式、运动形式还是应用途径方面都有了长足的进步；在这近50年的发展历程中，形式各样的研究成果层出不穷，但是爬壁机器人研究成果的应用前景一直不容乐观，鲜有应用成果，大多处于基础研究阶段，陷入技术瓶颈中，结合国内外爬壁机器人研究现状，分析爬壁机器人研究中的技术难点，探讨未来爬壁机器人发展与应用前景。
关键词：爬壁机器人研究现状技术应用分析中图分类号：TP242．2文献标志码：A文章编号：1007－4414（2015）03－0052－03Ｒesearch Status and Analysis of Technology Application for Wall －Climbing ＲobotYAN Jiu －jiang ，ZHAO Xi －zhen ，ZUOGan ，LI Hong －jun *（College of Mechanical Engineering ＆Automation ，Wuhan Textile University ，Wuhan Hubei 430073，China ）Abstract ：Since the Japan's A．NISHI design out of the negative pressure of wall －climbing robots based on the prototype in 1966，the wall －climbing robots technology has been rapidly developed in the world ，and it has made considerable progress on the aspects of adsorption mode ，movement forms or ways of application ；in the nearly 50years of development history ，the va-rious research results were emerged in endlessly ，but the application prospect of wall －climbing robots research was not so good．There is little achievement ，mostly in the basic research stage ，and to the technical bottleneck．This paper combines do-mestic and foreign research status of the wall －climbing robots ，analyzing the technological difficulties of the wall －climbing robots ，and discussing the future development and application prospect of wall －climbing robots．Key words ：wall －climbing robot ；research status ；analysis of technology application0引言机器人是传统的机构学与近代电子技术相结合的产物［1］，爬壁机器人作为移动机器人领域一个重要组成部分，它是将移动机构（车轮、履带、腿等）与将它吸附在壁面上的吸附机构（磁铁、吸盘等，根据使用环境选择）组合起来实现的，它将地面移动技术拓展到垂直空间上，充实了机器人的应用范围。
爬壁机器人技术研究现状及展望
科技风 +,-. 年 - 月
ห้องสมุดไป่ตู้
爬壁机器人技术研究现状及展望
王思佳4 吴珊红4 李4雷
西南石油大学!四川成都!&#$'$$
摘4要近年来移动机器人技术飞速发展很多种类的移动机器人开始应用到实际中 爬壁机器人作为移动机器人领域的一 个重要分支把地面移动机器人技术与吸附技术有机结合起来大大扩展了机器人的应用范围 本文通过对爬壁机器人应用及研 究目的分析根据其行走机构介绍了目前爬壁机器人的种类最后进一步讨论了目前磁吸附爬壁机器人的发展趋势
. All R)&i$g轮h式t爬s 壁R机e器se人rved.
在各种移动机构中"轮式移动机构最为常见"也是磁吸附 爬壁机器人中比较早出现的一种行走机构& 它的主要优点是 运动速度快"结构简单"系统稳定性高"但是它也存在吸附力不 易控制"壁面适应能力差等问题&
瑞士苏黎世联邦理工大学的 9&B/;,CD:%B&<E,CD等人提出 了磁轮爬墙机器人&#$$ 该系统有一对) 母子* 机器人"较大的机 器人' 母亲( 只在厚的金属板处移动"其质量对环境结构稳定性 并不重要"所以这种机器人可建造的足够大"可轻松越过各种 障碍"较小的机器人' 孩子( 不具备垂直攀爬能力"只能水平移 动"工作时"较大的机器人背着较小的机器人越过焊缝和其他 障碍物"到达焊接处时"较小的机器人在金属板的焊接处水平 地移动"进行探测&
风电塔筒爬壁机器人吸附结构设计分析
风电塔筒爬壁机器人吸附结构设计分析摘要：爬壁机器人是移动机器人领域的一个重要分支，其能在垂直壁面上灵活移动，在极限条件下代替人工完成各种作业任务，是目前机器人研究领域的热点之一。
此外，爬壁机器人作为一类特殊的机器人，在核工业、石化企业、建筑业等行业有着良好的应用前景。
基于此，文章对风电塔筒爬壁机器人吸附结构设计进行了详细的论述。
关键词：风电塔筒；爬壁机器人；吸附结构设计风能作为一种绿色环保能源，在世界各地区得到了广泛的应用。
作为风能收集的载体——风电塔筒，因其在制造、装配等过程中存在的问题以及在长期使用后塔筒疲劳，易出现裂纹、表面锈蚀等现象，若不及时实施相应的检修措施会导致塔筒坍毁的严重事故。
而爬壁机器人具有在高空壁面行走和负载等能力，可作为平台实现多种高空极限作业。
因此，爬壁机器人在塔筒上的应用具有重要意义。
一、爬壁机器人简介爬壁机器人又称磁吸附壁面移动机器人等，是特种机器人的一种，能凭借磁吸效应自动在大型金属立面或其它悬壁面连续进行清理工作。
一般采用永磁吸附的方式吸附在金属壁面，从而完成壁面清理工作。
通常，将完成清扫、除锈、喷漆的机器人，也统一归为磁吸附爬壁机器人或爬壁机器人。
此外，爬壁机器人必须具备吸附和移动两个基本功能，而常见吸附方式有负压吸附和永磁吸附两种。
其中负压方式可通过吸盘内产生负压而吸附于壁面上，不受壁面材料的限制；永磁吸附方式则有永磁体和电磁体两种方式，只适用于吸附导磁性壁面。
爬壁机器人主要用于石化企业对圆柱形大罐进行探伤检查或喷漆处理，或进行建筑物的清洁和喷涂。
