1996年，西亮教授在日本大阪府立大學(xué)成功設(shè)計(jì)出了世界上的第一臺爬壁機(jī)器人。這個機(jī)器人利用了電風(fēng)扇在轉(zhuǎn)動時其兩面的壓力不同而設(shè)計(jì)的，讓機(jī)器人可以在墻面上能夠緊靠，以后，爬壁式的機(jī)器人便迅速地引起了各國的強(qiáng)烈關(guān)注，英國、西班牙、美國、德國和俄羅斯等國家也先后開發(fā)并設(shè)計(jì)了多種不同結(jié)構(gòu)的新型爬壁式機(jī)器人[6。1987年以來，把當(dāng)代我國的智能機(jī)器人建設(shè)確立成為現(xiàn)代工業(yè)和自動化領(lǐng)域的研究主體之一，在機(jī)器人學(xué)科方面取得了很大的突破和進(jìn)步[71。其中哈爾濱工業(yè)大學(xué)率先啟動了爬壁機(jī)器人技術(shù)的開發(fā)與研究，已先后設(shè)計(jì)和研制了5個品種的爬壁機(jī)器人，在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位，同時在國際上也受到眾多同行的關(guān)注8。爬壁類的機(jī)器人必須要求它們能夠在墻上牢靠的吸附和各方位行走等功能，我們把爬壁類型的機(jī)器人根據(jù)其吸附方式分為電磁性磁吸附、負(fù)壓吸附、真空吸附以及其他類型的吸附。以下我們將根據(jù)爬壁類型的機(jī)器人在各種應(yīng)用中所采取的的吸附技術(shù)方式不同進(jìn)行分析國內(nèi)外相關(guān)的研究發(fā)展現(xiàn)狀。(1)磁吸附爬壁機(jī)器人我國設(shè)計(jì)了好多的爬壁機(jī)器人，占據(jù)大多數(shù)是磁鐵吸附方面的爬壁機(jī)器人。上海圣瑞的磁性自吸附體式爬壁機(jī)器人，如下圖1.1所示，它由一個小型分體式的爬壁車身軀動模塊、多個高自由度吸塵機(jī)械臂驅(qū)動模塊和一個主輔機(jī)械攝像系統(tǒng)模塊等多個部件直接組合在一起構(gòu)成，各個主輔機(jī)械攝像模塊之間的吸塵機(jī)械臂和電氣完全可以分開進(jìn)行隔離，具有很好的吸塵防水和電氣抗塵保護(hù)功能，可以根據(jù)實(shí)際的爬壁作業(yè)現(xiàn)場要求使用來自動實(shí)現(xiàn)迅捷的機(jī)械組合及高效的物料運(yùn)輸，在這些特殊情況下，無論我們是對于需要連續(xù)多天進(jìn)行爬壁作業(yè)的現(xiàn)場區(qū)域還是狹小的作業(yè)工作現(xiàn)場空間，都可以具有很大的性能優(yōu)勢，該爬壁機(jī)器人還特別說明具備了一種視覺圖像監(jiān)控控制系統(tǒng)，能夠輕松地直接實(shí)現(xiàn)對于各種作業(yè)現(xiàn)場的各種全方位視覺監(jiān)控I91。2011年，瑞士機(jī)器人設(shè)計(jì)基地設(shè)計(jì)出了一臺爬壁機(jī)器人，名字叫做TRIPLLARI101,如圖1.2所示，該機(jī)器人主要在整個機(jī)器人身上安裝了電磁鐵，給機(jī)器人通電就會吸附在磁性壁面上，機(jī)器人兩側(cè)安裝了三角形的履帶，兩條履帶的移動各自由電動機(jī)控制向，當(dāng)兩個電動機(jī)轉(zhuǎn)速不同時，履帶的移動速動不同而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。履帶的另外一個作用就是能使機(jī)器人能夠輕易地從豎直的墻體和天花板表面上過渡至另一側(cè)的墻體，實(shí)現(xiàn)了從豎直的墻面到天花板的輕松過渡，并且它的轉(zhuǎn)彎或者轉(zhuǎn)向非常靈活。(2)負(fù)壓吸附爬壁機(jī)器人我國第十一屆“挑戰(zhàn)杯”國賽作品負(fù)壓吸附爬壁機(jī)器人，如圖1.3所示。為了大大增加機(jī)器人在爬墻過程中的穩(wěn)定性，它采用了多腔體負(fù)壓結(jié)構(gòu)。如圖1.4所示，這樣做的最大好處是當(dāng)某一腔體被損壞時，其余的腔室還能繼續(xù)保持很強(qiáng)的吸附能力；其次為了適應(yīng)不同的墻體，它采用了真空補(bǔ)氣閥結(jié)構(gòu)，使機(jī)器人根據(jù)不同墻體產(chǎn)生不同的吸附力，讓爬壁機(jī)器人的適用范圍更廣。