郝彧　楊云濤　張寶文

摘 要：“方寸”爬壁機(jī)器人是操控人員可以遠(yuǎn)程控制的、可在垂直壁面上平穩(wěn)吸附、靈活行進(jìn)且搭載特種設(shè)備進(jìn)行相關(guān)作業(yè)的壁面移動(dòng)平臺(tái)。設(shè)備的機(jī)身為方形設(shè)計(jì)，體積小巧，結(jié)構(gòu)精妙，功能強(qiáng)大，因此，將其命名為“方寸”壁面移動(dòng)機(jī)器人。機(jī)器人的主體結(jié)構(gòu)包括真空吸附系統(tǒng)、直線(xiàn)行進(jìn)系統(tǒng)、定點(diǎn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和設(shè)備負(fù)載系統(tǒng)等4大部分，它是融合了機(jī)器人技術(shù)、機(jī)械結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、電子電路和程序控制等技術(shù)于一身的吸盤(pán)式壁面作業(yè)平臺(tái)。因?yàn)椤胺酱纭睓C(jī)器人具有爬壁優(yōu)勢(shì)和轉(zhuǎn)向靈活的特點(diǎn)，再加上搭載相應(yīng)的功能設(shè)備，所以，它可以實(shí)現(xiàn)壁面清潔和探測(cè)攝影等傳統(tǒng)民用功能，同時(shí)，它還適用于高層傳送搜救、設(shè)備探傷修復(fù)等消防、化工領(lǐng)域的危險(xiǎn)作業(yè)。另外，在偵查和毀傷等軍用領(lǐng)域中，它也將會(huì)大顯身手。

關(guān)鍵詞：壁面攀爬；真空吸附；機(jī)電控制；數(shù)字建模

中圖分類(lèi)號(hào)：TP242.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.11.003

1 項(xiàng)目研究背景

隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，社會(huì)各界對(duì)軍事偵查、工程探測(cè)和消防救援等方面的要求越來(lái)越提高，導(dǎo)致各種特殊工況下的高難、高危工作急劇增加，比如，清洗高樓外壁面、檢測(cè)和維護(hù)石化企業(yè)中的儲(chǔ)料罐外壁、對(duì)大面積的鋼板進(jìn)行噴漆、在高樓事故中搶險(xiǎn)救災(zāi)等工作。與越來(lái)越高的工作需求相對(duì)應(yīng)的是傳統(tǒng)的人工壁面作業(yè)方式，但是，這種工作方式危險(xiǎn)性高、保障低、耗時(shí)耗力。

基于改變現(xiàn)有工作模式的客觀要求，爬壁機(jī)器人呈現(xiàn)出了因應(yīng)用不同而多元化的狀態(tài)。但是，各類(lèi)設(shè)計(jì)都試圖利用自身的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)去適應(yīng)復(fù)雜多變的壁面環(huán)境，從而獨(dú)立完成盡可能繁雜的任務(wù)。這樣做，不僅增加了機(jī)器人的質(zhì)量，還使控制系統(tǒng)變得復(fù)雜化——移動(dòng)載體的復(fù)雜程度與壁面工作可靠度之間的矛盾一直是阻礙壁面機(jī)器人實(shí)用化的主要矛盾。

經(jīng)過(guò)反復(fù)研究，我團(tuán)隊(duì)將壁面移動(dòng)功能和基于壁面移動(dòng)的其他附加功能徹底分離，專(zhuān)注于平臺(tái)單體的設(shè)計(jì)研發(fā)，力求該平臺(tái)行進(jìn)穩(wěn)、負(fù)載強(qiáng)、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)緊，并留出了搭載設(shè)備的空間和控制接口，在其上搭建探測(cè)、消防等微型功能裝置后，可將其廣泛推廣、應(yīng)用于軍事、消防、工程、石化和船舶等領(lǐng)域。該平臺(tái)在工作環(huán)境中的狀態(tài)如圖1所示。

2 基本功能和工作過(guò)程

2.1 基本功能概述

游壁平臺(tái)在工作過(guò)程中，吸附系統(tǒng)可以保證游壁平臺(tái)緊貼壁面而不出現(xiàn)打滑和脫落的現(xiàn)象；行進(jìn)機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)可以使游壁平臺(tái)在壁面上穩(wěn)定前行并自由轉(zhuǎn)向；外接的功能系統(tǒng)在游壁平臺(tái)行進(jìn)的過(guò)程中可以獨(dú)立完成相應(yīng)的工作。