二、爬壁机器人结构方案设计1、整体方案布局。
设计风电塔筒爬壁机器人目的是为了能替代人工对风电塔筒的检修，因此要求爬壁机器人能安装不同检修装置，并通过在工作表面进行运动，完成检修任务。
综合现有研究成果及生产需求，爬壁机器人要求达到的基本技术指标为：最大尺寸≤550×550×200mm；机器人总重≤40kg；移动速度6～8m•min-1；爬行高度80～120m；越障能力≥10mm；变径能力±6°。
磁吸附爬壁控制系统的现状与发展
2016 NO.01SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION工 业 技 术53科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 1 磁吸附爬壁控制系统的研究意义随着现代技术的不断发展和人的观念的更新,对于一些高危工作和繁重劳动人们逐渐开始用科技的眼光审视,因此爬壁机器人便应用而生。
爬壁机器人作为一种特种机器人,能够在高、陡的壁面上作业,替代了人的工作,实现了人类的解放。
爬壁机器人于1966年由日本的西亮教授研制成功,并且实现了地面的移动和吸附技术两者之间的融合,提高机器人在垂直墙壁上的运动功能,爬壁机器人应用的领域十分广泛,主要分为6个重要的行业。
在核工业中的应用主要是检测核反应堆,对核废液储罐的壁厚和焊缝进行检查。
在石化工业中的应用主要是在立式和球形的金属罐表面以及内壁进行喷漆和喷砂作业,目的是为了防腐和除锈在建筑行业的应用主要是对高层建筑外表面的瓷砖、玻璃进行清洗。
在造船业中的应用主要是在大型的船舶表面进行喷漆和除锈等作业。
在消防部门的应用主要是传送救援的物资等。
在侦查活动中主要用于军事的反恐,能够嵌入到敌人的内部进行环境的监测。
2 磁吸附爬壁控制系统国内外研究现状自从日本第一个爬壁机器人诞生以来,爬壁机器人便获得了①作者简介:郑东梅(1977,6—),女,汉,硕士研究生,现为榆林职业技术学院专业教师,讲师,多年从事机床加工工艺、数控技术、自动检 测技术的教学和研究。
王庆喜(1977,8—),男,汉,硕士研究生,现为榆林职业技术学院专业教师,讲师,多年从事机床加工工艺、数控技术、CAD/CAM/CAE的教学和研究。
DOI:10.16661/ki.1672-3791.2016.01.053磁吸附爬壁控制系统的现状与发展①郑东梅 王庆喜(榆林职业技学院 陕西榆林 719000)摘 要:该文通过对国内外磁吸附爬壁机器人以及控制系统的研究进行分析,探讨国内外在爬壁机器人研究中的新技术,洞察爬壁机器人未来的发展趋势,从而为我国爬壁机器人的进一步研究提供可靠的参考依据。
爬壁机器人技术的应用_王炎
爬壁机器⼈技术的应⽤_王炎爬壁机器⼈技术的应⽤刘淑霞 王 炎 徐殿国 赵⾔正(哈尔滨⼯业⼤学机器⼈研究所 150001)摘 要 本⽂简要介绍了哈尔滨⼯业⼤学机器⼈研究所研究开发的负压吸附和磁吸附两个系列共5个品种的壁⾯爬⾏机器⼈,介绍了其关键技术、实现的功能及达到的技术⽔平等.关键词 爬壁机器⼈,负压吸附,磁吸附1 引⾔机器⼈是传统的机构学与近代电⼦技术相结合的产物,是计算机科学、控制论、机构学、信息科学和传感技术等多学科综合性⾼科技产物,它是⼀种仿⼈操作、⾼速运⾏、重复操作和精度较⾼的⾃动化设备.机器⼈技术的出现和发展,不但使传统的⼯业⽣产和科学研究发⽣根本性的变化,⽽且将对⼈类的社会⽣活产⽣深远的影响.我国从1987年实施国家“863”⾼技术研究发展计划以来,把智能机器⼈确⽴为⾃动化领域的主体之⼀,在特种机器⼈、机器⼈应⽤⼯程、机器⼈基础学科等⽅⾯取得了很⼤成绩.爬壁机器⼈是能够在垂直陡壁上进⾏作业的机器⼈,它作为⾼空极限作业的⼀种⾃动机械装置,越来越受到⼈们的重视.概括起来,爬壁机器⼈主要⽤于:(1)核⼯业:对核废液储罐进⾏视觉检查、测厚及焊缝探伤等;(2)⽯化企业:对圆柱形⼤罐或球形罐的内外壁⾯进⾏检查或喷砂除锈、喷漆防腐;(3)建筑⾏业:喷涂巨型墙⾯、安装瓷砖、壁⾯清洗、擦玻璃等;(4)消防部门:⽤于传递救援物资,进⾏救援⼯作;(5)造船业:⽤于喷涂船体的内、外壁等.壁⾯移动机器⼈必须具有两个基本功能[1]:在壁⾯上的吸附功能和移动功能.按吸附机能来分,可分为真空吸附爬壁机器⼈与磁吸附爬壁机器⼈: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,但当壁⾯凹凸不平时,容易使吸盘漏⽓,从⽽使吸附⼒下降,承载能⼒降低;磁吸附法可分为永磁铁和电磁铁两种,要求壁⾯必须是导磁材料,但它的结构简单,吸附⼒远⼤于真空吸附⽅式,且对壁⾯的凹凸适应性强,不存在真空吸附漏⽓的问题,因⽽当壁⾯是导磁材料时优先选⽤磁吸附爬壁机器⼈.移动⽅式有车轮式、履带式和⾜脚引式(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;履带式对壁⾯的适应性强,着地⾯积⼤、不易转弯;脚步⾏式移动速度慢,但带载能⼒强.根据不同的吸附与移动⽅式可以组成多种不同形式的壁⾯移动机器⼈.哈尔滨⼯业⼤学机器⼈研究所特种机器⼈研究室从1988年开始在国家“863”⾼技术的⽀持下,率先从事爬壁机器⼈的研究,已先后开发出两个系列共5个品种的爬壁机器⼈,处于国内领先⾏列,在国际上也受到众多同⾏的瞩⽬.我们将分别介绍如下.第21卷第2期1999年3⽉机器⼈ R OBOT V ol.21,No.2M arch,1999 ?国家“863”计划智能机器⼈主题资助项⽬.1998-11-05收稿DOI:10.13973//doc/7d0388c55f0e7cd1842536e0.html k i .rob ot.1999.02.0132 单吸盘轮式壁⾯爬⾏机器⼈图1 单吸盘轮式⽓囊密封结构我们研制的单吸盘轮式⽓囊密封装置的壁⾯移动机器⼈[2],有吸附机构和移动机构两⼤部分,如图1所⽰.移动机构由电机、减速器、车轮构成,吸附机构包括真空泵、压⼒调节阀、密封机构等.真空泵是产⽣负压的装置,其功能是不断地从负压腔内抽出空⽓,使负压腔内形成⼀定程度的真空度.为维持机器⼈负压腔内的负压,还需要有密封机构,使机器⼈可靠地吸附在壁⾯上并产⽣⾜够的正压⼒,从⽽使驱动机构产⽣⾜够的摩擦⼒以实现移动功能.由于⽓囊密封装置具有较好的弹性,在壁⾯有凹凸时,通过⽓囊的变形来减⼩缝隙的⾼度,可使机器⼈具有⼀定的越障能⼒,且充⽓量可由调节阀来控制.调节弹簧的作⽤有两个:⼀是为密封圈提供密封所必需的正压⼒,⼆是提⾼⽓垫对壁⾯的适应能⼒,还可起到减震的作⽤.