爬壁机器人及行走机构
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3.1 移动方式及吸附方式特点
移动方式 轮式 优点 移动速度快，控制简单 壁面适应能力强 越障能力强 负载能力大 着地面积大，吸附可靠 性高，壁面适应性强， 行走速度较快，负载能 力大 缺点 着地面积小 越障能力低 一般为多吸盘形式 结构控制复杂 移动动作为间隙性 速度慢 适用的吸附方 式 真空吸附 磁吸附 真空吸附 磁吸附 仿生粘性材料 真空吸附 磁吸附 仿生粘性材料 http://www.sia.ac.cn
爬壁机器人
六室 2013.8.1
中国科学院沈阳自动化研究所
http://www.sia.ac.cn
主要内容
一、爬壁机器人分类 1.1 真空吸附式 1.2 磁吸附式 1.3 旋翼吸附式 1.4 机械力抓持吸附式 1.5 基于范德华力的仿生壁虎脚掌吸附式 二、爬壁机器人移动方式 2.1 腿足式 2.2 车轮式 2.3 履带式 2.4 框架式 三、爬壁机器人吸附移动方式特点总结 四、主要参考文献 中国科学院沈阳自动化研究所
中国科学院沈阳自动化研究所
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足式
履带式
机构复杂 转向困难
中国科学院沈阳自动化研究所
吸附方式
优点
缺点
负压吸附
三、爬壁机器人吸附移动方式 对壁面材料物要求、负载 壁面粗糙度要求高、需要真 空泵、有噪音、太空中适用 能力较强，技术相对成熟 特点总结
无泄漏问题，对壁面形状适应性 强，越障容易 控制复杂，噪声大、体积大、 效率低、技术不成熟太空中 不适用 壁面需导磁、维持吸附力需 要电能，电磁铁本身重量大 控制比较繁琐步行时磁体与 壁面离合需很大的力，且吸 附表面必须为磁性材料 只能在有抓持的壁面上吸附 通用性差 机器人体积不宜过大，目前 只能用于微小型爬壁机器人 加工较难，易损耗，技术尚 不成熟 http://www.sia.ac.cn
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一、爬壁机器人分类
• 1.3 旋翼吸附式 使用螺旋泵或者涵道 的风扇产生合适的推力， 从而使机器人能够稳定可 靠地贴附在壁面上
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一、爬壁机器人分类
1.4 机械力抓持吸附式 SpinyBot 的脚上有 极细小的倒钩刺，通过 在粗糙壁面上“扣”住 凸 缘实现爬壁，适合在水 泥壁面、砖壁面上作业
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一、爬壁机器人分类
1.5 基于范德华力的仿生 壁虎脚掌吸附式(干性粘 剂--人造仿生壁虎脚) 大量的微精细刚毛保证 了壁虎脚掌与接触面的 充分接触，从而产生 强 大的黏附力
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正压吸附（推力 • 吸附）
电磁吸附
永磁吸附 机械力抓持吸附
控制方便、负载能力强、无噪音
不耗电，负载能力强，无噪音壁面 吸附牢固，能跨越一定的障碍
干性粘剂（仿生 壁虎脚掌）
无噪音 具有较好的吸附越障功能，对壁 面形状、材质适应性强
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四、主要参考文献
[1]Bing L Luk, David S. Cooke, Stuart Galt, etc.. Intelligent legged climbing service robot for remote maintenance applications in hazardous environments .Robotics and Autonomous Systems, 2005, 53(2):142-152 [2] 吴珂科. 轮足组合爬壁焊接机器人运动控制系统的研究. [学位论文],上海交通大学, 2012年2月 [3] 刘 红. 飞机蒙皮检测机器人运动控制研究. [学位论文],南 京航空航天大学, 2012年2月
一、爬壁机器人分类
• 吸附原理图
中国科学院沈阳自动化研究所
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二、爬壁机器人移动方式
• 2.1 腿足式 2004 年，美国密歇根州立大学研制 的两种双足式小型爬壁机器人. 这两款样机均采用欠驱动机构，用 三个电机驱动机器人的五个自由度，减 小了机器人的重量和能量消耗，可以在 光滑无孔的壁面上可靠吸附，例如在墙 壁、天花板上爬行，以及在两个相邻表 面间作过度爬行，也可爬越管道一类的 障碍物。
