爬壁機器人發(fā)展研究的國內(nèi)外文獻綜述1國外的研究情況日本是世界上最先設(shè)計出爬壁機器人的國家，也是爬壁機器人方面最先進的國家[2]。在上世紀末期，爬壁機器人便走進了日本人民的千家萬戶。二十世紀八十年代，東京工業(yè)大學(xué)便提出一種基于內(nèi)部平衡的想法，并基于這種想法為船只和核能反應(yīng)堆設(shè)計了一款磁吸附單元，該單元叫做“內(nèi)力補償型磁吸附單元”。它的優(yōu)點是可靠、吸附牢固，并且可以較好實現(xiàn)吸盤的吸脫，而它的缺點是磁力無法調(diào)整大小。[1]要解決活動過程中的瓜帶過程中的吸脫，理性運用非線性彈簧儲能原理就能成功。日本NKK公司在二十世紀八零年代后期設(shè)計研制了車輪式永磁吸附爬壁機器人，該機器人主要應(yīng)用于油罐、船舶等大型構(gòu)造物壁面，代替人工作業(yè)[6]。 表1.1磁輪式和輪式可變磁力的優(yōu)缺點輪式性能優(yōu)點缺點輪式磁力不變適應(yīng)各種形狀壁面且磁吸附能力強、不損壞壁面。不能控制磁力。輪式磁力可變可以控制磁力控制過程較為復(fù)雜2002年，Balaguer等人設(shè)計了爬壁機器人ROMA-II，該機器人的每一個機械腳上都裝有數(shù)量較多的吸盤，這些吸盤能保證ROMA-II能夠在凹凸不平的壁面穩(wěn)健的移動。負壓多吸盤的原理是：多個尺寸較小的吸盤通過負氣壓的方式吸附在表面共同實現(xiàn)吸附[5]。負壓多吸盤這類體例的長處是具備較好的密封性、斷電后也能吸附且吸附性不變，可靠性較高。缺點是在不平表面氣體有可能泄露，不適用于火電廠燃燒室工作環(huán)境。Kochan等人于2004年成功讓爬壁機器人DEXTER問世，該機器人采取的是被動吸附的吸附體例，它是一種不通過真空泵就可以實現(xiàn)的負壓吸附[7]。相反經(jīng)由真空泵實現(xiàn)的負壓吸附叫做主動吸附。表1.2主動吸附和被動吸附的優(yōu)缺點性能方式優(yōu)點缺點主動吸附穩(wěn)定可靠，壁面平整性要求不高。重量大、脫離壁面時比較麻煩。被動吸附重量輕、自身提供吸附能量。要求工作壁面平整，比較容易脫離壁面。此外日本的NAITOHE和其他公司又開發(fā)出一種適于曲面的負荷分散機構(gòu),和傳統(tǒng)的導(dǎo)桿負荷分散機構(gòu)相比，該機構(gòu)將剛性導(dǎo)桿分若干段，并將其與連桿形成多級連桿。這樣,無論壁面的形狀如何,履帶都會充分的接觸到管道壁面上,從而使負載均勻地分布到每個永磁體上。從目前各國對于真空吸附爬壁機器人研究的進度來看,他們都已經(jīng)走到了科技樹前列.但是鉆研磁吸附爬壁機器人的國度里,日本獨樹一幟。2國內(nèi)的研究情況中國在爬壁機器人領(lǐng)域的鉆研起步同其他發(fā)達國家相比較晚。在中國，哈爾濱工業(yè)大學(xué)是第一個開始研究爬壁機器人的大學(xué)，成功研制了多功能履帶式管壁噴涂檢測磁吸附爬壁機器人。這種爬壁機器人主要應(yīng)用于除銹，噴砂等工作環(huán)節(jié)。在爬壁機器人領(lǐng)域，我國和日本等其他國家比起來任有一定差距，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的研究填補了我國爬壁機器人領(lǐng)域的相關(guān)空白[8]。我國關(guān)于磁性履帶爬壁機器人應(yīng)用最多的是磁性履帶式船舶表面水下清理機器人、履帶式機器人在不銹鋼管道里的運行和磁性履帶爬壁機器人等環(huán)節(jié)，其中磁性履帶爬壁檢測機器人的應(yīng)用比較完善，其結(jié)構(gòu)主要包括驅(qū)動電機、主體支架以及安裝在主體支架上的力傳動組件、履帶輪系預(yù)緊組件、履帶輪系、履帶輪系安裝組件。北京航空航天大學(xué)研制的電磁式壁面爬行機器人，在四個機器足上各安置了一個電磁吸盤。該機器人在吸附脫離的過程中使用通電吸附、斷電脫離的方式[9]。3目前發(fā)展趨勢①多元化。即爬壁機器人將通過安裝機械手等方式集成多種功能，不僅能夠檢測出有問題的部位，而且具備檢測出故障存在的地方后將其修復(fù)，小小的機器人能夠發(fā)揮大大的作用。②小型化。