日本磁吸附爬壁机器人的研究现状

日本磁吸附爬壁机器人的研究现状

卷第牛

哭月

机器人

日

,,

日本磁吸附爬壁机器人的研究现状潘沛霖

韩秀琴

赵言正。。,

闰国荣

哈尔滨工业大学机器人研究所

摘

要

本文概述了磁吸附爬壁机器人的研究现状介绍了各种移动方式的磁吸附爬壁机器人,

的应用场所及优缺点为今后的研究提供了参考

关键词

磁吸附磁性履带内力补偿负荷分散机构

,

,

,

引言目前所研究的爬壁机器人虽然很多但从吸附方式不外分为两大类真空吸附爬壁机器人和磁吸附爬壁机器人这两类爬壁机器人在使用过程中各有其优缺点而最突出的特点是真空吸附爬壁机器人不受壁面材料的限制但壁面有凸凹或裂缝时吸盘容易漏气因此产生的吸,,,,,

附力相对较小磁吸附爬壁机器人虽然只适用于导磁性壁面但能产生很大的吸附力不受壁面凸凹或裂缝的限制从各国研究的现状来看真空吸附爬壁机器人的研究许多国家已经做了大量的工作而磁吸附爬壁机器人的研究只有日本较为突出磁吸附爬壁机器人又可分为电磁体式和永磁体式电磁体式爬壁机器人维持吸附力需要电力但控制较方便永磁体式爬壁机器人不受断电的影响使用中安全可靠目前研究的磁吸,,,,,,

,

,

附爬壁机器人多为永磁体式下面介绍磁吸附爬壁机器人各种移动方式

车轮式磁吸附爬壁机器人控制单元

圆头螺栓

外框

图

车轮式磁吸附爬壁机器人

图

步行式磁吸附爬壁机器人,

日本应用技术研究所研制出了车轮式磁吸附爬壁机器人它可以吸附在各种大型构造物

收稿时’

一

一

日本磁吸附爬壁机器人的研究现状

机、、

器

人

年

月

如油罐球形煤气罐船舶等的壁面代替人进行检查或修理等作业这种爬壁机器人靠磁性车

,

轮对壁面产生吸附力其主要特征是行走稳定速度快最大速度可达状的壁面且不损坏壁面的油漆外观如图,,

,

,

适用于各种形

所示

步行式磁吸附式爬壁机器人年日立制作所的内藤绅司和佐藤主税等人研制成八只脚磁吸附爬壁机器人如图所示这种爬壁机器人的八只脚采用永磁体内侧四只脚和外侧四只脚在行走过程中交替吸附吸附,,

脱开

厂

一

入

了

飞

极片

支点

丁下要由德下永磁体’

七云义二夕三乡瓦反力’

赫未通电时

永盛体线圈

壁面

嗣通电时

磁吸力

吸引力

一

图

永磁体式磁吸附足结构,

图,

电磁体式磁吸附足结构

于壁面图

为磁吸附足结构通过丝杠联接到本体上丝杠的转动可带动脚前后移动每只脚抬起和吸附动作也是通过丝杠来强行实现

的这两种运动结合起来即可实现爬壁机器人的移动但这种爬壁机器人存在一定

,

的弊端电机通过丝杠移动或抬起丝杠转,

,

动比较缓慢因此,

年日立制作所的内藤绅司,

等人在此基础上又研制开发出一种新的磁吸附爬壁机器人图是磁吸附足结构将,

缠绕在极片外的线圈通电并调节电流使永磁体产生的吸附力与电磁体产生的吸附力互相抵消爬壁机器人可以抬脚移动这种爬壁机器人控制较方便并且行走速度比前种爬壁机器人有所提高,,

