爬壁机器人真空吸附及运动方式探讨(3)

ＨｙｄｒａｕｌｉｃｓＰｎｅｕｍａｔｉｃｓ＆Ｓｅａｌｓ／Ｎｏ．１．２００７

为解决这个问题，可以设计利用吸盘自身形变和机构运动来产生真空的被动吸附式吸盘［１３］。

更改支二维坐标定位方式，各吸盘交替吸附与剥离、

２５］

撑点，从而实现前移、转向和越障［７、，如图４所示。

３．２真空的消除方法

为实现真空的消除，一般在吸盘上设计一个放气阀或大气孔，吸盘工作时，放气阀或大气孔处于关闭状态；需要消除真空时，压缩弹簧打开放气阀以联通大气［１３］，或者采用电磁方式，接通通电线圈产生电磁力，带动柱塞移动，从而打开大气孔联通大气［２４］。

气体柔性驱动器［１５］在气体压力作用下能够产生轴向变形。适当地调节气体压力的高低，便可以使驱动器在弹性范围内伸长和收缩，完成驱动动作，从而实现移动。该驱动器具有结构简单、易于小型化、重量轻、柔性好、无摩擦、不需润滑等优点，但是还不能实现转向和越障。

变结构履带式爬壁机器人［２２］，可以灵活而大幅度地改变履带的形状，从而能够在曲率半径较小的曲面上稳定行走，以及在具有较大交角范围的相交壁面之间过渡。

４实现运动的机构

爬壁机器人的运动包括直线移动、转向和越障。一个好的爬壁机器人要能同时实现这三种运动。目前出现的运动实现机构主要有以下几种：

对于单吸盘吸附而言，实现移动的快速有效的方

５］

式就是采用两个或多个轮子，实现滚动式前进［２、。但

５结语

爬壁机器人的研制和新的设计方案层出不穷。但在目前，爬壁机器人面临着几个技术难点，其中涉及吸盘的

有———面对复杂的壁面环境，要求吸附机构必须要产生并维持一定的吸附力，使机器人安全可靠地吸附在工作壁面上，要求出现更好的吸附及密封技术。从有关资料看出，现有的以真空吸盘为吸附手段的爬壁机器人对于较为复杂的工作面适应性较差，这是因为建筑物外墙结构形状复杂，材料多样，壁面有沟缝、凸起物和凹陷区等，所以需要解决密封、跨越、移动等许多技术难度大的问题。这极大的影响了爬壁机器人的工作效率。这些难题是阻碍爬壁机器人向实用化方向发展的瓶颈，也是爬壁机器人的发展方向。为提高吸盘的吸附能力和吸附可靠性，研究和发现新的材料也为一些研究人员所关注，有些研究者提出了采用生物材料的观点，但这一观点还停留在理论阶段，并未进入实用阶段，新材料的发现也必然会使吸盘技术变得更加成熟。

从现有情况及单吸盘吸附和多吸盘吸附各自的特

解除爬壁机器人发展点可以看出，为了克服以上难题、

的瓶颈，越来越多的研究人员把焦点放在了对多吸盘吸附的研究上，同时借鉴和发展现有单吸盘设计的优秀成果。就实现运动的机构而言，基于仿生设计的昆虫足式爬行机构灵活性更大，在转向和越障方面能力较强，是一个重要的发展方向。同时，不少新的设计思想

１５、２２］

的出现也为爬壁机器人的发展注入了活力［８、。

参

考

文

献

是，这种机构不便于越障。为解决越障问题，可以将多个单吸盘吸附系统（一个单吸盘和两个轮子的组合）组合在一起，通过增加支撑点来实现转向和越障［５］。

履带式多吸盘吸附机构是通过驱动器带动履带滚后端吸盘剥离，以此来实动，从而带动前端吸盘吸附、

现机器人的前移。为了避免吸盘在前轮下方切入时卷褶漏气，可以设计相应的吸盘提升装置［１１］；为了增强吸附稳定性，可以根据吸盘本身的力学特性设计一种弯头异型滑轨［１３］。履带式机构的转向和越障能力较弱。

昆虫足式多吸盘机构具有较高的灵活度，能同时实现直线移动、转向和越障功能。采用仿生爬行方式（四足或六足），使用多个汽缸来实现各足交替吸附与剥离、更改支撑点，可以灵活地实现前移、转向

４、２５］

纵向滑轨，在滑轨上和越障［３、。也可以设计横向、

实现不同方向的移动，类似于平面直角坐标系中的

［１］ＪｉｈｏｎｇＬｉｕ，ＫＴａｎａｋａ，ＬＭＢａｏ，ＩＹａｍａｕｒａ．Ａｎａｌｙｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｌｉｎｇ

ｏｆｓｕｃｔｉｏｎｃｕｐｓｕｓｅｄｆｏｒｗｉｎｄｏｗ－ｃｌｅａｎｉｎｇｒｏｂｏｔｓ［Ｊ］．Ｖａｃｕｕｍ，２００６，８０：５９３–５９８．

１．Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ（Ｘ－）Ｃｙｌｉｎｄｅｒ

２．Ｂｒｕｓｈ

３．ＶｉｓｕａｌＳｅｎｓｏｒ

４．Ｖｅｒｔｉｃａｌ（Ｙ－）Ｃｙｌｉｎｄｅｒ

５．ＳｕｃｔｉｏｎＣｕｐ６．Ｚ－Ｃｙｌｉｎｄｅｒ７．ＳｌａｖｅＣＰＵ

８．ＲｏｔａｔｉｏｎＣｙｌｉｎｄｅｒ

［２］ＴｏｈｒｕＭＩＹＡＫＥ，ＨｉｄｅｎｏｒｉＩＳＨＩＨＡＲＡ．ＭｅｃｈａｎｉｓｍｓａｎｄＢａｓｉｃ

ＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＷｉｎｄｏｗＣｌｅａｎｉｎｇＲｏｂｏｔ［Ｒ］．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅ

２００３ＩＥＥＵＡＳＭＥｌｎｔｅｍａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＡｄｖａｎｃｅｄＩｎｔｅｌ－ｌｉｇｅｎ …… 此处隐藏：43字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……