機(jī)體基本設(shè)計(jì)參數(shù)為：長(zhǎng)350 mm，寬210 mm，工作高度80 mm；凈重1.5 kg，行進(jìn)速度為1.0 m/min。

適用作業(yè)范圍：玻璃壁面、瓷磚幕墻、油漆漆面等光滑的垂直壁面。

基本功能：壁面吸附、直線(xiàn)行進(jìn)、定點(diǎn)轉(zhuǎn)向、設(shè)備搭載和遠(yuǎn)程控制等。

2.2 工作過(guò)程一覽

“方寸”壁面移動(dòng)平臺(tái)的外觀如圖2所示。

為了確保能夠生動(dòng)、形象地闡述相關(guān)內(nèi)容，以下簡(jiǎn)稱(chēng)游壁平臺(tái)主體為“主體”，稱(chēng)前后兩組外吸附架分別為“前爪”“后爪”（兩組平行雙曲柄機(jī)構(gòu)）；主體搭載的4個(gè)減速電機(jī)記為“A組”，前后爪搭載的4個(gè)減速電機(jī)稱(chēng)為“B組”；設(shè)定初始狀態(tài)為主體附著于壁面，前后爪懸空。

圖1 平臺(tái)在工作環(huán)境中 圖2 “方寸”壁面移動(dòng)平臺(tái)外觀示意圖

2.2.1 壁面直線(xiàn)動(dòng)作分解

一個(gè)完整的壁面直線(xiàn)行進(jìn)動(dòng)作可分解為以下幾步：①四爪行進(jìn)。使用者通過(guò)控制器（藍(lán)牙模塊實(shí)現(xiàn)通信）輸出預(yù)設(shè)PWM信號(hào)（正/反轉(zhuǎn)），驅(qū)動(dòng)A組電機(jī)同步啟動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)前后爪與主體形成的平行雙曲柄機(jī)構(gòu)（主體為機(jī)架）等速運(yùn)轉(zhuǎn)，前后爪以主體上鉸接點(diǎn)為軸做圓周運(yùn)動(dòng)，直至前后爪吸盤(pán)輕觸壁面。②四爪吸附。前后爪輕觸壁面后，中斷對(duì)A組電機(jī)的PWM信號(hào)輸出，控制電磁閥令前后爪吸附機(jī)構(gòu)快速排出吸盤(pán)內(nèi)的氣體，從而完成四爪的吸附動(dòng)作。③主體脫離。主體吸附裝置快速吸氣，主體脫離墻體。④主體行進(jìn)?？刂破鬏敵鲱A(yù)設(shè)PWM信號(hào)（正/反轉(zhuǎn)），驅(qū)動(dòng)B組電機(jī)同步啟動(dòng)。此時(shí)，變換前后爪與主體形成的平行雙曲柄機(jī)構(gòu)的機(jī)架（前后爪變?yōu)闄C(jī)架），主體以鉸接點(diǎn)為軸做與①中四爪行進(jìn)同向的圓周運(yùn)動(dòng)，直至主體吸盤(pán)輕觸壁面（軌跡為完整的半圓）。⑤主體吸附。主體吸盤(pán)輕觸壁面后，中斷對(duì)B組電機(jī)的PWM信號(hào)輸出，主體吸附裝置快速排出吸盤(pán)內(nèi)的氣體，進(jìn)而完成主體的吸附。⑥四爪脫離，復(fù)位。前后爪吸附裝置快速排氣，四爪脫離墻體。此時(shí)，主體附著于壁面，前后爪懸空，機(jī)體完成一個(gè)周期的壁面直線(xiàn)行進(jìn)過(guò)程，恢復(fù)到初始狀態(tài)。