负压的控制通过调节真空泵的电机电压来改变电机的转速,同时采⽤负压传感器作为检测元件,实时检测负压的变化,为调整压⼒提供依据.设置压⼒调节阀改变机器⼈本体内的真空度,可防⽌真空泵因腔内真空度过⾼⽽冷却空⽓较少⽽发热.2.1 壁⾯爬⾏遥控检查机器⼈核废液是储放在储存场地下的不锈钢储罐中,具有强的放射性腐蚀作⽤,国外只有少数国家能进⾏废液固化处理,其他⼤部分还只能⽤储存罐存放,所以定期对罐壁状态进⾏检测是当务之急.壁⾯爬⾏遥控检查机器⼈是国家"863"⾼技术计划智能机器⼈主题之⼀,包括爬壁机器⼈、带机械⼿的运载⼩车、遥控⼯作站和超声检测系统,由哈⼯⼤机器⼈研究所、沈阳⾃动化所等5家单位协同攻关,经过5年时间研制成功的我国第⼀台能进⾏遥控检查的机器⼈,各项技术指标均达到了“863-512-13”技术合同,本项⽬获1995年度航天⼯业总公司科技进步⼀等图2 壁⾯爬⾏遥控检查机器⼈奖、1996年度国家科技进步三等奖.我们研制的壁⾯爬⾏机器⼈是主题分系统之⼀,包括爬壁机器⼈本体和控制系统两部分.其任务是携带超声检查系统、视觉系统、照明系统对核废液储存罐罐壁焊缝缺陷及外观进⾏检查,以便及时发现因核废液腐蚀等原因造成的泄漏隐患,确保环境安全,爬壁机器⼈本体如图2所⽰.2.1.1 主要技术指标a )机器⼈爬⾏速度:0～2m /min(⽆级可调);b )机器⼈移动⽅式:全⽅位,电驱动;c )控制⽅式:有线遥控,并可实现程序控制;d)吸附⽅式:负压吸附(正常负压为-600mm H 2O);e)机器⼈本体外形尺⼨:≤550×650×250mm;f )机器⼈本体重量:≤30Kg ;g )机器⼈最⼤负载:≤15Kg;149第21卷第2期刘淑霞等: 爬壁机器⼈技术的应⽤h )作业功能:有负压检测、姿态检测、接近传感器、超声检查系统、视觉系统等.2.1.2 系统组成及功能⾃主运载⼩车将机器⼈运达指定地点,由机械⼿将机器⼈送上壁⾯,作业完成后再取下送回.机器⼈本体实现在壁⾯上的吸附与移动,并能携带两台摄像头,⼀台超声波探头和两台照明设备,对核废液储存罐罐壁焊缝缺陷及外观进⾏检查.利⽤摄像机构成机器⼈的视觉系统,⽤来检查路径上的障碍和机器⼈运动的⼯作状态,以便进⾏遥控.全⽅位移动机构由4个全⽅位车轮[3]独⽴驱动构成,全⽅位车轮与普通车轮的最⼤区别就是其轮上有⼀圈斜向放置的可⾃由滚动的斜滚⼦,它的独特功能是不需轮⼦转弯,即可横⾏或任意⽅向斜⾏移动.2.1.3 控制系统控制系统由3部分组成,(1)为维持负压腔内的负压需有负压控制(如上略).(2)全⽅位车轮的控制系统是由⼯业计算机STD 总线为中⼼,通过计算机编程,控制4台直流电机的转速和转向,使计算机在壁⾯上以不同的速度进⾏全⽅位移动.电机采⽤法国ALSTON 公司⽣产的三位⼀体的直流伺服电动机,集电机、测速机和码盘为⼀体,驱动器亦采⽤该公司的配套产品,采⽤双闭环的模拟PI 调节器,具有过流、过压、过速和⽋压保护,性能可靠.(3)为使机器⼈能在壁⾯上⾛出平稳的直线,采⽤美国⽣产的倾斜计(LU CAS )作为姿态校正传感器,使机器⼈⾏⾛系统形成姿态闭环控制,适时调整机器⼈的当前位置,使全⽅位车体的控制变得简单,也给检测系统带来⽅便.2.2 C LR -1型壁⾯清洗机器⼈[4]随着城市现代化建设步伐的加快,⾼层建筑越来越多,为美观和实⽤化,建筑物的外壁多图3 机器⼈正在清洗壁⾯采⽤瓷砖和玻璃幕墙结构,但随之⽽来的⾼楼清洗问题⼜⼀直困扰着⼈们,传统的吊篮吊凳⽅式既危险、⼯作效率⼜低.如能利⽤爬壁机器⼈代替⼈⼯作业,既消除了⼈⼯作业的危险性,⼜减少了⼈⼒物⼒的浪费,提⾼了⼯作效率,这势必将会带来清洗业的⼀次⾰命.1994年开发的CLR -I 型壁⾯清洗爬壁机器⼈,是专为瓷砖壁⾯的清洗⽽设计制造的,已提供给北京、深圳、⾹港等地.图3为机器⼈正在清洗壁⾯.2.2.1 主要技术指标a )负重能⼒:5kg;b)爬⾏速度:0～10m /min;c )爬⾏⾼度:≤100m ;d)吸附⽅式:负压吸附;e)控制⽅式:有线遥控及PLC 控制;f)⾏⾛⽅式:双轮式,⽆级调速;g )作业功能:携带⾼压⽔枪、旋转刷可实现清洗作业⾃动化.2.2.2 机械部分a )机器⼈本体:是该产品的核⼼部件,采⽤负压吸附原理,使机器⼈本体吸附在壁⾯上,150 机 器 ⼈1999年3⽉并能承载刷⼦的全部重量,它采⽤轮式驱动,可以⾃由地在壁⾯上⾏⾛并转弯,并能依据独特设计的⽓垫密封机构跨越⼀定⼤⼩的瓷砖缝隙.b)刷⼦:是该机器⼈⼯作的具体执⾏部件,由软硬刷⽑交替插制⽽成,在刷⼦本体上配有喷⽔管,可由阀来控制为刷⼦提供清⽔或清洗液,由⼒矩电机驱动,不仅可以擦去壁⾯的浮灰,⽽且还能对较硬顽渍起到清洗作⽤.c)卷扬机构:主要起着承担电缆及⽔管重量的任务,并且起到保险作⽤,⼯作时放在⾼楼的顶部,由普通交流电机驱动.d )运输⼩车:在该产品中起到运输机器⼈,缠绕电缆、⽔管的作⽤.它由两个缠绕滚筒及机器⼈⽀撑杆组成,电缆及⽔管在两个滚筒上可以缠绕成“8”字,以避免拧劲.2.2.3 控制系统电⽓控制柜是整个控制系统的核⼼,包括⼀套可编程控制器、两套电机驱动器、开关电源等.爬壁机器⼈的性质决定了对控制系统的可靠性有较⾼的要求,我们选⽤的是德国西门⼦公司的S7-200型PLC,包括⼀个CPU214基本单元和两个扩展模块EM 235.电机选⽤北京微电机公司⽣产的稀⼟永磁直流⼒矩电机70LYX03,驱动器采⽤线性DC 电机转速控制器.鉴于本系统对调速指标要求不⾼,故采⽤电压负反馈⽅式实现,并在此基础上通过电流正反馈对电枢绕组的压降进⾏补偿,响应快、输出稳定、⽆噪声.操作者通过遥控器,控制机器⼈在壁⾯上⾃由地⾏⾛,以及控制⽔管喷⽔、洗涤剂、滚刷滚动,完成壁⾯的清洗任务.2.3 C LR -II 型壁⾯清洗机器⼈根据清洗⾏业急需清洗⾼层建筑玻璃幕墙清洗设备的要求,我们在I 型基础上开发了专为清洗玻璃幕墙的CLR-II 型壁⾯清洗机器⼈,并于1998年得到国家“863”⾼科技机器⼈计划资助.⽬前我国清洗玻璃幕墙都是⼈⼯作业,采⽤本设备后,可实现清洗作业的⾃动化,并提⾼作业的安全性,具有重要的社会意义和经济效益.2.3.1 主要技术指标:a )吸附⽅式:负压吸附;b)移动机构:两轮、独⽴驱动;c )爬壁速度:1～8m /min ,可调;d)爬⾏⾼度:≤100m;e)控制系统:计算机控制,带遥控盒,电⼒载波通讯;f)安全机构:带安全吊挂⼩车,吊挂⼩车的伸臂可调,⾼度为1.5～ 1.8m;g )作业功能:带清洗幕墙玻璃的刷⼦与刮板,可进⾏8mm 以上厚度的玻璃幕墙(⽆突起物)的清洗作业.2.3.2 系统组成及功能(1)爬壁机器⼈本体:为增强移动机构的可靠性,减轻移动机构的重量相应地增强爬壁机器⼈的承载能⼒,移动机构采⽤进⼝直流伺服电机、谐波减速器与车轮组成,在相同重量下,驱动功率提⾼近⼀倍.