最后它是利用連續(xù)負(fù)壓的原理，驅(qū)動的原理是一種電機(jī)驅(qū)動輪行走的方式，解決了我們在傳統(tǒng)的爬壁式機(jī)器人運(yùn)行時移動的連續(xù)性較差，控制繁瑣等缺點(diǎn)。日本宮崎大學(xué)設(shè)計(jì)出來的爬壁機(jī)器人，其主體結(jié)構(gòu)安裝了兩個渦旋狀的葉片，兩個葉片轉(zhuǎn)動時，靠近墻面一側(cè)的壓力較低，兩個葉片產(chǎn)生的推力，讓機(jī)器人與墻面接觸會有摩擦力，從而讓機(jī)器人在墻面爬行[11。從上面材料來看，采用負(fù)壓吸附原理爬壁機(jī)器人不會受到壁面材質(zhì)的影響，適應(yīng)性能較好，但是它的負(fù)重能力較差，大多數(shù)負(fù)壓吸附爬壁機(jī)器人越障能力較差。(3)真空吸附爬壁機(jī)器人1997年美國CrawLLC公司研制出了爬壁機(jī)器人“AutoCrawler”,如圖1.5所示，在這種爬壁機(jī)器人的履帶上安裝很多個吸盤，履帶在墻面上移動時，在履帶上分布的吸盤恰好與墻面接觸時，真空泵會使該吸盤成負(fù)壓狀態(tài)讓機(jī)器人緊緊的靠在墻面上行走與轉(zhuǎn)向[12。緊接著，香港城市大學(xué)在此基礎(chǔ)上也設(shè)計(jì)出了一種履帶式爬壁機(jī)器人，吸附性更加可靠，如圖1.6所示[13。真空吸附爬壁機(jī)器人通常是采用履帶式移動的方式與多吸盤的吸附結(jié)合而產(chǎn)生的，它們是特別適合在各種工作壁面上，粗糙度比較小，且具有良好的適應(yīng)性屬性以及自身適應(yīng)能力。它的吸附裝置主要有兩個部分：真空發(fā)生裝置和真空吸盤。當(dāng)吸盤快要貼緊墻面時真空發(fā)生裝置抽氣，爬壁機(jī)器人緊緊吸附，當(dāng)吸盤快要離開墻面時真空裝置放氣，吸盤離開墻面。從對目前真空吸附式爬壁機(jī)器人的技術(shù)應(yīng)用研究的發(fā)展和趨勢分析中我們?nèi)匀荒軌虮容^清楚地知道，單向或吸盤式的機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)下真空吸附機(jī)體積小，且其內(nèi)部機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)簡單、便于施工操作和安全控制，但是它仍然要求建筑墻體內(nèi)的壁面必須具有一定的墻體平整度，其對于跨越建筑障礙物的保護(hù)能力也比較低，對不平整的建筑墻體使用環(huán)境不能很好地進(jìn)行適應(yīng)，當(dāng)遇到較多高卑面時，吸盤負(fù)壓能力難以維持。多吸盤吸附較為安全而且移動的性能好，但是它的結(jié)構(gòu)零件較多，顯得復(fù)雜，比較繁重。(4)其他吸附方式爬壁機(jī)器人爬壁類型機(jī)器人的吸附形式除了以上幾種主要的形式外，還有許多，如真空仿生以色列AvishaiSintov等人設(shè)計(jì)的爬壁機(jī)器人，具有感官能力，可以自己識別在墻面上爬行，其主要適合在垂直而且比較粗糙的墻面行走。它有四個支腿，它的腿部機(jī)構(gòu)可以概括為擁有四個自由度的連桿機(jī)構(gòu)，在連桿機(jī)構(gòu)的前端裝配了尖銳的鉤子，每個鉤子可以單獨(dú)控制。美國OzgurUnver等人所設(shè)計(jì)的爬壁機(jī)器人，其吸附方式類似于膠帶粘合的方式讓機(jī)器人在墻面吸附，這種機(jī)器人就需要在容易被粘附的表面上行走，其特點(diǎn)是運(yùn)動平穩(wěn)。它的主要優(yōu)點(diǎn)是它的自身重量比較小，所以他可以攜帶較大的負(fù)載，它與其他爬壁機(jī)器人相比，跨越障礙的本領(lǐng)高[15。意大利卡塔尼亞大學(xué)研制的以負(fù)壓真空相互結(jié)合的吸附形式進(jìn)行研制的爬壁機(jī)器人Alicia,如圖1.7所示。Aliciaii由中間的吸附實(shí)驗(yàn)內(nèi)腔來利用負(fù)壓真空進(jìn)行吸附，兩個輪子由一個單獨(dú)的電動機(jī)驅(qū)動以實(shí)現(xiàn)差速轉(zhuǎn)動，它可以承受的負(fù)載約為三個具有Aliciaii的不同吸盤結(jié)構(gòu)進(jìn)行各種交替性的移動和交換工作，可以直接使移動機(jī)器人能夠跨越原來更多的工作障礙，也極大地提高了移動機(jī)器人的移動負(fù)載性質(zhì)和能力16。