2.2.2 定點(diǎn)轉(zhuǎn)向動(dòng)作分解

一個(gè)完整的轉(zhuǎn)向動(dòng)作可分解為以下幾步：①主體轉(zhuǎn)向?？刂破鬏敵鲆欢ㄖ芷诘念A(yù)設(shè)PWM信號(hào)，驅(qū)動(dòng)舵機(jī)向預(yù)設(shè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)固定的角度，進(jìn)而帶動(dòng)主體和前后爪實(shí)現(xiàn)定角度轉(zhuǎn)向。②四爪行進(jìn)?？刂破鬏敵鲱A(yù)設(shè)PWM信號(hào)（正/反轉(zhuǎn)），驅(qū)動(dòng)A組電機(jī)同步啟動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)前后爪與主體形成的平行雙曲柄機(jī)構(gòu)（主體為機(jī)架）等速運(yùn)轉(zhuǎn)（此時(shí)，前后爪仍處于懸空狀態(tài)），前后爪以主體上鉸接點(diǎn)為軸做圓周運(yùn)動(dòng)，直至前后爪吸盤(pán)輕觸壁面。③四爪吸附。前后爪輕觸壁面后，中斷對(duì)A組電機(jī)的PWM信號(hào)輸出，前后爪吸附機(jī)構(gòu)快速排出吸盤(pán)內(nèi)氣體，從而完成四爪的吸附。④舵機(jī)復(fù)位。控制器輸出與①中等大反向的PWM信號(hào)，驅(qū)動(dòng)舵機(jī)反向運(yùn)轉(zhuǎn)，使主體吸附裝置回正。⑤主體行進(jìn)。控制器輸出預(yù)設(shè)PWM信號(hào)，驅(qū)動(dòng)B組電機(jī)同步啟動(dòng)。此時(shí)，變換前后爪與主體形成的平行雙曲柄機(jī)構(gòu)的機(jī)架（前后爪變?yōu)闄C(jī)架），主體以鉸接點(diǎn)為軸做與②中四爪行進(jìn)同向的圓周運(yùn)動(dòng)，直至主體吸盤(pán)輕觸壁面（軌跡為完整的半圓）。⑥主體吸附，復(fù)位。主體吸盤(pán)輕觸壁面后，中斷了對(duì)B組電機(jī)的PWM信號(hào)輸出，主體吸附裝置快速排出吸盤(pán)內(nèi)的氣體，實(shí)現(xiàn)吸附。此時(shí)，主體附著于壁面，前后爪懸空，機(jī)體完成了轉(zhuǎn)向動(dòng)作，恢復(fù)到初始狀態(tài)。

3 “方寸”壁面移動(dòng)平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 真空吸附系統(tǒng)

微型直流真空泵（抽氣泵）、電磁閥和柔性吸盤(pán)利用柔性導(dǎo)管連結(jié)在一起，實(shí)現(xiàn)真空吸附。

3.1.1 吸附力來(lái)源

微型的直流真空泵（抽氣泵）一個(gè)泵體連結(jié)一個(gè)腳爪的一組吸盤(pán)，供電電源的電流需在1.5 A 以上。真空泵有出氣口和進(jìn)氣口，在通電狀態(tài)下持續(xù)吸氣，抽氣量基本滿(mǎn)足吸附需要。負(fù)壓吸盤(pán)與壁面所產(chǎn)生的摩擦力要大于平臺(tái)自身加搭載設(shè)備的重力乘以安全系數(shù)，使游壁平臺(tái)能夠安全、平穩(wěn)地吸附在壁面上，不會(huì)打滑和脫落；柔性吸盤(pán)也可以彌補(bǔ)粗糙壁面的輕微漏氣。

相關(guān)參數(shù)包括：電機(jī)規(guī)格為15.4 mm×20 mm（180電機(jī)），高度為32 mm，電壓為3 V，電流為1.1 A（電池供電，或者1.5 A以上的電源適配器），質(zhì)量為45 g。

3.1.2 吸附力改變

在壁面工作的過(guò)程中，隨著機(jī)器人腳步的變化，需要吸盤(pán)吸氣、放氣動(dòng)作同步進(jìn)行，如果靠通斷電來(lái)控制吸氣、放氣，不僅反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，而且還會(huì)對(duì)機(jī)器造成嚴(yán)重的損傷，因此，可選擇電磁閥作為改變吸盤(pán)吸力的調(diào)解器。電磁閥有3條相對(duì)獨(dú)立的通道，當(dāng)電磁閥未通電時(shí)，通道2與通道3連通，但是，都不與通道1連通，通道1被密封（不妨設(shè)此時(shí)為爪不吸氣狀態(tài)，中央吸盤(pán)吸氣）；當(dāng)電磁閥通電時(shí)，通道2被封堵，通道1和通道3 連通（此時(shí)，爪成為吸氣狀態(tài)，中央吸盤(pán)放空），通過(guò)控制電路控制電磁閥通斷即可。