在车轮表⾯增加防⽔纹路,以增加有⽔时壁⾯与车轮间的间隙,可解决车轮遇⽔打滑问题.(2)清洗装置:由喷雾嘴、擦洗器及⾬刮组成.⾸先⽤喷雾嘴将⽔或⽔洗涤剂的混合物以雾状的形式喷射到玻璃壁⾯,然后⽤擦洗器或布将污物去掉,最后⽤⾬刮将墙⾯刮净,清洗效果明显,⽽且让机器⼈通过已清洗过的壁⾯,移动时不会打滑.151第21卷第2期刘淑霞等: 爬壁机器⼈技术的应⽤(3)给送⽔装置:它悬挂在安全吊钓的下⾯,在机器⼈上⾯1m 左右,与机器⼈⼀起上下移动.它既可实现⾃动送⽔⼜可实现定期灌⽔,由两个液位计控制液⾯⾼度,由压⼒传感器和⾃动打⽓筒控制罐内压⼒.(4)保险装置:主要⽤来悬挂给送⽔装置和控制器,并实现对机器⼈的安全保护.为适应不同的⼥⼉墙⾼度,采⽤保险杆⾼度可进⾏调节的结构形式.2.3.3 控制系统机器⼈的控制系统及遥控器均是以单⽚机(80C552)最⼩系统为核⼼,配以电⼒载波通讯模块,电源电路采⽤通⽤AC /DC 模块.操作指令由操作⼿柄及功能按键发出,配有液晶显⽰监控操作的执⾏情况,通过普通的220V 电⼒线传输,机器⼈控制器接受命令,由两个电机驱动模块、真空泵及电磁阀控制模块等控制机器⼈的移动及清洗作业,其中直流电机驱动模块采取电流、转速双闭环PW M ⽅式,具有响应块、运⾏可靠的特点.整个控制系统⼩型化、轻型化,可直接吊挂在机器⼈本体上⽅.卷取电机的起、停及正反转控制是安全保障系统的核⼼,采⽤电⼒载波通讯模块可以实现卷取电机由遥控器控制功能和⾃治控制功能.Ⅱ型与Ⅰ型相⽐,有以下重要改进.a )清洗机构专⽤化,专门为清洗玻璃幕墙清洗作业设计;b )控制系统结构⼩型化与轻量化,可直接吊挂在挂吊⽔管的吊钩上;c)机器⼈本体结构重量降低,采⽤⼩型伺服电机,减轻本体重量,使移动灵活;d)传输电缆线⼤为减少,仅有⼆根电源线,省去10多根控制线,同时省去原⽤卷电缆的⼩车.3 磁吸附履带式壁⾯爬⾏机器⼈由于永磁铁吸附不许外部能量,易于控制,我们研制的磁吸附爬壁机器⼈采⽤的是双履带永磁吸附结构,如图4所⽰.在履带⼀周上安装有数⼗个永磁吸附块,其中的⼀部分紧紧地吸附在壁⾯上,并形成⼀定的吸附⼒,通过履带(由链条和永磁块组成)使机器⼈贴附在壁⾯上.机器⼈在壁⾯上的移动靠履带来完成,移动时,履带的旋转使最后的吸附块在脱离壁⾯的同时⼜使上⾯的⼀个吸附块吸附于壁⾯,这样周⽽复始,就实现了机器⼈在壁⾯上的爬⾏.3.1 ⾦属罐防腐⽤磁吸附爬壁机器⼈图4 双履带永磁吸附结构本项⽬研究⽬标为提供⽯化⼯业中可以作喷漆、喷砂使⽤的磁吸附式⾦属罐防腐专⽤爬壁机器⼈,是针对⼤庆采油⼀⼚拥有上百座的野外储油和储⽔钢罐,需定期除锈、重新喷涂的要求,从1991年开始,经过整整4年的不懈努⼒,在⼤庆⽯油管理局、863-512主题专家组、省科委及哈⼯⼤领导的⽀持下,由哈⼯⼤机器⼈研究所与⼤庆第⼀采油⼚联合研制成功的我国第⼀台喷沙喷漆防腐⽤履带式磁吸附爬壁机器⼈,如图4所⽰,本项⽬获⿊龙江省1997年度科技进步⼀等奖.3.1.1 主要技术指标a )吸附⽅式:永磁吸附;b)移动机构:双履带;152 机 器 ⼈1999年3⽉图5 机器⼈正在喷漆作业c )移动速度:2～8m /min ;d)负重能⼒:不⼩于30kg ,能满⾜防腐与检测⼯作需要;e)控制⽅式:有线遥控;f )作业⽅式:配上附件后,完成罐壁喷砂除锈和喷漆防腐、测厚等;g )⼯作壁⾯:直径11～12m ⾦属罐壁.3.1.2 系统组成及功能(1)机器⼈本体:实现在罐壁上的吸附与移动,并有⾜够的承载能⼒,以携带喷砂喷漆装置完成防腐作业.机器⼈的永磁吸附块为⽅形固定在链条上,由电机带动链条旋转⽽使永磁块依次脱离和吸附于壁⾯,从⽽使机器⼈在壁⾯上移动,机器⼈在壁⾯上的拐弯靠两条履带的正反移动来实现.(2)抗倾覆机构:在机器⼈后部增加⼀个万向轮,通过弹簧使壁⾯对杠杆后部产⽣⽀撑⼒,利⽤杠杆原理使机器⼈前部始终受到压⼒,贴紧壁⾯,达到不倾覆的⽬的.(3)喷砂除锈装置采⽤钢制件,含⽓泵、储砂桶、喷砂⾼压胶管等,⽓源压⼒在0.6～0.8mpa 左右.喷漆防腐装置为四杆机构摆动式喷漆,配进⼝⾃动喷枪、储漆罐、搅拌罐、⽓泵和漆泵等设备,每分钟可喷1.4～ 2.3m 2,且喷涂均匀,可成⼀⾯[5].(4)涂层厚度⾃动检测系统:采⽤电磁感应原理,测量可达到微⽶级,为防⽌损坏探头,同时保证测量准确,我们采⽤曲柄连杆机构,使探头有⾃动抬起、放下的动作,并保证每次测量探头与壁⾯垂直.(5)运载⼩车:可使机器⼈⾃动爬上或爬下罐壁,克服由于爬壁机器⼈永远具有吸⼒带来的放上取下的不便,并能起到运输作⽤. 3.1.3 控制系统由于爬壁机器⼈的作业环境恶劣,本控制系统采⽤STD 总线⼯业控制机,它能够适应控制现场的震动、灰尘、潮湿、有害⽓体和各种电磁⼲扰,具有较⾼的可靠性和灵活的外围模板配置.电⽓控制柜是整个控制系统的核⼼,包括⼀套S TD ⼯业控制机,两套交流伺服单元,开关电源、继电器等.鉴于机器⼈⼯作在有爆炸性⽓体的环境中,电机选⽤⽇本三⽊公司⽣产的永磁式交流伺服电机,型号为SAH-120,并分别安装了隔爆外壳和隔爆电⽓接线盒,具有全封闭结构,可靠性⾼.驱动器采⽤配套的伺服单元,型号为SAPII ,可实现电机的位置闭环控制和制动控制,具有过流、过压、过载、超速、过热、电源异常、短路与再⽣吸收能量等的保护.遥控器采⽤STD ⼯控机的遥控系统,遥控距离≥25m,控制机器⼈的运动、喷涂、测厚等,操作⽅便.3.2 ⽔冷壁清扫、除渣、测厚爬壁机器⼈[6]⽕⼒发电站⼤型排管锅炉中的⽔冷壁的向⽕侧管壁表⾯上存在着积灰、结渣、磨损和腐蚀等问题,对锅炉的安全、经济运⾏会造成很⼤危害.为实现电站锅炉⽔冷壁的定期⾃动清扫和检修,1997年,哈⼯⼤机器⼈研究所和天⼒机器⼈⼯程有限责任公司联合研制开发出⼀套适⽤电站锅炉⽔冷壁排管清扫、敲渣、检测的履带式磁吸附爬壁机器⼈试验样机,并于1998年得到国家“863”⾼科技计划资助,如图6所⽰.该设备的使⽤可使⼯作效率提⾼10以上,⼤幅度地缩短了检修时间,经济效益可观.153第21卷第2期刘淑霞等: 爬壁机器⼈技术的应⽤图6 ⽔冷壁爬管机器⼈3.2.1 具体技术指标a )吸附⽅式:永磁吸附;b)移动机构:履带式;c)移动速度:2～8m /min;d )负重能⼒:40kg ;e)控制⽅式:有线遥控,PLC 控制;f )爬⾏壁⾯:由Υ60m m 管组成的排管⽔冷壁,⾼度为46m ;g )作业功能:带附件后,能实现清扫、敲渣、测厚、打标记等.3.2.2 机械结构机器⼈的永磁吸附块形状呈圆弧形,与管壁圆弧相吻合,从⽽减少磁路中的⽓隙,提⾼磁吸附⼒.