爬壁机器人真空吸附及运动方式探讨

ＨｙｄｒａｕｌｉｃｓＰｎｅｕｍａｔｉｃｓ＆Ｓｅａｌｓ／Ｎｏ．１．２００７

爬壁机器人真空吸附及运动方式探讨

张国平

杨

杰

高婧宇

（武汉大学动力与机械学院，湖北武汉４３００７２）

摘要：本文从单吸盘吸附、多吸盘吸附、真空的形成和消除方式、实现运动的机构四个方面，就爬壁机器人真空吸附及其运动方式的研究现状作了一定的分析，并对其发展趋势进行了概括。关键词：爬壁机器人；真空吸附；单吸盘；多吸盘中图分类号：ＴＨ２４，ＴＨ１３８

文献标识码：Ａ

文章编号：１００８－０８１３（２００７）０１－００１１－０３

ＶａｃｕｕｍＡｂｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆＣｌｉｍｂｉｎｇ－Ｗａｌｌ－ＲｏｂｏｔｗｉｔｈＡｐｐｒｏａｃｈｉｎｇｔｏＭｏｔｉｏｎＭｏｄｅ

ＺＨＡＮＧＧｕｏｐｉｎｇ，ＹＡＮＧＪｉｅ，ＧＡＯＪｉｎｇｗｕ

（ＳｃｈｏｏｌｏｆＰｏｗｅｒａｎｄＭａｃｈｉｎｅ，ＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７２，Ｃｈｉｎａ）

０引言

现代都市高层建筑数目和高度迅速增长，带来了壁面清洗以及损伤检测等方面的难题。目前广泛采用的人工作业方式危险性高，效率低，耗资巨大，因此人们迫切需要一种新的工作方式来代替人工作业方式。在这种形势下，爬壁机器人成了众多研究人员瞩目的焦点。在世界上率先开展爬壁机器人研究工作的是日本，１９７５年大阪府立大学工学部讲师西亮研制出一种用单吸盘吸附、以轮子行走的爬壁机器人［１９］。３０多年来，爬壁机器人的研究工作取得了较大的进展。

爬壁机器人必须具备能在壁面上吸附和移动两个

磁吸附和基本功能，目前的吸附方式主要有真空吸附、

黏性吸附。就现在的研究水平而言，黏性吸附会在壁面留下痕迹，所以一般情况下很少用到。鉴于建筑物壁面的非导磁性，爬壁机器人多采用真空吸附方式，通常是依靠抽风机、真空泵等真空发生设备在机器人的吸盘和墙壁的接触面间形成负压，依靠压差使机器人吸附在墙壁上。真空吸附又可分为单吸盘和多吸盘两种形式。由于实际工作环境的复杂性，对爬壁机器人的性能要求也越来越高，因而具有较强越障能力的多吸盘方式受到了更多人的关注。在当前对多吸盘的研究中，真空的形成和消除方式、实现运动的机构（这些在单吸盘研究中也有所涉及）成了研究的重点。

本文将从单吸盘吸附、多吸盘吸附、真空的形成和消除方式、实现运动的机构四个方面，就爬壁机器人真空吸附及运动方式的研究现状作一定的分析。

导索等其他方式）驱动，吸盘利用负压使机器人紧贴墙面，避免倾翻，如图１所示。ＴｏｈｒｕＭＩＹＡＫＥ，ＨｉｄｅｎｏｒｉＩＳＨＩＨＡＲＡ设计的擦窗机器人［２］，ＤＯＭＥＮＩＣＯＬＯＮＧＯ、ＧＩＯＶＡＮＮＩＭＵＳＣＡＴＯ设计的ＡｌｉｃｉａＩ、ＡｌｉｃｉａＩＩ［５］都采用的是单吸盘吸附方式。

图１单吸盘吸附［５］

１．１单吸盘的设计

机器人靠轮子滚动前进，在此过程中吸盘与墙面之间始终处于滑动摩擦状态，故要求吸盘具有很好的耐磨性并且与墙面之间的滑动摩擦系数也维持在很小的范围之内。目前，吸盘材料多采用改性ＰＴＦＥ（聚四氟乙烯）［２］。改性后的ＰＴＦＥ具有很好的耐高温性、耐磨性

化学稳定性和低透气性以及良好的机械性（自润滑性）、

能［２０］。一般情况下，用于单吸盘吸附的吸盘设计成圆盘

５］形［２、轻量化，且结构简单、。单吸盘吸附可实现小型化、

易于控制，但要求壁面平整，当遇到沟槽或凹凸面时，吸盘负压难以维持，越障能力不强。１．２单吸盘吸附的稳定性

由于吸盘与墙面之间始终处于滑动摩擦状态，不

１１

１单吸盘吸附

采用单吸盘吸附的爬壁机器人，通常采用轮子（或

收稿日期：２００６－１１－２２

作者简介：张国平（１９８７－），男，现就读于武汉大学动力与机械学院，专业为机械设计制造及其自动化。