中国科学院沈阳自动化研究所
httpቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ//www.sia.ac.cn
二、爬壁机器人移动方式
2.2 车轮式
日本三菱重工两组 永磁铁安装于机器 人腹部能够保证机 器人可靠地吸附于 钢质表面，用于壁 面检测、清洁和喷 漆等作业。
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二、爬壁机器人移动方式
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二、爬壁机器人移动方式
2.4 框架式（混合式?） 把真空吸盘和电磁 铁分别安装于框架 上。 特点：移动速度较 慢，机构设计和运 动步态规划比较复 杂，在实际应用中 如果损坏修复麻烦。
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三、爬壁机器人吸附移动方式 特点总结
2.3 履带式 右图所示，哈尔滨工业大学研 制了永磁铁吸附履带行走式爬壁机 器人，靠两条履带的差速移动来实 现转弯。 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。 移动时，履带在运动过程中， 可以保持固定数量的永磁吸附块吸 附于壁面，也就保持了一定的吸附 力。
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一、爬壁机器人分类
1.1 真空吸附式
真空吸附式爬壁机器人可分为单吸盘式和多吸盘式 单吸盘式 多吸盘式
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一、爬壁机器人分类
• 1.2 磁吸附式
• 磁吸附爬壁机器人是依靠磁力吸附于壁面，适用于导磁性材料构成 的壁面。
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二、爬壁机器人移动方式
香港城市大学和英国多个 大学的学者在2005年合作开发 出了多足部多吸盘式爬壁机器 人Robug Ⅱs，如右图所示。 该机器人属于吸盘式爬壁 机器人，智能性高，自由度高， 能够在各种危险和复杂的环境 下工作。它最大的特点是具有 自动寻迹功能和非常灵活的脚， 机器人不仅在墙壁上和地面上 能够自由移动，而且还能在爬 行中实现的从地面到墙壁转换 的自动爬壁。
移动方式 轮式 优点 移动速度快，控制简单 壁面适应能力强 越障能力强 负载能力大 着地面积大，吸附可靠 性高，壁面适应性强， 行走速度较快，负载能 力大 缺点 着地面积小 越障能力低 一般为多吸盘形式 结构控制复杂 移动动作为间隙性 速度慢 适用的吸附方 式 真空吸附 磁吸附 真空吸附 磁吸附 仿生粘性材料 真空吸附 磁吸附 仿生粘性材料 http://www.sia.ac.cn
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主要内容
一、爬壁机器人分类 1.1 真空吸附式 1.2 磁吸附式 1.3 旋翼吸附式 1.4 机械力抓持吸附式 1.5 基于范德华力的仿生壁虎脚掌吸附式 二、爬壁机器人移动方式 2.1 腿足式 2.2 车轮式 2.3 履带式 2.4 框架式 三、爬壁机器人吸附移动方式特点总结 四、主要参考文献 中国科学院沈阳自动化研究所
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足式
履带式
机构复杂 转向困难
中国科学院沈阳自动化研究所
吸附方式
优点
缺点
负压吸附
三、爬壁机器人吸附移动方式 对壁面材料物要求、负载 壁面粗糙度要求高、需要真 空泵、有噪音、太空中适用 能力较强，技术相对成熟 特点总结
无泄漏问题，对壁面形状适应性 强，越障容易 控制复杂，噪声大、体积大、 效率低、技术不成熟太空中 不适用 壁面需导磁、维持吸附力需 要电能，电磁铁本身重量大 控制比较繁琐步行时磁体与 壁面离合需很大的力，且吸 附表面必须为磁性材料 只能在有抓持的壁面上吸附 通用性差 机器人体积不宜过大，目前 只能用于微小型爬壁机器人 加工较难，易损耗，技术尚 不成熟 http://www.sia.ac.cn
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一、爬壁机器人分类
• 1.3 旋翼吸附式 使用螺旋泵或者涵道 的风扇产生合适的推力， 从而使机器人能够稳定可 靠地贴附在壁面上