为使机器⼈能安全跨越⼀定⾼度的焊缝设计了抗倾覆机构,并可使⾏⾛平稳可靠.在履带式⽔冷壁清扫、检测爬壁机器⼈中,通过链条传动带动摇杆机构,使钢丝刷做来回往复运动,实现对管壁表⾯的清扫.敲渣电机带动棘轮棘⽖机构,使钢锤间歇性地敲打管壁表⾯,实现对管壁表⾯结渣部分的清除.在机器⼈上⽅安置5个超声波探头,可同时测量5根管⼦的壁厚,并且纪录在案,⼀旦检测到壁厚过薄,能⾃动报警并做标记,便于维修.3.2.3 控制系统电⽓控制柜包括⼀套可编程控制器、⼀套交流电机驱动器、开关电源、继电器等.可编程控制器选⽤德国西门⼦公司的S7-200型PLC,CPU214模块处理遥控盒的输⼊信号,发出脉冲指令,控制机器⼈的上、下⾏⾛,并执⾏清扫、敲渣、检测作业,检测电机的运⾏状态,以此构成爬壁机器⼈的控制系统.电机采⽤⽇本松下的交流伺服电机M SM 042A 1,驱动器采⽤相配套的交流数字伺服单元M SD043A1X-B.4 结束语哈尔滨⼯业⼤学机器⼈研究所是⼋六三智能机器⼈机构⽹点,特种机器⼈研究室有数年从事爬壁机器⼈的⼯作经验,基础技术在国家863⾼技术⽀持下取得成功,并得到国家的继续⽀持,将它扩向民⽤,开发成两个系列共5个品种的⼯业产品,为机器⼈应⽤开辟了崭新的领域.参 考 ⽂ 献1 黄善钧.壁⾯移动机器⼈的研究.哈⼯⼤七⼗周年校庆增刊,19902 潘沛霖.单吸盘吸附式爬壁机器⼈密封性能的分析.机器⼈,1996,(4)3 赵⾔正.爬壁机器⼈全⽅位移动机构的研究.机器⼈,1995,(2)4 刘淑良.壁⾯清洗机器⼈及其控制系统.⿊龙江⾃动化技术与应⽤,1997,(3)5 王 炎.喷砂喷漆⽤履带式磁吸附爬壁机器⼈.机器⼈,1996,18(增刊)6 沈为民.⽔冷壁清扫、检测与⾃动化.⿊龙江⾃动化技术与应⽤,1998,(4)154 机 器 ⼈1999年3⽉THE APPLICATION OF WALL-CLIMBING ROBOT LIU Shuxia W ANG Ya n XU Diang uo ZHAO Yanzheng (Robot Research Institu te of Harbin Institute of Technology ,150001) Abstract In this paper ,tw o series of W all -climbing ro bo t is pr esented ,o ne w ith v acuum a dso rptio n ,the o th er with mag netic adso rption,they hav e been exploited by Robo t Research Institute o f Harbin Institute of Technolog y ,including fiv e kinds o f pr oduc tions ,and then ,the key technologies,per for mances and their achiev ed lev el are par ticula rly int roduced . Key words W all -clim bing ro bot ,v acuum adso rptio n ,mag netic adso rptio n作者简介 刘淑霞:⼥,29岁,博⼠研究⽣.研究领域:机电控制. 王 炎:男,65岁,博⼠⽣导师.研究领域:机器⼈控制,⼯业⾃动化系统. 徐殿国:男,37岁,博⼠⽣导师.研究领域:机器⼈控制,交流伺服系统. (上接第147页)参 考 ⽂ 献1 钟⽟琢等编.机器⼈视觉技术.北京,国防⼯业出版社,19942 李介⾕编.计算机的视觉理论和实践.上海,上海交通⼤学出版社,19913 Agapakis J E.Vision-aided Robot W elding :An Approach and a Flexib le Implementation.Th e International J ou rnal of Robotics Res earch,1990.l 9(5)\=4 M organ C G.Vis ual Guidance Techniqu es for Robot Arc W elding.Robot Sen-sors,IFS(Pub)Ltd,UK,1986RESEARCH O N REAL TIME PROCESSING OF ROBOT WELDINGIMAGE BASED O N STRUCTURE LIGHTYUE Hong(Hebei University of Technology ,Tian jin )SUN Lixin C AI Heg ao (Harbin Institu te of Tec h nology ,Harbin ) Abstract Imag e pr ocessing which is the key pr oblem in the a utoma tic w elding is studied in this pa per .Tw o new filter metho ds a re pro po sed,which ar e LO G filter and imag e seg mentation filter.They a re v er y sensible to the welding ima ge ,and the w elding imag e processing is v er y fast. Key words Robo t ,r obo t v isio n ,imag e pro cessing ,filter作者简介 岳 宏:男,62岁,教授.研究领域:机器⼈技术及⾃动化. 孙⽴新:男,34岁,博⼠⽣.研究领域:机器⼈焊接⾃动跟踪. 蔡鹤皋:男,62岁,教授,院⼠.研究领域:机电控制及机器⼈技术.155第21卷第2期刘淑霞等: 爬壁机器⼈技术的应⽤。
工业自动化机器人在电力与能源行业中的应用与前景
工业自动化机器人在电力与能源行业中的应用与前景1. 引言近年来，随着科技的迅速发展，工业自动化机器人在各个行业的应用越来越广泛，其中包括电力与能源行业。
工业自动化机器人的应用不仅提高了生产效率，减少了人力成本，并且提高了工作环境的安全性。
本文将重点讨论工业自动化机器人在电力与能源行业中的应用和未来发展前景。
2. 工业自动化机器人在电力行业中的应用2.1 电力设备的生产与组装工业自动化机器人在电力行业中可以执行电力设备的生产和组装任务。
机器人能够精确、高效地完成电力设备的组装，避免了人工操作不准确、效率低下的问题。