相關(guān)參數(shù)包括：介質(zhì)為氣體；額定電壓為DC6；額定電流為170 mA；額定工作壓力約為40 kPa。

3.1.3 吸附力校核

當(dāng)吸盤(pán)吸附墻面時(shí)，吸附力公式為：

F吸=n×μ×P×S. （1）

式（1）中：n為吸附墻面的吸盤(pán)個(gè)數(shù)；μ為墻面與吸盤(pán)的摩擦因數(shù)，取0.2；P為大氣壓強(qiáng)；S為單一吸盤(pán)面積，即S=π×r2.

這時(shí)，則應(yīng)保證在最少吸盤(pán)吸附的情況下，仍然可以滿(mǎn)足：

F吸min≥G. （2）

爬壁機(jī)器人的總重力為：

G=mg. （3）

式（3）中：m為爬壁機(jī)器人質(zhì)量，約為5 kg；g為當(dāng)?shù)刂亓?/p>

速度，取g= .

代入相關(guān)數(shù)據(jù)得：F吸=6×0.2×100 000×3.14×r2≥50.

解得：r≥0.011 5 m=1.15 cm。

吸盤(pán)半徑為4 cm，明顯滿(mǎn)足相關(guān)要求，并且具有一定的裕度，可允許一定的非真空度。

3.1.4 吸盤(pán)布局

四腳吸附，4個(gè)吸盤(pán)為1組，平臺(tái)單體共計(jì)4組吸盤(pán)，共同組成平臺(tái)外吸附架；中央吸附，6個(gè)吸盤(pán)為1組，型號(hào)比外吸附架所用吸盤(pán)大，吸附作用更強(qiáng)。中央吸附和四腳吸附在協(xié)同控制下，共同組成了移動(dòng)平臺(tái)的真空吸附系統(tǒng)。

3.2 直線(xiàn)行進(jìn)系統(tǒng)

壁面移動(dòng)平臺(tái)的行進(jìn)機(jī)構(gòu)是由電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸，其提供的轉(zhuǎn)矩可以使平臺(tái)主體和外架進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，如此，平臺(tái)即可在壁面上吸附的同時(shí)自由前行。其中，四組平行雙曲柄機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了交替步進(jìn)式的行進(jìn)方式；驅(qū)動(dòng)電機(jī)的傳動(dòng)比為1∶4，1∶4，1∶4，1∶4，實(shí)現(xiàn)了四級(jí)減速。

當(dāng)吸盤(pán)吸附于墻面時(shí)，將吸盤(pán)桿件看作懸臂梁，它需要承受機(jī)器人重力所帶來(lái)的彎曲，因此，需要校核彎曲強(qiáng)度。

初選吸盤(pán)處的電機(jī)功率P=0.75 kW，二級(jí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n=1 500 r/min。桿件為一般用途鋼，選用45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理。查表得：Rm=640 MPa，ReL=355 MPa，σ-1=275 MPa，τ-1=155 MPa，[σ-1]=60 MPa。這些是鋼材各類(lèi)強(qiáng)度數(shù)據(jù)。

利用扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度法：

d≥ . （4）

代入數(shù)據(jù)得到：d≥9.52 mm。

經(jīng)過(guò)圓整，取軸頸d=10 mm，桿長(zhǎng)度為0.05 m。

根據(jù)公式可知桿件所受轉(zhuǎn)矩為：

T≥ . （5）

解得：T=4.774 5 N·m。

當(dāng)設(shè)備靜止附著在墻面上時(shí)，只有垂直方向的彎矩，無(wú)水平方向的彎矩。因此，只需校核垂直方向彎矩M垂直即可。

機(jī)器人質(zhì)量m=5 kg，重力G=50 N，桿件長(zhǎng)度l=0.05 m，則有M垂直=G×l=2.5 N·m.

當(dāng)危險(xiǎn)截面出現(xiàn)在桿件與機(jī)器人主體連接處時(shí)，則有：

. （6）

式（6）中：W為抗彎截面系數(shù)， .