小型化是爬壁機器人發(fā)展的大勢所趨。在未來，爬壁機器人一定會朝著小型化的趨勢發(fā)展，不僅能夠降低功率消耗的，而且對被檢測結(jié)構(gòu)造成的影響和損傷也將減小。③智能化。在如今的5G時代，爬壁機器人也要緊跟5G潮流，通過各種高新模塊例如高新濾波器的加成，使其能更高效、更快速、更精確的完成檢測、維修等任務(wù)[10]。參考文獻R.Aracil,R.saltaren,O.ReinosorallelrobotsforautonomousclimbingalongtubularstructuresRoboticsandAutonomousSystems,2003(42):125--134.[2]ALKALLAMG，MOHAMEDA．Anovelpropeller-typeclimbingrobotforvesselsinspection［C］∥2015IEEEInternationalConferenceonAdvancedIntelligentMechatronics，Korea，2015:1623－1628．[3]SivaMF,BarbosaRS,OliveiraALC.ClimbingRobotforFerromagneticSurfaceswithDynamicAdjustmentoftheADhesionSystem[J].JournalofRobotics,2012.[4]SuzukiM,KitaiS,HiroseS.Newtypeschildunitsofanchorclimber:Swarmtypewallclimbingrobotsystem[C]//IntelligentRobotsandSystems,2007.IROS2007.IEEE/RSJInternationalConferenceon.IEEE,2007:1781一1786.[5]周立.輪式超聲檢測爬壁機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計[j].大學(xué)生論文聯(lián)合比對庫,2019(05)[6]潘沛霖，韓秀琴，趙言正，閏國榮.日本磁吸附爬壁機器人的研究現(xiàn)狀[J].機器人，1994(06):379一382.[7]KochanA.CLAWARhighlightsresearchprogressonclimbingandwalkingrobots[J].IndustrialRobot:AnInternationalJournal,2005,32(2):112一116.[8]潘煥煥，趙言正，高學(xué)山，王炎.水冷壁爬壁機器人的本體結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].機械設(shè)計與制造工程，2000(05):7-8+10.[9]王寧，唐伯雁，劉榮.被動吸附式小型爬壁機器人開發(fā)[j].微計算機信息，2005(14):83一84+80.[10]XinLai;?GuoruiZhu.AFuzzyAdaptiveFilterwiththeStudent’stDistribution-basedTrajectoryTrackingforInspectionWall-climbingRobot[J].InternationalCoreJournalofEngineeringVolume7,Issue5.2021.[11]黃健.基于PI控制的直流電機調(diào)速控制系統(tǒng)的研制[J].宇航計測技術(shù),2017,37(06):75-78+87.[12]張兆東,劉晨.一種自動微動開關(guān)焊接強度檢測設(shè)備[J].科技風(fēng),2019(20):26.[13]肖明葵，鄒昭文，譚金蘭.理論力學(xué)[M].機械工業(yè)出版社.2016:105[14]黃濤,張豫南,張芳,等.履帶式全方位移動平臺的坡面靜力穩(wěn)定性分析[J].機械設(shè)計與研究,2015(2):32-35.[15]魏崇毓,徐連偉.無刷直流電機驅(qū)動控制系統(tǒng)的設(shè)計與優(yōu)化[J].電子設(shè)計工程,2017,25(9):113-116.[16]聞邦椿.

機械設(shè)計手冊[M]．