爬壁機(jī)器人發(fā)展研究的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)綜述1國(guó)外的研究情況日本是世界上最先設(shè)計(jì)出爬壁機(jī)器人的國(guó)家，也是爬壁機(jī)器人方面最先進(jìn)的國(guó)家[2]。在上世紀(jì)末期，爬壁機(jī)器人便走進(jìn)了日本人民的千家萬(wàn)戶。二十世紀(jì)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(jì)了一款磁吸附單元，該單元叫做“內(nèi)力補(bǔ)償型磁吸附單元”。它的優(yōu)點(diǎn)是可靠、吸附牢固，并且可以較好實(shí)現(xiàn)吸盤(pán)的吸脫，而它的缺點(diǎn)是磁力無(wú)法調(diào)整大小。[1]要解決活動(dòng)過(guò)程中的瓜帶過(guò)程中的吸脫，理性運(yùn)用非線性彈簧儲(chǔ)能原理就能成功。日本NKK公司在二十世紀(jì)八零年代后期設(shè)計(jì)研制了車(chē)輪式永磁吸附爬壁機(jī)器人，該機(jī)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(diǎn)輪式性能優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)輪式磁力不變適應(yīng)各種形狀壁面且磁吸附能力強(qiáng)、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(guò)程較為復(fù)雜2002年，Balaguer等人設(shè)計(jì)了爬壁機(jī)器人ROMA-II，該機(jī)器人的每一個(gè)機(jī)械腳上都裝有數(shù)量較多的吸盤(pán)，這些吸盤(pán)能保證ROMA-II能夠在凹凸不平的壁面穩(wěn)健的移動(dòng)。負(fù)壓多吸盤(pán)的原理是：多個(gè)尺寸較小的吸盤(pán)通過(guò)負(fù)氣壓的方式吸附在表面共同實(shí)現(xiàn)吸附[5]。負(fù)壓多吸盤(pán)這類(lèi)體例的長(zhǎng)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(diǎn)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(jī)器人DEXTER問(wèn)世，該機(jī)器人采取的是被動(dòng)吸附的吸附體例，它是一種不通過(guò)真空泵就可以實(shí)現(xiàn)的負(fù)壓吸附[7]。相反經(jīng)由真空泵實(shí)現(xiàn)的負(fù)壓吸附叫做主動(dòng)吸附。表1.2主動(dòng)吸附和被動(dòng)吸附的優(yōu)缺點(diǎn)性能方式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)主動(dòng)吸附穩(wěn)定可靠，壁面平整性要求不高。重量大、脫離壁面時(shí)比較麻煩。被動(dòng)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(kāi)發(fā)出一種適于曲面的負(fù)荷分散機(jī)構(gòu),和傳統(tǒng)的導(dǎo)桿負(fù)荷分散機(jī)構(gòu)相比，該機(jī)構(gòu)將剛性導(dǎo)桿分若干段，并將其與連桿形成多級(jí)連桿。這樣,無(wú)論壁面的形狀如何,履帶都會(huì)充分的接觸到管道壁面上,從而使負(fù)載均勻地分布到每個(gè)永磁體上。從目前各國(guó)對(duì)于真空吸附爬壁機(jī)器人研究的進(jìn)度來(lái)看,他們都已經(jīng)走到了科技樹(shù)前列.但是鉆研磁吸附爬壁機(jī)器人的國(guó)度里,日本獨(dú)樹(shù)一幟。2國(guó)內(nèi)的研究情況中國(guó)在爬壁機(jī)器人領(lǐng)域的鉆研起步同其他發(fā)達(dá)國(guó)家相比較晚。在中國(guó)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)是第一個(gè)開(kāi)始研究爬壁機(jī)器人的大學(xué)，成功研制了多功能履帶式管壁噴涂檢測(cè)磁吸附爬壁機(jī)器人。這種爬壁機(jī)器人主要應(yīng)用于除銹，噴砂等工作環(huán)節(jié)。在爬壁機(jī)器人領(lǐng)域，我國(guó)和日本等其他國(guó)家比起來(lái)任有一定差距，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的研究填補(bǔ)了我國(guó)爬壁機(jī)器人領(lǐng)域的相關(guān)空白[8]。我國(guó)關(guān)于磁性履帶爬壁機(jī)器人應(yīng)用最多的是磁性履帶式船舶表面水下清理機(jī)器人、履帶式機(jī)器人在不銹鋼管道里的運(yùn)行和磁性履帶爬壁機(jī)器人等環(huán)節(jié)，其中磁性履帶爬壁檢測(cè)機(jī)器人的應(yīng)用比較完善，其結(jié)構(gòu)主要包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、主體支架以及安裝在主體支架上的力傳動(dòng)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(jī)器人，在四個(gè)機(jī)器足上各安置了一個(gè)電磁吸盤(pán)。該機(jī)器人在吸附脫離的過(guò)程中使用通電吸附、斷電脫離的方式[9]。3目前發(fā)展趨勢(shì)①多元化。即爬壁機(jī)器人將通過(guò)安裝機(jī)械手等方式集成多種功能，不僅能夠檢測(cè)出有問(wèn)題的部位，而且具備檢測(cè)出故障存在的地方后將其修復(fù)，小小的機(jī)器人能夠發(fā)揮大大的作用。②小型化。小型化是爬壁機(jī)器人發(fā)展的大勢(shì)所趨。在未來(lái)，爬壁機(jī)器人一定會(huì)朝著小型化的趨勢(shì)發(fā)展，不僅能夠降低功率消耗的，而且對(duì)被檢測(cè)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(shí)代，爬壁機(jī)器人也要緊跟5G潮流，通過(guò)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(cè)、維修等任務(wù)[10]。參考文獻(xiàn)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(cè)爬壁機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[j].大學(xué)生論文聯(lián)合比對(duì)庫(kù),2019(05)[6]潘沛霖，韓秀琴，趙言正，閏國(guó)榮.日本磁吸附爬壁機(jī)器人的研究現(xiàn)狀[J].機(jī)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(jī)器人的本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程，2000(05):7-8+10.[9]王寧，唐伯雁，劉榮.被動(dòng)吸附式小型爬壁機(jī)器人開(kāi)發(fā)[j].微計(jì)算機(jī)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(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的研制[J].宇航計(jì)測(cè)技術(shù),2017,37(06):75-78+87.[12]張兆東,劉晨.一種自動(dòng)微動(dòng)開(kāi)關(guān)焊接強(qiáng)度檢測(cè)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(jī)械工業(yè)出版社.2016:105[14]黃濤,張?jiān)ツ?張芳,等.履帶式全方位移動(dòng)平臺(tái)的坡面靜力穩(wěn)定性分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究,2015(2):32-35.[15]魏崇毓,徐連偉.無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化[J].電子設(shè)計(jì)工程,2017,25(9):113-116.[16]聞邦椿.

機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]．