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一、爬壁机器人分类
1.4 机械力抓持吸附式 SpinyBot 的脚上有 极细小的倒钩刺，通过 在粗糙壁面上“扣”住 凸 缘实现爬壁，适合在水 泥壁面、砖壁面上作业
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一、爬壁机器人分类
1.5 基于范德华力的仿生 壁虎脚掌吸附式(干性粘 剂--人造仿生壁虎脚) 大量的微精细刚毛保证 了壁虎脚掌与接触面的 充分接触，从而产生 强 大的黏附力
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正压吸附（推力 • 吸附）
电磁吸附
永磁吸附 机械力抓持吸附
控制方便、负载能力强、无噪音
不耗电，负载能力强，无噪音壁面 吸附牢固，能跨越一定的障碍
干性粘剂（仿生 壁虎脚掌）
无噪音 具有较好的吸附越障功能，对壁 面形状、材质适应性强
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四、主要参考文献
[1]Bing L Luk, David S. Cooke, Stuart Galt, etc.. Intelligent legged climbing service robot for remote maintenance applications in hazardous environments .Robotics and Autonomous Systems, 2005, 53(2):142-152 [2] 吴珂科. 轮足组合爬壁焊接机器人运动控制系统的研究. [学位论文],上海交通大学, 2012年2月 [3] 刘 红. 飞机蒙皮检测机器人运动控制研究. [学位论文],南 京航空航天大学, 2012年2月
一、爬壁机器人分类
• 吸附原理图
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二、爬壁机器人移动方式
• 2.1 腿足式 2004 年，美国密歇根州立大学研制 的两种双足式小型爬壁机器人. 这两款样机均采用欠驱动机构，用 三个电机驱动机器人的五个自由度，减 小了机器人的重量和能量消耗，可以在 光滑无孔的壁面上可靠吸附，例如在墙 壁、天花板上爬行，以及在两个相邻表 面间作过度爬行，也可爬越管道一类的 障碍物。
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二、爬壁机器人移动方式
2.2 车轮式
日本三菱重工两组 永磁铁安装于机器 人腹部能够保证机 器人可靠地吸附于 钢质表面，用于壁 面检测、清洁和喷 漆等作业。
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二、爬壁机器人移动方式
2.4 框架式（混合式?） 把真空吸盘和电磁 铁分别安装于框架 上。 特点：移动速度较 慢，机构设计和运 动步态规划比较复 杂，在实际应用中 如果损坏修复麻烦。
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三、爬壁机器人吸附移动方式 特点总结
2.3 履带式 右图所示，哈尔滨工业大学研 制了永磁铁吸附履带行走式爬壁机 器人，靠两条履带的差速移动来实 现转弯。 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。 移动时，履带在运动过程中， 可以保持固定数量的永磁吸附块吸 附于壁面，也就保持了一定的吸附 力。
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一、爬壁机器人分类
1.1 真空吸附式
真空吸附式爬壁机器人可分为单吸盘式和多吸盘式 单吸盘式 多吸盘式
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• 1.2 磁吸附式
• 磁吸附爬壁机器人是依靠磁力吸附于壁面，适用于导磁性材料构成 的壁面。
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二、爬壁机器人移动方式
香港城市大学和英国多个 大学的学者在2005年合作开发 出了多足部多吸盘式爬壁机器 人Robug Ⅱs，如右图所示。 该机器人属于吸盘式爬壁 机器人，智能性高，自由度高， 能够在各种危险和复杂的环境 下工作。它最大的特点是具有 自动寻迹功能和非常灵活的脚， 机器人不仅在墙壁上和地面上 能够自由移动，而且还能在爬 行中实现的从地面到墙壁转换 的自动爬壁。