此外

旧本还开发研制了具有内力补,

偿磁力吸附机构的爬壁机器人如图

所

示其中六个磁力吸附机构靠自身可以产

生强大的吸力并且很容易吸附和脱离钢制壁面每三个磁力吸附机构分别形成两组、

、

两组通过交错相的驱动装置可,

实现向前和向后运动中间电机的旋转运图具有内力补偿磁力吸附机构的爬壁机器人

动传递给不完整齿轮其中带齿的部分同齿条啮合使装有内力补偿磁体的脚向前,

日本磁吸附爬壁机器人的研究现状

卷

期

潘沛霖等,

日本磁吸附爬壁机器人的研究现状,

移动当不完整齿轮转到不带齿的部分时回复弹簧迅速使脚吸附到壁面上另外一组脚抬起向前移动这样就实现爬壁机器人脚的交替运动这种爬壁机器人重量约为,,

,

结构尺寸为

最大移动速度可达

吸盘式磁吸附爬壁机器人车轮式磁吸附爬壁机器人虽然速度较快但有效的磁体只是车轮的一小部分步行式磁吸,

附爬壁机器人虽然机器人得到较大的吸附力但速度很慢为了提高吸附力和行走速度,

,

年日本东京工业大学的宏獭茂男研究开发了吸盘式磁吸附爬壁机器人如图,

,

所示吸盘与壁

面之间有一个很小的倾斜角度这样吸盘对壁面的吸力仍然很大每个吸盘分别由一个电动机

来驱动与壁面线接触的吸盘旋转爬壁机器人就随着向前移动这种吸附机构

的吸附力可以,

,

达到很大

在遇到壁面的突起或焊缝时可以让吸盘一个一个地翻越而不是同时翻越它可以保证爬壁机器人承受力的载荷在整个方向上自由行走如图,,,,

,

,

,

所示焊缝位于水平方向爬壁,,

,

,

机器人从下向上爬会引起这样一个问题吸盘接触焊缝时车体重量会产生一个向下的力矩

使得上侧的小滚轮悬空吸附力下降发生吸盘滑动而不能前进的现象为解决这一问题设法使上侧的小滚轮产生一定的吸附力将小滚轮改成有吸附力的磁性滚轮这样爬壁机器,

、留长住称

图

吸盘式磁吸附爬壁机器人,

图

过焊缝时的情况

人的吸附性能获得了很大的改善它能承受与自重相当的载荷

履带式磁吸附爬壁机器人年日本研究开发了履带式磁吸附爬壁机器人如图,,,,

所示将永磁体镶在链条上形,,,

成磁性履带履带吸附于壁面并能行走但这种机构在爬天棚时由于履带是铰链联接的不能将整机的重量均匀地分布到各个永磁体上出现载荷集中现象此时只有两端的永磁体起作用容易使履带从天棚上剥落下来因此日本又开发了一种负荷分散机构如图,,,,

所示这种机

,

构是在履带上加了一根刚性导杆它可使履带由铰链联接变成刚性联接从而使载荷均匀分布到各个永磁体上上面所述的负荷分散机构虽能将载荷均匀地分布到各个永磁体上但是它只能适用于平面对于圆弧面或曲面就不能采用这种机构了因此日本的内藤绅司等人又研制开发了一种适于曲面的负荷分散机构如图,,,,,

所示这种机构是将图,,

所示的刚性导杆分割成多段用连杆,

,

多级联合这样无论壁面形状如何都会使履带与壁面接触从而使载荷均匀地分布到各个永磁体上为了使结构对称机构的重心始终处于中心位置导杆分割的个数必须为

的幂次方

日本磁吸附爬壁机器人的研究现状

机

器

人

年

月

永磁体

履带

壁面

导杆

壁面

重力

轮子

图

普通履带磁吸附爬壁机器人,

图

加刚性导杆的履带,

具有这种负荷分散机构的爬壁机器人其外形尺寸为起和半径

质量为

,

它能够跨越平面上

的突

的曲面外侧上的

的突起部分

结语从以上所研制的磁吸附爬壁

分级连杆

机器人来看它们各有优缺点车

,

图

适于曲面的负荷分散机构,

轮式磁吸附爬壁机器人行走速度虽然很快转弯容易但吸附力却,,,

很小步行式磁吸附爬壁机器人可以获得较大的吸附力然而行走速度太慢吸盘式磁吸附爬壁机器人具有较大的行走速度转弯容易同时能产生较大的吸附力但不如履带式磁吸附爬壁机器人产生的吸附力大然而履带式磁吸附爬壁机器人自身也有转弯难的缺点比较各种形式的磁吸附爬壁机器人可以看出履带式磁吸附爬壁机器人既可以产生很大的吸附力又具有较大的行走速度并且越过障碍物的能力强因此它具有广阔的发展前途文,

,

,

,

,

,

,

,

参秋尾彰等车轮型壁面走行口

考

献

水

,

卜开发日本钢管技报内,

内藤绅司等磁气吸着式壁面移动

口

水

,

卜开发第刃,

回日本口水

,

卜学会学术讲演会昭和,

年,

宏漱茂男等磁气尹才久夕型壁面移动口水内藤绅司等负荷分散夕口一

卜

,

。开发,

第,,

回日本口水

‘

,

卜学会学术讲演会平成

年

于机构内开发

日本口术

,

卜会志学、

内藤绅司等曲面用吸着移动机构刃开发第一,

回日本口水

,

卜学会学术讲演会平成元年,

压

卜

,

一

,

一

,