同时，机器人还能够根据生产计划进行灵活调度，从而提高了电力设备生产线的生产能力。
2.2 电力设备的维护与保养电力设备的维护与保养是电力行业中重要的任务之一。
传统的维护与保养工作需要人工操作，需要消耗大量的人力资源，同时存在一定的安全风险。
工业自动化机器人可以在一定程度上替代人工进行维护与保养工作，机器人可以根据设定的程序和规则，定期对电力设备进行检查、清洁、维修等操作，减少了人力投入，并提高了维护的准确性和效率。
2.3 电力设备的检测与测试在电力行业中，电力设备的检测与测试是确保电力系统正常运行的重要环节。
传统的检测与测试工作需要人工操作，耗时耗力且存在一定的误差。
工业自动化机器人可以通过搭载各种传感器和检测设备，对电力设备进行自动化的检测和测试。
机器人可以精确地获取设备的各种参数，并进行数据分析和处理，从而提高了电力设备的检测精度和测试效率。
3. 工业自动化机器人在能源行业中的应用3.1 捡拾、装卸与分拣能源行业中涉及到大量的物料的装卸和分拣工作。
工业自动化机器人可以通过搭载机器视觉系统和机械臂等设备，对能源产品进行捡拾、装卸和分拣。
机器人能够快速、准确地完成这些工作，提高了物流系统的效率和能源产品的处理能力。
3.2 高风险环境下的作业能源行业中的一些作业环境存在一定的安全风险，例如石油开采、天然气管道维护等。
爬壁式机器人-毕业论文-毕业设计
高等教育自学考试毕业设计（论文）题目爬壁式机器人设计专业班级姓名指导教师所属助学单位2011年 12 月 2 日目录前言 (2)第一章 (3)总体结构 (3)1.1机械结构 (3)1.2控制系统硬件 (4)1.3传感导引系统 (9)第二章 (14)2.1爬壁机器人磁吸附原理 (14)2.2磁吸附技术简介 (14)2.3.电磁铁吸力及选材 (14)第三章 (16)3.1一种新型磁轮单元 (16)3.2磁轮分析 (16)第四章爬壁机器人的力学分析 (18)4.1爬壁机器人静力学分析 (18)4.2爬壁机器人动力学分析 (19)结论 (21)参考文献 (21)致谢 (21)摘要爬壁机器人,是极限作业机器人的一个分支,它的突出特点是可以在垂直墙壁表面或者天花板上移动作业爬壁机器人能吸附于壁面而不下滑,实现的方法主要有两种:负压吸附与磁吸附介绍一种新型爬壁机器人，它以超声串列法自动扫查和检测在役化工容器筒壁对接环焊的危害性缺陷。
本文将着重介绍了它的机械结构及位置调整运动控制算法。
这种机器人采用磁轮吸附和小车式行走，利用磁带导航，光纤传感器检测，具有结构紧凑、导航性能好、位置调整方法可行和定位精度高等特点。
本文将介绍的爬壁机器人为超声串列自动扫查机器人是以某炼油厂加氢反应器为具体的应用对象，用来以超声串列法自动扫查和检测筒壁对接环焊缝的危害缺陷而研制的，并按JB4730-94《压力容器无损检测》的要求，用超声串列法检测。
超声串列法要求一发、一收探头中心声束保持在一个与焊缝中心线相垂直的平面内，收发探头相对于串列基准线须保持等距、反相、匀速移动。
由于采用手动检测，操作难度大，重复性差，可比性差而难以实施。
对于这种用在圆形筒壁上在役检测的机器人，丹麦的force公司研制了多用途模块磁轮扫描仪AMS-9、AMS-10等系列磁轮爬壁机器人，日本的Osaka Gas Co。
Ltd公司研制了磁轮爬壁检测机器人，但是售价昂贵。
爬壁机器人_研究报告
研究报告一、立项背景近几年来，机器人在各个领域中得到广泛的应用和发展。
其中，爬壁机器人（Wall Climbing Robot，WCR）是能够在垂直陡壁上进行作业的机器人，它作为高空极限作业的一种自动机械装置，越来越受到人们的重视。
概括起来，爬壁机器人主要用于：(1)核工业：对核废液储罐进行视觉检查、测厚及焊缝探伤等；(2)石化企业：对立式金属罐或球形罐的内外壁面进行检查或喷砂除锈、喷漆防腐、测量和保养；(3)建筑行业：用于对巨型壁面的喷涂，玻璃壁面的清洗，磁砖安装，桥梁探伤等；(4)消防部门：用于传递救援物资，进行救援工作；(5)造船业：用于喷涂船体的内外壁等。
国内外现有爬壁机器人的壁面吸附方式主要包括：负压吸附、真空吸附、磁吸附、气体推力吸附、粘性吸附和仿生学吸附等。
负压和真空吸附方式具有不受壁面材料限制、适用范围广等特点。
但当壁面凹凸不平时，吸盘容易发生气体过量泄漏，导致吸附力不足，减低爬壁机器人的承载能力，甚至使爬壁机器人从壁面跌落。
磁吸附有永磁和电磁两种方式，但要求壁面必须是导磁材料，主要特点是吸附机构较简单，产生的吸附力远大于负压和真空吸附，也不存在漏气现象，对凹凸不平壁面的适应性较强。
气体推力吸附是利用与壁面成一定角度的气体推力使爬壁机器人贴紧壁面，结构简单，但效率低，受环境影响大，而且控制不易。
粘性吸附和仿生学吸附（仿壁虎）虽然他们的灵活性强，体积小，但是他们的吸附性差有待提高，所以注定载重量小。
爬壁机器人的运动机构主要有足式、框架式、履带式及轮式等。
足式和框架式动作灵活，具备一定越障能力，但移动速度较慢，机构设计和运动步态规划比较复杂；履带式爬壁机器人的壁面吸附力较大，移动速度较快，但调整姿态比较困难；轮式运动机构的主要特点是机构简单、移动速度快、控制灵活方便，但由于一般采用带滑动式吸盘（Sliding Suction Cup，SSC）作为吸附装置，受壁面环境影响较大且对滑动式吸盘的滑动密封性能要求比较高。
爬壁机器人的壁面越障、过渡与抓附结构的研究
爬壁机器人的壁面越障、过渡与抓附结构的研究爬壁机器人的壁面越障、过渡与抓附结构的研究摘要：爬壁机器人作为一种能够在壁面自由移动的智能机器人，在工业生产、建筑维护等领域具有广泛的应用前景。
本文将从壁面越障、过渡与抓附结构三个方面探讨爬壁机器人的研究现状与发展趋势。
一、引言随着科技的进步和人们对自动化生产和维护的需求增加，爬壁机器人作为一种能够在壁面移动的机器人，正在得到越来越广泛的关注。
在工业生产中，爬壁机器人能够在高空、狭窄和危险环境中实施精准操作，提高生产效率；在建筑维护中，爬壁机器人可以检测并维修高处墙面或玻璃幕墙，减少人力劳动和事故风险。
二、壁面越障壁面越障是爬壁机器人在行走过程中面临的重要问题之一。
目前，研究者主要从机械结构优化和感知控制两个方面入手解决壁面越障问题。
机械结构优化主要包括改进爬壁机器人的脚部结构和材料，提高机器人在不同墙面材料上的附着性能；感知控制方面则通过引入视觉传感器和力覺传感器等装置，实时掌握机器人与壁面之间的相对距离和姿态，动态调整机器人的行走轨迹。
三、过渡问题爬壁机器人在壁面移动时，不可避免地需要从一面壁面过渡到另一面壁面。