將具體數(shù)據(jù)代入式（6）得：

=38.02 MPa。

在吸盤(pán)附著最少的情況下，也至少有6只吸盤(pán)吸附在墻面上，因此，平均每根桿件所承受的彎扭強(qiáng)度最大為：

MPa。

由此可得：σca_max<[σ-1]，設(shè)計(jì)符合強(qiáng)度要求。

3.3 定點(diǎn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

舵機(jī)是一種位置（角度）伺服的驅(qū)動(dòng)器，適用于需要角度不斷變化并可以保持的控制系統(tǒng)，由直流電機(jī)、減速齒輪組、傳感器和控制電路組成。平臺(tái)用中央舵機(jī)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，中央吸盤(pán)組吸附壁面，外吸附架懸空，中央舵機(jī)在遠(yuǎn)程控制下完成特定轉(zhuǎn)角；轉(zhuǎn)向完成后，外吸附架下落，吸附壁面，進(jìn)入直線(xiàn)行進(jìn)狀態(tài)。

3.4 設(shè)備搭載系統(tǒng)

空闊的主體架既減輕了移動(dòng)平臺(tái)的質(zhì)量，又為設(shè)備搭載留下了充足的空間。將中央控制器直接固連在方形架上，事先設(shè)計(jì)預(yù)留的布線(xiàn)槽，使控制系統(tǒng)后期的加入變得簡(jiǎn)單易行。此外，平臺(tái)預(yù)留的設(shè)備接口較為通用，便于不同元件接入，例如，紅外模塊實(shí)現(xiàn)測(cè)速測(cè)距，蜂鳴器模塊實(shí)現(xiàn)遇障報(bào)警，微型攝錄儀實(shí)現(xiàn)壁面信息采集等。

4 機(jī)電控制簡(jiǎn)述

為了使“方寸”平臺(tái)更好地與現(xiàn)代化科技相結(jié)合，更便于推廣和應(yīng)用，擬采用基于Arduino 開(kāi)源平臺(tái)的單片機(jī)嵌入式控制系統(tǒng)。平臺(tái)內(nèi)可選用的硬件種類(lèi)豐富，可根據(jù)需要選擇基于AVR、ARM Cortex-M3的處理內(nèi)核。由此，增強(qiáng)了“方寸”壁面移動(dòng)平臺(tái)的功能適應(yīng)性和外載系統(tǒng)的負(fù)載性，使其被應(yīng)用于更多的領(lǐng)域，滿(mǎn)足多功能的工作要求。

4.1 直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制

為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，游壁平臺(tái)將采用無(wú)線(xiàn)信號(hào)傳輸。對(duì)于藍(lán)牙無(wú)線(xiàn)控制系統(tǒng)，藍(lán)牙模塊（底板3.3 V LDO，輸入電壓為3.6～6 V，未配對(duì)時(shí)的電流約為30 mA，配對(duì)后約為10 mA）利用杜邦線(xiàn)與Arduino連接，可實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙傳輸。

運(yùn)動(dòng)控制步驟為：①上位機(jī)發(fā)出指令信號(hào)。②藍(lán)牙模塊接收信號(hào)，并將其傳輸至中央控制I/O接口。③中央控制端處理信號(hào)。④如果是轉(zhuǎn)向信號(hào)，則要向舵機(jī)發(fā)出符合要求的數(shù)字信號(hào)；如果是前進(jìn)信號(hào)，則要向直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)板L298N發(fā)出信號(hào)。

4.2 定點(diǎn)轉(zhuǎn)向控制

控制中央舵機(jī)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，通過(guò)發(fā)送信號(hào)指定輸出軸旋轉(zhuǎn)的角度。在轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)中，舵機(jī)電源獨(dú)立于中央控制系統(tǒng)，單獨(dú)供電，以保證其工作性能。Arduino控制端I/O口產(chǎn)生持續(xù)的脈沖來(lái)控制轉(zhuǎn)向角度，即脈沖調(diào)制，而脈沖決定了舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。

舵機(jī)控制流程是：①上位機(jī)發(fā)出轉(zhuǎn)向指令；②Arduino控制端處理；③輸出符合條件的方波；④舵機(jī)按照一定角度轉(zhuǎn)向。

4.3 真空吸附控制

微型氣泵組采用大功率高轉(zhuǎn)速直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。采用大功率電機(jī)專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)芯片L298N可以直接驅(qū)動(dòng)2路直流電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電流達(dá)2 A，而電機(jī)輸出端采用高速肖特基二極管作為保護(hù)。

