陳少帥 陳奎儒 馬千里

摘要：本文介紹了一種新型壁面攀爬機(jī)器人，其設(shè)計(jì)旨在設(shè)計(jì)出一種全新的機(jī)器人墻壁攀爬機(jī)械構(gòu)造及機(jī)械運(yùn)動(dòng)方式。它的結(jié)構(gòu)主要分為壁面吸附部分、驅(qū)動(dòng)行進(jìn)部分和主體控制部分三個(gè)主要部分組成。該壁面攀爬機(jī)器人結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，攀爬時(shí)較平穩(wěn)，行進(jìn)時(shí)安全性良好，且能夠在凹形垂直壁面間靈活移動(dòng)。

關(guān)鍵詞：攀爬機(jī)器人；偏心距導(dǎo)軌；合頁(yè)式

1、攀爬機(jī)器人的研究背景

攀爬機(jī)器人是近代電子技術(shù)與傳統(tǒng)的機(jī)構(gòu)學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物，是計(jì)算機(jī)科學(xué)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息科學(xué)和傳感技術(shù)等多種學(xué)科綜合性高科技產(chǎn)物，是一種仿人操作、高速運(yùn)行、重復(fù)操作和精度較高的自動(dòng)化設(shè)備。以攀爬機(jī)器人代替人類從事各種危險(xiǎn)、繁重、重復(fù)、單調(diào)及消毒等有害的工作是社會(huì)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。

攀爬機(jī)器人的出現(xiàn)將人類從繁重單一的勞動(dòng)中解放出來，而且還能夠從事一些不適合人類甚至超越人類的勞動(dòng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化，避免工傷事故和提高生產(chǎn)效率。

2、攀爬機(jī)器人的分類及功能特點(diǎn)

三個(gè)基本功能：吸附功能、移動(dòng)功能、載物功能。類別（按移動(dòng)方式）：車輪式壁面攀爬機(jī)器人、履帶式壁面攀爬機(jī)器人、框架式攀爬機(jī)器人、足腳式壁面攀爬機(jī)器人、軌道行進(jìn)式攀爬機(jī)器人、抓持式壁面攀爬機(jī)器人、鋼索行進(jìn)式壁面攀爬機(jī)器人等.使用功能：維護(hù)、檢查、消防、救援、清洗、情報(bào)、國(guó)防等。

3、現(xiàn)有技術(shù)及其缺點(diǎn)車輪式壁面攀爬機(jī)器人——一個(gè)或多個(gè)輪子在電機(jī)等驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)下，帶動(dòng)機(jī)器人行走。優(yōu)點(diǎn)：移動(dòng)速度較快，行走控制簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：著地面積小，維持吸附力困難。

履帶式攀爬機(jī)器人——由兩個(gè)或多個(gè)無軌道履帶推動(dòng)機(jī)器人行走。優(yōu)點(diǎn)：接觸面積大，對(duì)于壁面的適應(yīng)性強(qiáng)。缺點(diǎn)：體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量重且不易轉(zhuǎn)彎。

足腳式攀爬機(jī)器人——通過多個(gè)腳按照一定的次序?qū)Ρ诿孢M(jìn)行吸附與脫離，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的移動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)：機(jī)動(dòng)性能好，可以適應(yīng)不同形狀的壁面，有較強(qiáng)的越障礙能力。缺點(diǎn)：行走速度較慢，多足協(xié)調(diào)有一定的困難。

軌道行進(jìn)式攀爬機(jī)器人——用車輪加緊在壁面軌道兩側(cè)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，依靠車輪與軌道間的摩擦力實(shí)現(xiàn)上下移動(dòng)：優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)行可靠、容易。缺點(diǎn)：對(duì)墻壁有鋪設(shè)導(dǎo)軌的要求。

4、該設(shè)計(jì)的科學(xué)性先進(jìn)性

該機(jī)器人驅(qū)動(dòng)行進(jìn)部分采用的偏距導(dǎo)軌式構(gòu)造，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，攀爬時(shí)較平穩(wěn)（主要與六足式弧形機(jī)器人比較）；該機(jī)器人在攀爬行進(jìn)時(shí)，至少有三個(gè)不共線的吸盤吸附在墻壁上，極大的保證其安全性；該機(jī)器人能夠在凹型垂直墻壁面間靈活移動(dòng)。

5、該設(shè)計(jì)的技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

該機(jī)器人攀爬部分采用偏距導(dǎo)軌式機(jī)構(gòu)；吸附部分主要采用真空泵與軟吸盤組成的真空吸附構(gòu)造；主體控制部分為合葉式構(gòu)造，為凹型垂直壁面間的移動(dòng)創(chuàng)造結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。該機(jī)器人較以往的攀爬機(jī)器人提供一種全新攀爬方式，較足式弧形機(jī)器人來說，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，功能性強(qiáng)。而且該機(jī)器人的凹型垂直壁面間移動(dòng)主要為室內(nèi)攀爬機(jī)器人提供了技術(shù)基礎(chǔ)。該機(jī)器人可以為室內(nèi)墻壁清洗機(jī)器、室內(nèi)墻壁懸掛取用機(jī)器提供了一種新技術(shù)。

6、該設(shè)計(jì)的功能實(shí)現(xiàn)

攀爬機(jī)器人裝配體結(jié)構(gòu)圖：

整個(gè)裝配體主要部分分為兩部分：一個(gè)是負(fù)責(zé)行進(jìn)的偏距導(dǎo)軌3和4；一個(gè)是負(fù)責(zé)控制與翻轉(zhuǎn)的主體箱1和2

當(dāng)機(jī)器處于行進(jìn)狀態(tài)時(shí)，先是兩側(cè)導(dǎo)軌中間的吸盤組合體脫離墻壁，并通過導(dǎo)軌下面的絲杠移動(dòng)達(dá)到一定偏距，然后中間的吸盤吸附墻壁；控制主體移動(dòng)直到行進(jìn)連接塊與中間吸盤同軸線時(shí)停止（依靠紅外線傳感器）；然后先是一邊的導(dǎo)軌兩側(cè)的吸盤組合體脫離壁面，此時(shí)連接處的電機(jī)驅(qū)動(dòng)此導(dǎo)軌繞連接處的軸旋轉(zhuǎn)180度，最后兩側(cè)吸盤吸附。第一導(dǎo)軌完成后，第二導(dǎo)軌重復(fù)以上工作，如此循環(huán)下去，這樣機(jī)器就可以以一定距離（可調(diào)節(jié)）攀爬行進(jìn)。