国外爬壁机器人的研究较早,日本及欧美各国均已在爬壁机器人的研究领域取得了很大的进展,其中,日本对爬壁机器人的研究成果最为显著。
1966年日本大阪府立大学工学部的西亮教授成功研制出第一个垂直壁面移动机器人样机,这是世界上真正意义上的第一台爬壁机器人。该机器人利用电风扇进气侧的低压作用作为吸附力,使机器人吸附在垂直壁面上。1975年他又采用单吸盘结构制作出以实用化为目标的第二代爬壁机器人样机[9]。7949
1978年,日本化工机械技术服务株式会社研制开发了两种壁面移动机器人:PC型核电站壁面除污机器人和PD型核电站壁面除污机器人。两种机器人均为单吸盘结构,由抽气泵产生负压,吸盘四周利用弹性物质适应壁面凹凸,自身无行走能力,依靠上部的绞车拖动。这种机器人虽然低级,但工作比较可靠[10]。此后,化工服务株式会社又在这两种机器人的基础上开发出一种叫“WALKER”的爬壁机器人,“WALKER”有行走能力,它有上下两个滚子,由左右有两个行走带轮驱动行走,真空室由滚子和皮带轮自然围成,通过左右滚轮和皮带的速度差实现转向。“WALKER”机器人存在严重缺陷:壁面上有裂缝或壁面凹凸不平时,真空难以文持,机器人的吸附能力成为问题[2]。
1982年,日本东京消防厅的消防科学研究所研制出一种消防急救用爬壁机器人,用于将救护绳等物资搬运到失火的高层楼房,解救被困人员。机器人整个本体作为一个真空吸盘,负压由抽气泵工作产生;内部有两排行走履带,通过履带的速度差实现转向;操纵是在地面上由操纵盒遥控实现的[2]。
1984年,东京煤气公司与日立制作所联合开发出一种球形煤气罐检查机器人,是最早的多吸盘爬壁机器人。它是一种多足2脚、框架移动式步行爬壁机器人,内外两个框架上各装有8只带吸盘的脚;吸盘呈放射性分布,上有驱动装置,可驱动两框架相对运动[2]。
1988年,日本三菱化工研究所研制出了真空吸附式壁面行走机构“VACS”,
采用履带式移动方式,履带上有数个吸附室。随着履带的移动,吸附室连续地形
成真空腔而使履带贴紧壁面移动。这种机器人主要作为除尘机械,对壁面进行清
洗、喷涂、检查等[11]。
1997年俄罗斯莫斯科机械力学研究所研制出的用于大型 壁面和窗户清洗作业的爬壁机器人也采用单吸盘结构。如图1所示,该机器人利用风机产生真空负压来提供吸附力,吸盘腹部装有4个驱动轮,机器人可在壁面全方位移动[9]。
图1 俄罗斯单吸盘清洗爬壁机器人
美国西雅图的Henry R Seemann在波音公司的资助下研制出一种真空吸附履带式爬壁机器人“AutoCrawler”。其两条履带上各装有数个小吸附室,随着履带的移动,吸附室连续的形成真空腔而使得履带贴紧壁面行走[11]。
日本光荣公司研制了一种多吸盘爬壁机器人,该机器人装有两组真空吸盘。如图2所示,机器人本体上自带两个真空泵、电池、控制系统和无线通讯系统。机器人一次充电可以工作约30分钟,工作范围为距遥控天线10米以内,最大行走速度为30cm/min,用于高大建筑物墙壁的检查工作[9]。
图2 多吸盘爬壁机器人
20世纪90年代初,英国朴茨茅斯工艺学校研制了一种多足行走式的爬壁机器人。采用模块化设计,机器人由两个相似的模块组成,每个模块包括两个机械腿和腿部控制器。可根据任务需要来安装不同数量的腿,可重构能力强。机械腿采用仿生学结构,模拟大型动物臂部肌肉的功能,为两节式,包括上下两个杆3个双作用气缸,具有三个自由度。稳定性好,承载能力大,利于机器人的轻量化,并能跨越较大的障碍物。除腿部端各有一真空吸盘外,机器人腹部设有吸盘,使机器人具有较大的负载质量比,可达2:1[9]。
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