一般來說，負(fù)壓吸附和真空吸附等方法相結(jié)合的形式已經(jīng)被許多設(shè)計(jì)師所采用的，這種形式得優(yōu)點(diǎn)對負(fù)壓吸附和真空吸附之間的不足進(jìn)行了適當(dāng)?shù)膹浹a(bǔ)，但是相對來說機(jī)身結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、笨重，成本也會大大提升。參考文獻(xiàn)[1]張曙.工業(yè)4.0和智能制造[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程，2014(8):1-5.[2]閆久江，趙西振，左干，等.爬壁機(jī)器人研究現(xiàn)狀與技術(shù)應(yīng)用分析[J].機(jī)械研究與[3]王堯，馮偉東.清洗爬壁機(jī)器人國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的綜述[J].機(jī)械工程師，2015(3):144-146.[4]程思敏，陳韋宇，叢培杰.爬壁機(jī)器人的研究現(xiàn)狀[J][5]戴順孝，顧曉月.特種服務(wù)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域研究[J].機(jī)械制造，2010,48(12):1-3.[6]付宜利，李志海.爬壁機(jī)器人的研究進(jìn)展[J].機(jī)械設(shè)計(jì)，2008,25(4):1-5.[7]鄧三鵬，祁宇明，王仲民，等.高壓水射流機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用[C]//機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新與發(fā)展及科技成果產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)科技論壇.中國產(chǎn)學(xué)研合作促進(jìn)會科技成果轉(zhuǎn)化專家委員會；中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院，2014.[8]王炎，姜有.噴砂噴漆用履帶式磁吸附爬壁機(jī)器人[C]//全國智能機(jī)器人學(xué)術(shù)交流會暨第六屆青年機(jī)器人學(xué)術(shù)研討會.1996.[9]洛陽圣瑞智能機(jī)器人有限公司.上海圣瑞磁吸附爬壁機(jī)器人爬壁機(jī)器人可以用在那些情況[OL].[10]SchoeneichP,RochatF,NguyenTD,etcaterpillarclimbingrobotwithplane29(Pt.7):1075-1081.[11]NishiA.Developmentofwall-climbingrobot[J].ComputerandEl[12]JianZ,DongS,TsoSK.DevelopmentofaTrackedClimbingRobot[J].JIntelligentandRoboticSystems,2002,35(4):427-443.[13]HiroseS,KawabeK.[14]呂鑫，王從慶.一種爬壁機(jī)器人真空吸附性能分析與運(yùn)動切換策略[J].機(jī)械科學(xué)[15]閆久江，趙西振，左干，等.爬壁機(jī)器人研究現(xiàn)狀與技術(shù)應(yīng)用分析[J].機(jī)械研究與[16]朱光輝.新型爬壁機(jī)器人的研制[D].重慶大學(xué)，2016.[17]彭晉民，李濟(jì)澤，邵潔，等.負(fù)壓爬壁機(jī)器人吸附系統(tǒng)研究[J].中國機(jī)械工程，2012,23(18):2160-2164+2168.[18]吳超，吳桂湘，李孜軍，等.玻璃表面污塵與清潔的試驗(yàn)研究[J].清潔世界，2006,22(10):1-9.[19]周新建，劉祥勇.大型油罐爬壁機(jī)器人吸附結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2014(9):181-184.[20]王吉岱，孔輝，陳廣慶，等.新型罐壁檢測爬行機(jī)器人的行走