“方寸”壁面移動(dòng)平臺(tái)需要驅(qū)動(dòng)四路直流電機(jī)，使用2塊L298N共同工作。當(dāng)控制端收到前進(jìn)信號(hào)后，向2塊L298N驅(qū)動(dòng)板發(fā)送指令信號(hào)，使其驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)工作，進(jìn)而完成相應(yīng)的動(dòng)作。

4.4 搭載設(shè)備控制

4.4.1 紅外測(cè)距模塊

使用夏普GP2D12紅外測(cè)距傳感器與Arduino核心控制板串口連接。GP2D12是一款Sharp公司生產(chǎn)的紅外線(xiàn)測(cè)距傳感器，它被廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域?！胺酱纭迸辣跈C(jī)器人就是使用它來(lái)完成測(cè)距測(cè)速功能的。

4.4.2 超聲波定位模塊

超聲波測(cè)距模塊能提供2～450 cm的非接觸式感測(cè)距離，測(cè)距精度高達(dá)3 mm，能很好地滿(mǎn)足正常要求。其工作過(guò)程是：①發(fā)射超聲波；②遇到障礙物返回聲波；③將距離相關(guān)信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸出；④信號(hào)輸入核心控制端；⑤實(shí)現(xiàn)測(cè)距和避障。

4.4.3 蜂鳴器報(bào)警模塊

小型蜂鳴器因其體積小（直徑只有6 mm）、質(zhì)量輕、價(jià)格低、結(jié)構(gòu)牢靠，被廣泛應(yīng)用于各種需要發(fā)聲的電器設(shè)備、電子制作和單片機(jī)等電路中。蜂鳴器管腳分別與GND和制訂數(shù)字信號(hào)的I/O接口相連，當(dāng)遇到障礙需要停止前進(jìn)時(shí)，由Arduino擴(kuò)展板控制蜂鳴器以500 Hz的頻率鳴叫。

5 項(xiàng)目總結(jié)

基于改變傳統(tǒng)人工壁面作業(yè)模式的客觀需求，我團(tuán)隊(duì)初步研發(fā)完成了“方寸”壁面平臺(tái)——遠(yuǎn)程控制的可在垂直壁面上平穩(wěn)吸附、靈活行進(jìn)，并且可搭載特種設(shè)備完成相關(guān)作業(yè)的壁面移動(dòng)平臺(tái)。

該平臺(tái)主要從結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)和功能3方面創(chuàng)新，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，設(shè)計(jì)了微型氣泵和電磁閥的組合，將爬壁負(fù)壓需求分散到中央和四足吸盤(pán)組，增加了機(jī)械的可靠度；在運(yùn)動(dòng)方式上，依據(jù)仿生原理，模仿肉食蜘蛛捕食的方式，采用四足和軀體交替式前進(jìn)，以增強(qiáng)平臺(tái)的穩(wěn)度；中央轉(zhuǎn)向裝置工作靈活，有效地解決了爬壁機(jī)器人轉(zhuǎn)向難的問(wèn)題；在功能實(shí)現(xiàn)上，留有功能模塊的傳感器接口，給予平臺(tái)更大的負(fù)載空間和負(fù)載能力。

對(duì)于平臺(tái)本身，避開(kāi)了“多功能”的復(fù)雜性，只專(zhuān)注于壁面移動(dòng)，有效地解決了平臺(tái)運(yùn)動(dòng)復(fù)雜度與結(jié)構(gòu)可靠性之間的矛盾，能初步替代人力從事高空壁面工作。此平臺(tái)的開(kāi)發(fā)能在未來(lái)軍事、消防和工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域中起到舉足輕重的作用——夢(mèng)想何不千里之外，精彩盡在方寸之間！

參考文獻(xiàn)

[1]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[2]劉旭輝，金沛.高樓外墻游壁平臺(tái)的功能與外形設(shè)計(jì)[J].河南機(jī)電高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào)，2010，18（6）.

[3]梅燕民，彭光正，范偉.氣動(dòng)爬墻機(jī)器人[J].液壓氣動(dòng)與密封，2002（1）.

[4]楊建元.吸附型壁面攀爬游壁平臺(tái)研究[D].西安：西北工業(yè)大學(xué)，2007.

[5]熊則男，喬宗亮.壓縮機(jī)中的力學(xué)分析[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.

〔編輯：白潔〕