爬壁机器人设计说明书

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。 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。
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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 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
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
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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。 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] 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] 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 1-2 各种爬壁机构性能比较 Table1-2 All sorts of climbing performance comparison institutions
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！ ！ 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！ ！ 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]
表 1-1 各类爬壁机器人优缺点比较 Table1-1 All kinds of climbing robot advantages and disadvantages
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