过渡问题关键在于如何保持附着状态，以及如何平稳过渡到另一面壁面。
目前，研究者主要通过改进机器人的脚部结构，设计具有良好过渡能力的机械结构。
同时，引入智能控制算法，实现对机器人行走姿态的实时控制，以确保机器人在过渡过程中保持平稳的附着状态。
四、抓附结构抓附结构是爬壁机器人能够在壁面上附着的关键。
目前，研究者主要研究了两种类型的抓附结构：摩擦型和吸附型。
摩擦型抓附结构通过利用摩擦力实现机器人与壁面的附着，常见的代表是具有刚性拇指和指甲结构的机器人脚部。
吸附型抓附结构则通过利用密封或真空装置实现机器人与壁面的附着，常见的代表是具有吸附杯或吸盘的机器人。
未来的研究方向主要是进一步提高抓附结构的可靠性和稳定性，改进机器人的脚部结构和材料。
五、结论随着科技的不断发展和创新，爬壁机器人的壁面越障、过渡与抓附结构研究取得了显著的进展。
爬壁机器人发展现状与关键技术研究综述
第44卷 第12期 包 装 工 程2023年6月 PACKAGING ENGINEERING29收稿日期：2023–02–09基金项目：国家自然科学基金（51875495）；河北省教育厅在读研究生创新能力培养资助项目（CXZZBS2023059） 作者简介：姜泽（1994—），男，博士生，主要研究方向为爬壁机器人装备及智能化系统设计。
爬壁机器人发展现状与关键技术研究综述姜泽a ，王珉b ，赵哲a ，李艺超a ，许允斗a,c（燕山大学 a.河北省并联机器人与机电系统实验室 b.燕山大学图书馆 c.先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室，河北 秦皇岛 066004）摘要：目的 随着爬壁机器人技术的发展，为解决其产品应用化问题，对爬壁机器人的研究进展进行梳理、分析和归纳，讨论未来的发展方向，为设计应用于高危环境和特殊场景的爬壁机器人提供思路和参考。
方法 将爬壁机器人按移动方式分为履带式、轮式、足式及混合式，通过文献研究法对不同移动方式的爬壁机器人进行综述；将真空吸附、磁吸附、推力吸附等不同吸附方式的爬壁机器人进行对比，介绍了爬壁机器人自适应技术的研究现状及存在问题；总结并分析了爬壁机器人在工业、军事等领域的发展趋势。
结论 总结了不同移动方式的爬壁机器人的国内外研究现状，分析了爬壁机器人不同吸附方式的优缺点，归纳预测了爬壁机器人的发展方向。
关键词：爬壁机器人；移动方式；吸附方式；自适应性中图分类号：TB472 文献标识码：A 文章编号：1001-3563(2023)12-0029-10 DOI ：10.19554/ki.1001-3563.2023.12.003Review on Development Status and Key Technologies of Wall-climbing RobotsJIANG Ze a , WANG Min b , ZHAO Zhe a , LI Yi-chao a , XU Yun-dou a,c(a.Parallel Robot and Mechatronic System Laboratory of Hebei Province, b.Yanshan University Library, c.Key Laboratory of Advanced Forging & Stamping Technology and Science, Ministry of Educationof China, Yanshan University, Hebei Qinhuangdao 066004, China)ABSTRACT: The work aims to sort out, analyze and summarize the research progress of wall-climbing robots in order to solve the practical application problems of products with the development of wall-climbing robot technology and discuss the future development directions to provide ideas and references for designing wall-climbing robots used in high-risk environments and special scenarios. Firstly, wall-climbing robots were divided into crawler, wheeled, legged, and hybrid wall-climbing robots according to movement modes. The wall-climbing robots with different movement modes were re-viewed by literature research method. Secondly, the wall-climbing robots with different adsorption methods such as vac-uum, magnetic, and thrust adsorption were compared. The research status and existing problems of adaptive technology of wall-climbing robots were introduced. Finally, the development trend of wall-climbing robots in industrial and military fields was summarized and analyzed. The research status of wall-climbing robots with different movement modes in China and abroad is summarized, the advantages and disadvantages of wall-climbing robots with different adsorption methods are analyzed, and the development directions of wall-climbing robots are summarized and predicted. KEY WORDS: wall-climbing robot; movement method; adsorption method; adaptivity随着机构学、人工智能等技术的快速发展及人们对高危环境中工作安全意识的提高，利用机器人代替人力完成高危工作已经成为一种普遍趋势[1-4]。
