针对目前国内外对爬壁机器人的研究现状和不足,分别从吸附方式、行走方式、驱动方式和壁面过渡等方面进行归纳总结,论述爬壁机器人面临的主要问题和发展趋势。结果表明爬壁机器人在吸附方式方面存在吸附性和机动性之间的矛盾,在壁面过渡能力方面仍存在一定的局限性,距离实际应用还有一定距离。对爬壁机器人关键技术的研究方向提出展望。

密封结构是保证爬壁机器人运行的核心部件,滚动密封作为一种新型密封方式,具有耐磨性好、负载大、壁面适应性强的特点,在爬壁机器人领域研究日益广泛。基于滚动密封机理,提出了典型工况下的滚动密封失效判据。通过密封机理分析确定了滚动密封结构的失效形式,对水平平动、竖直平动及转向三种典型工况下的具体失效形式进行分析,并采用动力学方法得到了关键设计参数与密封泄漏间的关系,由此提出滚动密封的失效判据。最后基于所提失效判据完成样机改进与实验,实验结果表明,改进设计提高了吸附稳定性,验证了密封失效判据的有效性与准确性。

针对实现机器人运动功能的元器件类型和其组合间的关联和制约关系,提出一种基于蚁群算法的行走式爬壁机器人元器件组合优化设计方法。依据爬壁机器人工作原理进行功能分解及元器件选用,建立功能元器件矩阵;按照功能实现程度对元器件及元器件间匹配程度进行评价,获得元器件匹配度矩阵及设计方案评价模型;针对设计方案评价模型及优化目标,使用蚁群算法寻求元器件匹配度矩阵中最优解;并开展优化设计后机器人与优化前机器人的对比实验研究。

设计一种新型的船体爬壁机器人,用来对大型轮船侧壁的焊缝进行打磨,改变了依靠人力打磨作业的方式,不仅提高了工作效率,而且大大降低了安全事故的发生。该机器人包括行走机构、吸附机构和焊缝打磨执行机构。针对爬壁机器人在不同的极限工况下,建立静力学模型,分析爬壁机器人出现滑移失效、横向倾覆失效、纵向倾覆失效、脱离失效时的极限磁吸附力。使用Ansys Electronics Desktop-Maxwell对永磁体进行仿真和结构优化,使之满足所需的磁吸附力。搭建出

提出一种能满足不同避障要求的轮足复合式爬壁机器人,利用凯恩法建立其动力学模型。基于该模型,推导爬壁机器人在极限运动状态下的吸附力方程,并建立稳定性裕度约束条件,获得满足稳定性要求最小吸附力与机器人极限运动状态的函数关系。在不同避障要求的工作环境下,为合理控制吸附力大小提供理论依据。

为了满足风力发电机检测的爬壁机器人在竖直塔筒外壁面安全吸附、移动平稳自如、具备一定的负载能力,设计了一种新型永磁吸附装置。根据Ansoft软件进行永磁铁磁场分析,确定吸附单元的最佳形状、尺寸参数,以及不同间隙下的吸附力变化规律,根据结果设计了一种磁能利用率极高的磁吸附装置,保证机器人在壁面运动时具有足够大吸附力的同时,吸附装置自身体积质量最小,符合爬壁机器人自身重量尽量轻的要求。

对于采用气体驱动的擦窗机器人，如何实现机器人位置的精确定位是实现无碰撞完全擦洗的关键，也是一个难点，本单位所研制的擦窗机器人采用层级控制系统，对机器人的运动进行控制，并利用PWM方法驱动，分别使用分段PID以及分段模糊控制的方法来实现气缸的精确定位。文中给出了具体控制策略和实验结果。擦窗机器人所面对的是部分未知的高空作业环境。正确、实时地检测作业环境，是擦窗机器人安全工作的必要条件。为了识别玻璃表面不同的障碍物和重构玻璃窗框，本文提出了一种多传感器的融合算法。