爬壁机器人发展与关键技术综述
爬壁机器人发展与关键技术综述
聂佩晗;张雅婷;陈勇
【期刊名称】《机床与液压》
【年(卷),期】2022(50)4
【摘要】针对目前国内外对爬壁机器人的研究现状和不足,分别从吸附方式、行走方式、驱动方式和壁面过渡等方面进行归纳总结,论述爬壁机器人面临的主要问题和发展趋势。
结果表明:爬壁机器人在吸附方式方面存在吸附性和机动性之间的矛盾,在壁面过渡能力方面仍存在一定的局限性,距离实际应用还有一定距离。
对爬壁机器人关键技术的研究方向提出展望。
【总页数】7页(P155-161)
【作者】聂佩晗;张雅婷;陈勇
【作者单位】南京林业大学机械电子工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP242.3
【相关文献】
1.微型爬壁机器人研究的关键技术
2.适于水下船体的爬壁机器人关键技术及其研究进展
3.爬壁机器人结构设计及曲面磁力吸附关键技术研究
4.微型爬壁机器人研究的关键技术
5.船用爬壁机器人关键技术专利分析
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爬壁机器人能源工业应用与发展
摘要：本文对爬壁机器人在能源工业的应用进行分析，对爬壁机器人关键技术与发展进行研究，并提出其工业应用研发技术路线发展建议。
关键词：爬壁机器人，能源工业
1 爬壁机器人工业应用
1.1 定义
爬壁机器人[1]是一种可以在各式各样壁面上攀爬、携带作业工具及附属设备并完成特定作业的移动机器人，主要代替人从事危险、繁重的现场作业，无须安装脚手架，可提高作业效率、提升作业质量并保障作业安全。
其工业应用主要包括：
检查与检测：包括电厂设备、输电电缆、管道、石化储罐、船舶、海洋平台、桥梁等设施的检查和无损检测等；
材料加工：包括石化储罐、船舶、海洋石油平台等的切割、焊接、打磨、喷涂等；
维护：包括船舶、飞机等的除锈以及高层建筑物的清洗等；
其他：包括货物运输、救援、公共安全等。
1.2 能源行业应用
1.2.1 应用需求
本节重点对以能源转化为核心应用的爬壁机器人需求进行分析。
其中，电厂外部主要包括资源运输以及电力输送设备，资源运输涉及的设施包括船舶、管道、火车、储罐等，电力输送涉及的设施包括电缆等；发电设备主要包括锅炉、汽轮机、发电机、核岛装备、风机等。
能源变化过程涉及的主要设备往往是大型设备，其特征是“重、大、结构复杂”，很多制造环节还是手工作业，有时还必须在现场作业，这其中又以焊接作业最为典型，此类部件是实现制造自动化的瓶颈。
为提升制造水平、提高生产效率与质量，迫切要求实现大型结构件焊接等作业的自动化。
但是，传统的工业机器人或专用自动化装备由于在移动灵活性和柔性（智能）等方面受局限，很难在这种场合应用，故迫切需要新的解决方案。
解决这一问题的思路之一是采用比工件更大的自动化系统，但这种自动化系统的成本很高且适用的产品种类有限，因此，此类大型自动化系统竞争力较弱。
爬壁机器人可在工件表面全方位移动并能适应不同种类的工件，在作业灵活性和柔性等方面具备很大的优势且成本相对较低，因此其在大型钢结构件的焊接（包括切割）、喷涂、无损检测等作业中具有广阔的应用前景。
另一方面，能源设备往往都是重要的基础设施，一般均需要定期检修。
以大型发电设备检修为例，这些设施的检修或者需要撘脚手架、或者需要把检修对象拆下来在车间内进行检修，这造成检修周期长。
如果能够免除搭、拆脚手架或者拆卸安装检修对象的工序，能在现场完成检修，这可以减小非必须的辅助工序时间（拆卸、安装、调试等），会产生巨大的经济效益。
另外，在某些场合下，由于环境的限制（如放射性的场所、高空），工人进行检修作业存在巨大的安全隐患。
而由各式各样的爬壁机器人进行上述检修作业，不仅可以缩短检修周期、提高检修
作业效率，也可以提升作业质量和保障作业安全。
因此，从上述角度来说，爬壁机器人在此类检修作业中应用前景广阔。
综上所述，爬壁机器人在能源转化涉及的海洋石油平台、船舶、管道、储罐以及大型发电设备等设施的制造（或建造）以及在役检修维护方面具有很大的市场潜力。
1.2.2 应用现状
本节重点对已经工业化应用或生产的典型机器人产品进行介绍。
1）Alstom Inspection Robotics
该公司由Alstom（瑞士）和Swiss Federal Institute of Technology于2006年合资成立，致力开发适用于电厂、化工以及石化工业设施自主检测的机器人产品。
目前已开
发出系列检查机器人，主要有：
A） Alstom模块化大表面检测机器人
该机器人自重12 kg，尺寸为410mm×45mm×410mm，负载能力
10kg，如图1（a）所示。
机器人采用磁轮吸附（可跨越10mm高的障碍物），远程控制，可自主跟踪焊缝以及特定的轮廓，具有自主防碰能力，可集成8-16通道超声检测仪以及4通道涡流检测仪、摄像头以及水枪等工具，并具备检测数据自动记录与自主创建缺陷分布图功能，可用于船舶、大型储罐与容器、压力水管以及风机塔架等大型表面的检查。
B） Alstom小型四轮检测机器人
Alstom小型四轮检测机器人，采用永磁吸附方式（间隙吸附），可携带超声等检测仪器，具备数据自动记录和处理功能，远程控制，如图1（b）所示，可用于转子等规则零部件的无损检测。
C） Alstom Magnebike检测机器人
Alstom Magnebike机器人自重3.5kg，尺寸180mm× 130mm×
220mm ，如图1（c）所示。
机器人采用磁轮吸附、自行车运动机构，具备很强的壁面适应能力，可用于汽轮机蒸汽室等复杂结构的现场检测。
D）Alstom定子检测机器人
该机器人高度仅有9mm，轴向采用磁轮驱动，周向采用“蠕动“方式移动，适用于定子在役检测，如图1（d）所示。
图1 Alstom 系列检测机器人
2）GE Energy
A）GE管道检测机器人
GE开发了适用于6-30英寸（15.2-76.2cm）管道检测的系列机器人，如图2（a）所示。
机器人采用有缆方式供电和传输数据，可在弯道（1.5倍管子直径）内行走，可携带视觉、超声检测等工具，最大行驶距离1000英尺（约300m），可用于核电站、油气运输、精炼厂等管道的检测。
B）GE Magic定子检测机器人。